АДЕНІЛАТЦИКЛАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДИ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Аденилатциклаза або аденілатциклази є фермент , відповідальний за перетворення АТФ, молекули високої енергії в цАМФ, важливою сигнальною молекула , яка активує різні білки циклічного АМФ-залежні важливими фізіологічні функції.

Його діяльність контролюється різними факторами, такими як, наприклад, узгоджена дія гормонів, нейромедіаторів та інших регуляторних молекул різної природи (двовалентні іони кальцію та білки G, якщо їх назвати декілька).

Діаграма циклози аденілату (Джерело: Користувальницький рахунок на en.wikipedia через Wikimedia Commons)

Основне значення цього ферменту полягає у важливості продукту реакції, який він каталізує, циклічного АМФ, оскільки він бере участь у контролі багатьох клітинних явищ, пов'язаних з обміном речовин і розвитком, а також у реакції на різні зовнішні подразники.

У природі як одноклітинні організми (відносно прості), так і великі і складні багатоклітинні тварини використовують циклічний АМФ як другий вісник, а отже ферменти, які його виробляють.

Філогенетичні дослідження встановлюють, що ці ферменти отримані від звичайного предка до поділу евбактерій та еукаріотів, що дозволяє припустити, що циклічний АМФ мав різні функції, можливо, пов'язані з виробленням АТФ.

Можна прийняти таке твердження, оскільки реакція, каталізована аденілатциклазою, є легко оборотною, що можна побачити в константі рівноваги для синтезу АТФ (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10 -9 M 2).

Характеристика та структура

Більшість ферментів еукаріотичної аденілатциклази пов'язані з плазматичною мембраною, але в бактеріях і сперматозоїдах ссавців вони виявляються як розчинні білки в цитозолі.

У дріжджах та деяких бактеріях вони є білками периферичної мембрани, тоді як у деяких видів амеб - молекули з єдиним трансмембранним сегментом.

Структурна характеристика

Вони являють собою білки, складені з великих поліпептидних ланцюгів (понад 1000 амінокислотних залишків), які 12 разів перетинають плазматичну мембрану через дві області, складені з шести трансмембранних доменів конфігурації альфа-спіралі.

Кожна трансмембранна область відокремлена великим цитозольним доменом, який відповідає за каталітичну активність.

Серед еукаріотичних організмів є фрагмент збережених мотивів у фрагменті амінотермінальної області цих ферментів, а також цитоплазматичний домен близько 40 кДа, який обмежений гідрофобними ділянками.

Каталітичний сайт

Реакція, яку ці ферменти каталізують, тобто утворення діефірного зв’язку через нуклеофільну атаку ОН-групи в положенні 3 'на фосфатну групу нуклеозиду трифосфату в положенні 5', залежить від загального структурного мотиву, відомого як домен Долоня ».

Цей домен "долоні" складається з мотиву "βαβααβ" ("β", що означає β-складені аркуші та "α" альфа-спіралі) і має два незмінних залишку аспарагінової кислоти, які координують два відповідальних іона металу каталіз, який може бути двовалентним іонами магнію або цинку.

Багато досліджень, пов'язаних з четвертинною структурою цих ферментів, виявили, що їх каталітична одиниця існує як димер, утворення якого залежить від трансмембранних сегментів, які приєднуються до ендоплазматичного ретикулуму під час утворення білка.

Розташування

Визначено, що, як і багато цілісних мембранних білків, таких як білки G, ті, що мають фосфатиділінозитол, і багато інших, аденілациклази виявляються в спеціальних мембранних областях або мікродоменах, відомих як "ліпідні плоти" (від Англійська "ліпідний пліт").

Ці мембранні домени можуть мати діаметр до сотні нанометрів і складаються в основному з холестерину та сфінголіпідів з довгими, переважно насиченими ланцюгами жирних кислот, що робить їх менш рідкими і дозволяє розміщувати трансмембранні сегменти різних білки.

Також виявлено, що аденілатні циклази пов'язані з субрегіонами ліпідних плотів, відомими як "кавеоли" (від англ. "Caveolae"), які є досить інвагінацією мембрани, багатої холестерином, і білка, пов'язаного з цим під назвою кавеолін.

Типи

У природі існує три чітко визначені класи аденилатциклази і два, які в даний час є предметом обговорення.

