ЦИКЛІЧНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ: СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

ЦАМФ або аденозин 3 », 5'-монофосфат є циклічний нуклеотид , який функціонує в якості вторинного месенджера і є частиною основних елементів біохімічного внутрішньоклітинного управління і зв'язку в багатьох живих організмах.

Його існування майже 70 років тому продемонстрували Сазерленд і Ралл (1958), які описали явище накопичення цього нуклеотиду в клітинах печінки в результаті введення епінефрину (адреналіну).

Хімічна структура циклічного AMP (Джерело: Wesalius via Wikimedia Commons)

З часу свого відкриття циклічний АМФ асоціювався у ссавців із дією багатьох гормонів, з ендокринною та екзокринною секрецією, із вивільненням нейромедіаторів на синапсі та нервово-м’язових перехрестях, серед багатьох інших функцій.

Його синтез каталізується трьома сімействами білків, пов'язаних з плазматичною мембраною, відомою як аденілациклаза або аденілатциклаза, здатна продукувати циклічну сполуку з АТФ і вивільняти пірофосфат у клітину.

Його деградація, з іншого боку, опосередковується ферментами сімейства фосфодіестерази, які є розчинними білками, що знаходяться головним чином у цитозолі.

Ці ферменти, а отже, і циклічний АМФ, містяться в надзвичайно різноманітних організмах, настільки простих, як одноклітинні водорості та багатьох інших мікроорганізмів (бактерій та інших) і таких же складних, як багатоклітинні тварини зі складними сигнальними шляхами.

Хоча його присутність у рослинах є предметом дискусії, є певні докази, які свідчать про те, що деякі види рослин мають активність аденілатциклази, хоча її функція не була визначена задовільно.

Будова

Хімічну структуру циклічної АМФ було з'ясовано за допомогою рентгенологічної кристалографії та протонних ядерно-магнітних резонансів.

Це циклічна молекула, стійка до нагрівання ("термостійка") і більш стійка до лужного гідролізу, ніж її нециклічний аналог, АМФ або аденозинофосфат.

Як і всі фосфатні нуклеотиди, циклічний AMP має фосфатну групу, приєднану до кисневого вуглецю в 5 'положенні молекули рибози, яка, в свою чергу, приєднується до гетероциклічної основи азоту в гетероциклічному циклі через вуглець у положенні 1' і це відповідає аденіну.

Фосфатна група рибозного цукру, на відміну від нециклічних фосфатних нуклеотидів, зливається в транс через фосфодіефірну зв'язок з оксигенами вуглецю в положенні рибози в 3 'і 5' (3 ', 5'- транс-злитий фосфат).

Це зв'язування обмежує рух фуранового кільця, яке утворює рибозу і закриває фосфатну групу в конформації "стільця".

Порівняно з нециклічними нуклеотидами, циклічний АМФ та інші споріднені нуклеотиди - це більш дрібні молекули з меншою полярністю, що є важливим фактором їх диференціації за білками, які реагують на них.

Конформація глікозидної зв'язку, яка відбувається між рибозою та аденіновим кільцем, має деяку свободу обертання. Це також важливий структурний параметр для його відмінність від інших нуклеотидів (не тільки є ідентичність азотистої основи).

Особливості

Як вторинний месенджер, циклічний AMP бере участь в активації багатьох процесів сигналізації (після його синтезу) або в активації різних ферментів "вниз за течією" в сигнальному каскаді, за допомогою якого він виробляється.

Він бере участь у печінковому глікогенолізі та у вивільненні інсуліну з підшлункової залози, у вивільненні амілази із слинних залоз, а також у дії естрогену в матку.

Він має універсальні функції в контролі експресії генів і в інтеграції декількох метаболічних функцій. Багато цитокінів використовують як кальцій, так і циклічний АМФ для виконання своїх функцій.

До числа гормонів, які використовують циклічний АМФ у своїх сигнальних процесах (шляхом збільшення або зниження його внутрішньоклітинної концентрації), можна віднести катехоламіни, глюкагон, вазопресин, паратиреоїдний гормон, простагландини, інсулін, мелатонін та адреналін, серед інших.

Ще одна з багатьох його функцій полягає в інгібуванні росту, диференціювання та проліферації Т-клітин у ссавців, ймовірно, шляхом активації або індукції репресора регуляторних цитокінів цих процесів у таких клітинах.

Циклічна АМФ і аденілатні циклази, які її продукують, також пов'язані з функцією багатьох білкових рецепторів, пов'язаних з білком, які пов'язані з різними механізмами сигналізації та іншими важливими клітинними процесами.

У метаболізмі глюкози

У ссавців циклічний АМФ відіграє певну роль у регулюванні гліколітичного та глюконеогенного шляху шляхом пригнічення активності ферменту фосфофруктокінази 2 (ПФК-2), який каталізує другу реакцію гліколізу.

Механізм передбачає участь гормону глюкагону в активації печінкової аденилатциклази, що спричиняє значне підвищення концентрації циклічного АМФ.

Цей циклічний AMP активує cAMP-залежну протеїнкіназу, яка фосфорилює та інгібує активність фосфофруктокінази PFK-2, що є біфункціональним ферментом з активністю фруктози бісфосфатази.

Як відбувається процес сигналізації, що включає циклічний AMP?

Перший вісник (змінної хімічної природи), який досягає конкретної клітини у вигляді зовнішнього подразника, взаємодіє з ферментом аденілатциклази в плазматичній мембрані, індукуючи вироблення циклічного АМФ.

Підвищення концентрації циклічного АМФ працює внаслідок активації інших факторів (як правило, ферментативних), які мають додаткові функції в інгібуванні або активізації обмінних процесів або транскрипції генів, серед інших.

Хто активує циклічний AMP?

Однією з основних функцій, пов'язаних з цією регуляторною молекулою, є активація ферментів фосфорилази або кінази, які каталізують додавання або видалення фосфорильних груп до інших білків і ферментів.

Зазвичай збудження клітини супроводжується збільшенням концентрації циклічного АМФ, супутнього зі збільшенням транспорту кальцію в клітину, який має функції в активації циклічних ферментів аденілциклази, що продукують АМФ.

Як синтез і передача повідомлення, так і деградація циклічного АМФ в клітинах є тонко регульованими процесами, які беруть участь у підтримці гомеостазу організму.

Список літератури

1. Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E.,… Schmitt, E. (2007). Циклічний аденозинофосфат є ключовим компонентом регуляторної Т-клітинної супресії. Журнал експериментальної медицини, 204 (6), 1303–1310.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання «Омега» (5-е видання).
3. Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Циклічні нуклеотиди, 65, 2423–2437.
4. Расмуссен, Х. (1970). Клітинна комунікація, іон кальцію та циклічний монофосфат аденозину. Наука, 170, 404-412.
5. Расмуссен, Х., і Тененхаус, А. (1968). Циклічний аденозинмонофосфат, Са ++ та Мембрани. Біохімія, 59, 1364-1370.