Adenylyl-cyklaser

Adenylyl-cyklaser räkna som en enzymklass till lyaserna. Deras uppgift är att katalysera den cykliska cAMP genom att klyva P-O-bindningar från ATP. På så sätt utlöser de en signalkaskad som ansvarar för många olika processer i organismen.

Vad är ett adenylylcyklas?

Adenylylcyklaser medierar effekterna av hormoner eller andra budbärarämnen från utsidan av cellmembranet till motsvarande budbärarämnen inuti cellen. Det är så kallade lyaser, som fungerar som enzymer för att bryta specifika bindningar i molekyler. De delar till exempel P-O-bindningar (bindning mellan fosfor och syre).

Din uppgift är att katalysera fördelningen av ATP till den andra messenger-cAMP. Detta görs med hjälp av G-proteiner. G-proteiner är ansvariga för signalöverföringen (signaltransduktion) som sker mellan receptorer och andra messenger-system. För detta har adenylylcyklaser vissa domäner med en karakteristisk struktur som fungerar som bindningsställen för ATP- och G-proteiner.

Denna bindning initierar den katalytiska effekten av adenylylcyklaser för att bryta ned ATP till mAMP. Konstruktionsplanerna för de olika adenylylcyklerna är olika. De har dock alla motsvarande domäner gemensamt. Det finns tio isoenzymer för humana adenylylcyklaser, varav nio är membranbundna och en förekommer som ett cytosoliskt protein i cellen på fack.

Funktion, effekt och uppgifter

Adenylylcyklasens uppgift är att överföra signaler från det yttre cellmembranet till budbärarämnen inuti cellen via andra budbärare. Detta gäller alla eukaryota levande varelser. Men adenylylcyklaser spelar också en roll som signalöverförare i prokaryota bakterier. Adenylylcyklerna är indelade i tre huvudklasser.

Klass I är effektiv i gramnegativa bakterier. Adenylylcyklas av klass II spelar en viktig roll i sjukdomsframkallande bakterier. De är beroende av proteinkalmodulin hos den infekterade värdorganismen. Den största klassen (klass III) representeras av adenylylcyklaser som förekommer i alla eukaryota organismer. Här medierar de effekterna av hormoner. För detta ändamål överför hormonerna signaler från det yttre cellmembranet till messenger-ämnena inuti cellen. Dessa budbärarämnen utlöser sedan de biokemiska reaktionerna som initieras av hormonerna.

Motsvarande hormon binder till dess receptor, som samtidigt frisätter ett visst G-protein. G-proteinet i sin tur stimulerar eller inhiberar ett adenylylcyklas, som omedelbart börjar katalysera bildningen av cAMP från ATP eller hämmar bildningen av cAMP. När ATP omvandlas till cAMP, bildas ett pyrofosfat med två fosfatgrupper samtidigt. Pyrofosfatet bryts omedelbart i två fosfater. Detta gör en omvänd reaktion på ATP omöjlig. Adenylylcyklaser regleras därför av påverkan av G-proteinerna. Den bildade cAMP har olika funktioner i organismen. Det aktiverar enzymproteinkinas A.

Proteinkinas A katalyserar i sin tur fosforylering av olika enzymer och ingriper därför för att reglera metabolismen. Fosforyleringen aktiverar eller hämmar motsvarande enzymer. Huruvida det handlar om aktivering eller hämning beror på det specifika enzymet. Genom reaktionskedjan hormon, receptor, frisättning av G-protein, adenylylcyklasaktivering / -inhibition, bildning av cAMP från ATP och stimulering av proteinkinas A överförs effekten av vissa hormoner till målstället.

Dessa hormoner och messenger-substanser inkluderar glukagon, ACTH, adrenalin, noradrenalin, dopamin, oxytocin, histamin och andra. Förutom att aktivera proteinkinas A, stimulerar cAMP också genuttryck för vissa hormoner och enzymer. Detta gäller bland annat hormonerna paratyreoideahormon, vasoaktiv tarmpeptid (VIP) och somatostatin.

Utbildning, förekomst, egenskaper och optimala värden

Adenylylcyklaser förekommer överallt i naturen. Alla eukaryota och några prokaryota varelser använder adenylylcyklaser för att producera den utbredda andra messenger-cAMP. I eukaryoter är adenylylcyklaserna belägna på kroppens cellmembranyta. Därifrån vidarebefordrar de signalerna från hormonerna och vissa budbärarämnen till cellen, där olika reaktioner sedan utlöses.

Sjukdomar och störningar

En mängd olika sjukdomar kan uppstå genom defekter och störningar i hela överföringssystemet för signaler. Genetiska förändringar i de olika involverade enzymerna, inklusive adenylylcyklaser, spelar en viktig roll. Det finns till och med teorier som antar att de flesta sjukdomar kan spåras tillbaka till felaktig signalöverföring från cellmembranet in i det inre av cellen.

Både en reducerad och en ökad signalöverföring från cellytan in i cellinre är av sjukdomsvärde. Exempel på detta inkluderar ögonsjukdomen retinitis pigmentosa eller njurens diabetesinsipidus. Många endokrinologiska sjukdomar är baserade på reducerad signaltransduktion. Detsamma gäller för hjärtsvikt. Ökad signaltransduktion resulterar i permanent ökade cAMP-värden. Det finns konstant spänning, som manifesterar sig i olika sjukdomar såsom hjärtsvikt eller psykiska störningar.

Förutom hjärtsvikt kan sjukdomar såsom missbruk (t.ex. alkoholism), schizofreni, Alzheimers, astma och andra också gynnas. Påverkan av signaltransduktionsstörningar på utvecklingen av sjukdomar såsom diabetes mellitus, arterioskleros, högt blodtryck eller tumörtillväxt undersöks också. Autoimmuna sjukdomar såsom ulcerös kolit kan också bero på felaktig signalöverföring. I kolera produceras ett bakterietoxin, vilket orsakar permanent aktivering av adenylylcyklas.

CAMP-nivån ökas eftersom motsvarande hormonaktiverade adenylylcyklaser inte hämmas. MAMP-nivån ökas också i kikhoste (kikhoste). Här saknas hämning av G-proteinet, som är hämmande för adenylylcyklaser. Detta ökar koncentrationen av adenylylcyklaser. Många genetiska förändringar av enzymerna (inklusive adenylylcyklaser) kan orsaka eller främja sjukdomar.