ADENILAT CICLAZA: CARACTERISTICI, TIPURI, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Adenilat ciclaza sau adenilat ciclazei este enzima responsabilă pentru conversia ATP, o molecula de energie ridicată în AMP ciclic, o molecula importanta de semnalizare care activeaza proteine diferite AMP ciclice dependente cu funcții fiziologice importante.

Activitatea sa este controlată de diverși factori, cum ar fi, de exemplu, acțiunea concertată a hormonilor, neurotransmițătorilor și a altor molecule regulatoare de natură diferită (ioni de calciu divalenți și proteine ​​G, pentru a numi câțiva).

Diagrama de adenilat ciclaza (Sursa: Bensaccount User on en.wikipedia prin Wikimedia Commons)

Principala importanță a acestei enzime constă în importanța produsului reacției pe care o catalizează, AMP ciclic, deoarece participă la controlul multor fenomene celulare legate de metabolism și dezvoltare, precum și răspunsul la diferiți stimuli externi.

În natură, atât organismele unicelulare (relativ simple), cât și animalele multicelulare mari și complexe folosesc AMP ciclic ca al doilea mesager și, prin urmare, enzimele care o produc.

Studiile filogenetice stabilesc că aceste enzime sunt derivate de la un strămoș comun înainte de separarea eubacteriilor și eucariote, sugerând că AMP ciclic a avut funcții diferite, probabil legate de producția de ATP.

Este posibil să se accepte o astfel de afirmație, deoarece reacția catalizată de adenilat ciclază este ușor reversibilă, ceea ce poate fi observat în constanta de echilibru pentru sinteza ATP (K echiv. 2,1 ± 0,2 10 -9 M 2).

Caracteristici și structură

Majoritatea enzimelor eucariotice de adenilat ciclază sunt asociate cu membrana plasmatică, dar în bacteriile și celulele spermatozoide de mamifere se găsesc ca proteine ​​solubile în citosol.

În drojdie și unele bacterii sunt proteine ​​cu membrană periferică, în timp ce în anumite specii de ameba sunt molecule cu un singur segment transmembranar.

Caracteristici structurale

Sunt proteine ​​compuse din lanțuri polipeptidice mari (cu mai mult de 1.000 de reziduuri de aminoacizi), care traversează membrana plasmatică de 12 ori prin două regiuni compuse din șase domenii transmembranare ale conformației cu elica alfa.

Fiecare regiune transmembranară este separată de un domeniu citosolic mare, care este responsabil pentru activitatea catalitică.

Printre organismele eucariote există câteva motive conservate într-un fragment din regiunea amino-terminal a acestor enzime, precum și un domeniu citoplasmatic de aproximativ 40 kDa, care este delimitat de secțiunile hidrofobe.

Site catalitic

Reacția pe care aceste enzime o catalizează, adică formarea unei legături diester printr-un atac nucleofil al grupului OH în poziția 3 'față de grupul fosfat al nucleosidului trifosfat în poziția 5', depinde de un motiv structural comun cunoscut sub numele de domeniu Palmier".

Acest domeniu „palm” este alcătuit dintr-un motiv „βαβααβ” („β” însemnând foile pliate β și „α” elicele alfa) și are două reziduuri invariabile de acid aspartic care coordonează cei doi ioni metalici responsabili. cataliză, care poate fi ioni divalenți de magneziu sau zinc.

Multe studii legate de structura cuaternară a acestor enzime au relevat faptul că unitatea lor catalitică există ca un dimer a cărui formare depinde de segmentele transmembranare, care se alătură în reticulul endoplasmic în timpul formării proteinei.

Locație

S-a stabilit că la fel ca multe proteine ​​cu membrană integrală, cum ar fi proteinele G, cele cu ancore fosfatidilinositol și multe altele, adenilciclazele se găsesc în regiuni cu membrană specială sau micro domenii cunoscute sub numele de „plute lipidice” (din Engleză „lipid raft”).

Aceste domenii de membrană pot avea un diametru de până la sute de nanometri și sunt compuse în principal din colesterol și sfingolipide cu lanțuri lungi, predominant saturate de acizi grași, ceea ce le face mai puțin fluide și permit cazarea segmentelor transmembranare de diferite proteine.

Adenilat ciclazele au fost, de asemenea, găsite asociate cu subregiuni de plute lipidice cunoscute sub numele de "caveolae" (din engleză "caveolae"), care sunt mai degrabă invaginații ale membranei bogate în colesterol și o proteină asociată cu aceasta numită caveolin.

