ADENYLATE CYCLASE: MGA KATANGIAN, URI, PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2025

Ang adenylate cyclase o adenylyl cyclase ay ang enzyme na responsable para sa pag-convert ng ATP, isang molekula ng mataas na enerhiya sa siklo ng AMP, isang mahalagang molekula ng pagbibigay senyas na nagpapa-aktibo ng iba't ibang mga protina cyclic AMP-umaasa sa mahalagang mga function ng physiological.

Ang aktibidad nito ay kinokontrol ng iba't ibang mga kadahilanan tulad ng, halimbawa, ang magkakaugnay na pagkilos ng mga hormone, neurotransmitters at iba pang mga molekula ng regulasyon na magkakaibang kalikasan (divalent calcium ion at G protein, upang pangalanan ang ilang).

Adenylate cyclase diagram (Pinagmulan: Gumagamit ang Bensaccount sa en.wikipedia sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang pangunahing kahalagahan ng enzyme na ito ay namamalagi sa kahalagahan ng produkto ng reaksyon na ito catalyzes, cyclic AMP, dahil ito ay nakikilahok sa kontrol ng maraming mga cellular phenomena na nauugnay sa metabolismo at pag-unlad, pati na rin ang tugon sa iba't ibang panlabas na stimuli.

Sa likas na katangian, ang parehong mga unicellular organismo (medyo simple) at malaki at kumplikadong mga hayop na multicellular ay gumagamit ng cyclic AMP bilang pangalawang messenger, at samakatuwid ang mga enzymes na gumagawa nito.

Itinatag ng mga pag-aaral ng phylogenetic na ang mga enzymes na ito ay nagmula sa isang karaniwang ninuno bago ang paghihiwalay ng eubacteria at eukaryotes, na nagmumungkahi na ang cyclic AMP ay may iba't ibang mga pag-andar, marahil na nauugnay sa paggawa ng ATP.

Posible na tanggapin ang nasabing pahayag, dahil ang reaksyon ay na-catalyzed sa pamamagitan ng adenylate cyclase ay madaling mababalik, na makikita sa pare-pareho ng balanse para sa synty ATP (K eq ≈ 2.1 ± 0.2 10 -9 M 2).

Mga katangian at istraktura

Karamihan sa mga eukaryotic adenylate cyclase enzymes ay nauugnay sa lamad ng plasma, ngunit sa mga bakterya at mammalian sperm cells ang mga ito ay matatagpuan bilang natutunaw na mga protina sa cytosol.

Sa lebadura at ilang mga bakterya ang mga ito ay peripheral membrane protein, habang sa ilang mga species ng amoeba sila ay mga molekula na may isang solong segment ng transmembrane.

Mga katangian ng istruktura

Ang mga ito ay mga protina na binubuo ng mga malalaking polypeptide chain (na higit sa 1,000 residue ng amino acid), na tumatawid sa lamad ng plasma nang 12 beses sa pamamagitan ng dalawang rehiyon na binubuo ng anim na transmembrane domain ng alpha helix conform.

Ang bawat rehiyon ng transmembrane ay pinaghiwalay ng isang malaking domain ng cytosolic, na responsable para sa aktibidad ng catalytic.

Kabilang sa mga eukaryotic na organismo ay may ilang mga konserbadong motif sa isang fragment ng rehiyon ng amino terminal ng mga enzim na ito, pati na rin ang isang cytoplasmic domain na nasa paligid ng 40 kDa, na tinatanggal ng mga seksyon ng hydrophobic.

Catalytic site

Ang reaksyon na nabibigyan ng mga enzymes na ito, iyon ay, ang pagbuo ng isang diester bond sa pamamagitan ng isang pag-atake ng nucleophilic ng pangkat ng OH sa posisyon 3 'sa pangkat na pospeyt ng nucleoside triphosphate sa posisyon 5', ay depende sa isang karaniwang istrukturang motibo na kilala bilang domain Palma ".