- Клас I: вони присутні у багатьох грамнегативних бактерій, таких як E. coli, наприклад, коли циклічний АМФ продукт реакції функціонує як ліганд для транскрипційних факторів, відповідальних за регуляцію катаболічних оперонів.

- II клас: зустрічається в деяких збудників бактеріальних родів, таких як Bacillus або Bordetella, де вони виступають як позаклітинні токсини. Вони є білками, активованими хазяїном кальмодуліном (відсутні у бактеріях).

- III клас: відомий як "універсальний" клас і філогенетично пов'язаний з гуанілатними циклазами, які виконують подібні функції. Вони зустрічаються як у прокаріотів, так і у еукаріотів, де вони регулюються різними шляхами.

Аденілатні циклази ссавців

У ссавців принаймні дев'ять типів цих ферментів були клоновані та описані, кодуються дев'ятьма незалежними генами та належать до аденілциклази класу III

Вони поділяють складні структури та мембранні топології, а також характерні для них подвоєні каталітичні домени.

Для ссавців номенклатура, яка використовується для позначення ізоформ, відповідає літерам AC (для аденілатциклази) та цифрі від 1 до 9 (AC1 - AC9). Повідомлялося також про два варіанти ферменту АС8.

Ізоформи, присутні у цих тварин, є гомологічними щодо послідовності первинної структури їх каталітичних ділянок та тривимірної структури. Включення одного з цих ферментів до кожного "типу" в основному пов'язане з регуляторними механізмами, які діють на кожну ізоформу.

Вони мають форми вираження, які часто є специфічними для тканин. Усі ізоформи можуть знаходитися в мозку, хоча деякі обмежені конкретними ділянками центральної нервової системи.

Особливості

Основна функція ферментів, що належать до сімейства аденілат циклаз, - перетворювати АТФ в циклічну АМФ, і для цього вони каталізують утворення внутрішньомолекулярного 3'-5 'діестерного зв’язку (реакція, аналогічна реакції, що каталізується ДНК-полімеразами). з виділенням молекули пірофосфату.

У ссавців різні варіанти, яких можна досягти, були пов'язані з проліферацією клітин, залежністю від етанолу, синаптичною пластичністю, залежністю від наркотиків, циркадним ритмом, нюховим стимулюванням, навчанням і пам’яттю.

Деякі автори припускають, що аденилатциклази можуть мати додаткову функцію як молекули транспортера, або, що саме, канальні білки та іонні транспортери.

Однак ці гіпотези були протестовані лише на основі розташування або топології трансмембранних сегментів цих ферментів, які мають певні гомології або структурну схожість (але не послідовність) з певними каналами транспорту іонів.

І циклічні AMP, і PPi (пірофосфат), які є продуктами реакції, мають функції на клітинному рівні; але їх значення залежить від організму, де вони перебувають.

Регулювання

Велике структурне різноманіття серед аденілациклаз демонструє велику сприйнятливість до численних форм регуляції, що дозволяє їм інтегруватися в широкий спектр клітинних сигнальних шляхів.

Каталітична активність деяких з цих ферментів залежить від альфа-кетокислот, а інші мають набагато складніші регуляторні механізми, що включають регуляторні субодиниці (шляхом стимуляції чи гальмування), які залежать, наприклад, від кальцію та інших загальнорозчинних факторів, а також інших білків.

Багато аденілатні циклази негативно регулюються субодиницями деяких G-білків (гальмують їх функцію), а інші надають більш активізуючий ефект.

Список літератури

1. Купер, DMF (2003). Регулювання та організація аденілілциклаз та цАМФ. Біохімічний журнал, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Аденілілциклази та взаємодія між сигналом кальцію та цАМФ. Природа, 374, 421-424.
3. Данчин, А. (1993). Філогенез аденілілових циклаз. Успіхи в дослідженнях другого месенджера та фосфопротеїну, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Регулювання та роль ізоформ аденілілциклази. Енн. Преподобний Фармакол. Токсикол. , 41, 145-174.
5. Linder, U., and Schultz, JE (2003). Аденілільні цикла III класу: багатоцільові сигнальні модулі. Стільникова сигналізація, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Циклози аденілілу. Сот., 70, 669-672.