Tipuri

În natură, există trei clase bine definite de adenilat ciclază și două care sunt în prezent subiectul discuției.

- Clasa I: sunt prezente în multe bacterii Gram-negative, cum ar fi E. coli, de exemplu, unde produsul AMP ciclic al reacției are funcții de ligand pentru factorii de transcripție responsabili de reglarea operonilor catabolici.

- Clasa a II-a: se găsește la unii agenți patogeni ai genurilor bacteriene precum Bacillus sau Bordetella, unde servesc ca toxine extracelulare. Sunt proteine ​​activate de calmodulina gazdă (absentă în bacterii).

- clasa a III-a: cunoscută sub numele de clasa „universală” și sunt înrudite filogenetic cu ciclurile de guanilat, care îndeplinesc funcții similare. Se găsesc atât în ​​procariote, cât și în eucariote, unde sunt reglate pe căi diferite.

Adenilat ciclases mamifere

La mamifere, cel puțin nouă tipuri de enzime au fost clonate și descrise, codificate de nouă gene independente și aparținând adenilciclazei clasa a III-a.

Ei împărtășesc structuri complexe și topologii de membrană, precum și domeniile catalitice duplicate care le sunt caracteristice.

Pentru mamifere, nomenclatura folosită pentru a se referi la izoforme corespunde literelor AC (pentru adenilat ciclază) și unui număr de la 1 la 9 (AC1 - AC9). De asemenea, au fost raportate două variante ale enzimei AC8.

Izoformele prezente la aceste animale sunt omoloage în ceea ce privește secvența structurii primare a siturilor lor catalitice și a structurii tridimensionale. Includerea uneia dintre aceste enzime în fiecare „tip” este legată în principal de mecanismele de reglementare care operează pe fiecare izoformă.

Au tipare de exprimare care sunt adesea specifice țesutului. Toate izoformele pot fi găsite în creier, deși unele sunt limitate la anumite zone ale sistemului nervos central.

Caracteristici

Funcția principală a enzimelor aparținând familiei Adenylate Cyclase este de a transforma ATP în AMP ciclic și pentru aceasta ele catalizează formarea unei legături dieter 3'-5 'intramoleculare (reacție similară cu cea catalizată de ADN polimerazele). cu eliberarea unei molecule de pirofosfat.

La mamifere, diferitele variante care pot fi obținute au fost legate de proliferarea celulelor, dependența de etanol, plasticitatea sinaptică, dependența de droguri, ritmul circadian, stimularea olfactivă, învățarea și memoria.

Unii autori au sugerat că adenilat ciclazele pot avea o funcție suplimentară ca molecule transportoare sau, ceea ce este același, proteine ​​de canal și transportoare ionice.

Cu toate acestea, aceste ipoteze au fost testate numai pe baza aranjării sau topologiei segmentelor transmembranare ale acestor enzime, care împărtășesc unele omologii sau asemănări structurale (dar nu secvență) cu anumite canale de transport ionic.

Atât AMP ciclic, cât și PPi (pirofosfat), care sunt produsele reacției, au funcții la nivel celular; dar importanța lor depinde de organismul în care se află.

Regulament

Marea diversitate structurală dintre adenilciclaze demonstrează o mare susceptibilitate la multiple forme de reglare, ceea ce le permite să se integreze într-o mare varietate de căi de semnalizare celulară.

Activitatea catalitică a unora dintre aceste enzime depinde de alfa-cetoacide, în timp ce altele au mecanisme de reglementare mult mai complexe care implică subunități de reglare (prin stimulare sau inhibare) care depind, de exemplu, de calciu și alți factori general solubili, precum și de alte proteine.

Multe adenilate ciclazele sunt reglate negativ de subunitățile unor proteine ​​G (le inhibă funcția), în timp ce altele exercită mai multe efecte de activare.

Referințe

1. Cooper, DMF (2003). Reglarea și organizarea adenilil ciclazelor și a cAMP. Jurnalul biochimic, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., și Karpen, J. (1995). Adenilil ciclazele și interacțiunea dintre semnalizarea calciului și cAMP. Nature, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Filogenia Ciclazelor Adenilil. Avansuri în cercetarea a doua mesagerie și fosfoproteine, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Reglarea și rolul izoformelor cu adenilil ciclază. Ann. Rev. Farmacol. Toxicol. , 41, 145-174.
5. Linder, U., și Schultz, JE (2003). Clasa III adenilil ciclazele: module de semnalizare polivalentă. Semnalizare celulară, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenilil Ciclaze. Celulă, 70, 669-672.