Ang "palma" na domain na ito ay binubuo ng isang "βαβααβ" motif ("β" na nangangahulugang ang β-nakatiklop na mga sheet at "α" ang alpha helice) at may dalawang hindi nasasabik na aspartic acid residues na nagkoordina sa dalawang responsableng mga ions na metal catalysis, na maaaring maging divalent magnesium o zinc ion.

Maraming mga pag-aaral na may kaugnayan sa quaternary na istraktura ng mga enzim na ito ay nagsiwalat na ang kanilang catalytic unit ay umiiral bilang isang dimer na ang pagbuo ay nakasalalay sa mga segment ng transmembrane, na sumali sa endoplasmic reticulum sa panahon ng pagbuo ng protina.

Lokasyon

Natukoy na tulad ng maraming integral na mga protina ng lamad, tulad ng mga protina G, ang mga may mga angkla ng phosphatidylinositol, at marami pang iba, ang mga adenyl cyclases ay matatagpuan sa mga espesyal na rehiyon ng lamad o mga micro domain na kilala bilang "lipid rafts" (mula sa English "lipid raft").

Ang mga lamad ng mga lamad na ito ay maaaring hanggang sa daan-daang mga nanometro ang lapad at binubuo pangunahin ng kolesterol at sphingolipids na may mahaba, nakararaming puspos na mga fatty acid chain, na ginagawang hindi gaanong likido at pinapayagan ang tirahan ng mga segment ng transmembrane na magkakaiba protina.

Ang mga siklo ng Adenylate ay natagpuan din na nauugnay sa mga subregions ng lipid rafts na kilala bilang "caveolae" (mula sa Ingles na "caveolae"), na sa halip ay mga invagitions ng lamad na mayaman sa kolesterol at isang protina na nauugnay sa tinatawag na caveolin.

Mga Uri

Sa likas na katangian, mayroong tatlong mahusay na tinukoy na mga klase ng adenylate cyclase at dalawa na kasalukuyang paksa ng talakayan.

- Klase I: naroroon ang mga ito sa maraming mga bakteryang Gram-negatibong tulad ng E. coli, halimbawa, kung saan ang cyclic na produkto ng AMP ng reaksyon ay may pag-andar bilang isang ligand para sa mga salik ng transkripula na responsable para sa regulasyon ng mga catabolic operon.

- Klase II: na natagpuan sa ilang mga pathogen ng bacterial genera tulad ng Bacillus o Bordetella, kung saan nagsisilbi silang mga extracellular toxins. Ang mga ito ay mga protina na na-aktibo ng host calmodulin (wala sa bakterya).

- Klase III: na kilala bilang ang "unibersal" na klase at phylogenetically na nauugnay sa mga guanylate cyclases, na nagsasagawa ng magkatulad na pag-andar. Ang mga ito ay matatagpuan sa parehong prokaryotes at eukaryotes, kung saan sila ay kinokontrol ng iba't ibang mga landas.

Mammalian adenylate cyclases

Sa mga mammal, hindi bababa sa siyam na uri ng mga enzim na ito ay na-clone at inilarawan, na naka-encode ng siyam na independyenteng gen at kabilang sa adenyl cyclase class III.

Nagbabahagi sila ng mga kumplikadong istruktura at mga topolohiya ng lamad, pati na rin ang kanilang katangian na dobleng mga catalytic domain.

Para sa mga mammal, ang nomenclature na ginamit upang sumangguni sa isoform ay tumutugma sa mga titik na AC (para sa adenylate cyclase) at isang bilang mula 1 hanggang 9 (AC1 - AC9). Dalawang mga variant ng AC8 enzyme ay naiulat din.

Ang mga isoform na naroroon sa mga hayop na ito ay homologous na may paggalang sa pagkakasunud-sunod ng pangunahing istraktura ng kanilang mga catalytic sites at ang three-dimensional na istraktura. Ang pagsasama ng isa sa mga enzymes na ito sa loob ng bawat "uri" ay pangunahing nauugnay sa mga mekanismo ng regulasyon na nagpapatakbo sa bawat isoform.

Mayroon silang mga pattern ng pagpapahayag na madalas na tumutukoy sa tisyu. Ang lahat ng mga isoform ay matatagpuan sa utak, kahit na ang ilan ay pinigilan sa mga tiyak na lugar ng gitnang sistema ng nerbiyos.

Mga Tampok

Ang pangunahing pag-andar ng mga enzymes na kabilang sa pamilya ng Adenylate Cyclase ay ang pagbago ng ATP sa cyclic AMP at para sa mga ito pinalalaki ang pagbuo ng isang intramolecular 3'-5 'diester bond (reaksyon na katulad ng na-catalyzed ng DNA polymerases). sa pagpapalabas ng isang molekula ng pyrophosphate.

Sa mga mammal, ang iba't ibang mga pagkakaiba-iba na maaaring makamit ay may kaugnayan sa paglaganap ng cell, pag-asa sa etanol, pagkakasunud-sunod ng synaptic, pag-asa sa droga, ritmo ng circadian, olpektibong pagpapasigla, pag-aaral at memorya.

Ang ilang mga may-akda ay iminungkahi na ang mga siklo ng adenylate ay maaaring magkaroon ng isang karagdagang pag-andar tulad ng mga molekular ng transporter o, kung ano ang pareho, mga protina ng channel at mga transportasyon ng ionik.

Gayunpaman, ang mga hypotheses na ito ay nasubok lamang batay sa pag-aayos o topolohiya ng mga segment ng transmembrane ng mga enzim na ito, na nagbabahagi ng ilang mga homologies o pagkakapareho ng istruktura (ngunit hindi pagkakasunod-sunod) sa ilang mga channel ng transportasyon ng ion.

Ang parehong siklik na AMP at PPi (pyrophosphate), na mga produkto ng reaksyon, ay may mga function sa cellular level; ngunit ang kanilang kahalagahan ay nakasalalay sa organismo kung nasaan sila.

Regulasyon

Ang mahusay na pagkakaiba-iba ng istruktura sa mga siklo ng adenyl ay nagpapakita ng isang mahusay na pagkamaramdamin sa maraming mga form ng regulasyon, na nagpapahintulot sa kanila na magsama sa isang malawak na iba't ibang mga landas ng signal ng senyas.

Ang catalytic na aktibidad ng ilan sa mga enzim na ito ay nakasalalay sa alpha ketoacids, habang ang iba ay may mas kumplikadong mekanismo ng regulasyon na kinasasangkutan ng mga subunit ng regulasyon (sa pamamagitan ng pagpapasigla o pagsugpo) na nakasalalay, halimbawa, sa kaltsyum at iba pang mga pangkalahatang natutunaw na mga kadahilanan, pati na rin ng iba pang mga protina.

Maraming mga siklo ng adenylate ang negatibong na-regulate ng mga subunits ng ilang mga protina G (pagbawalan ang kanilang pag-andar), habang ang iba ay nagsasagawa ng higit pang mga aktibong epekto.

Mga Sanggunian

1. Cooper, DMF (2003). Ang regulasyon at samahan ng mga pag-ikot ng adenylyl at cAMP. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylyl cyclases at ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng calcium at cAMP signaling. Kalikasan, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Phylogeny ng Adenylyl Cyclases. Pagsulong sa Ikalawang Messenger at Phosphoprotein Research, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Regulasyon at Papel ng Adenylyl Cyclase Isoforms. Si Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. , 41, 145-174.
5. Linder, U., & Schultz, JE (2003). Ang klase III na mga siklo ng adenylyl: mga module ng senyales ng multi-purpose. Cellular Signaling, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenylyl Cyclases. Cell, 70, 669-672.