Adenylyl-cyklaser

Adenylyl-cyklaser tælle som en enzymklasse til lyaserne. Deres opgave er at katalysere det cykliske cAMP ved at spalte P-O-bindinger fra ATP. Dermed udløser de en signalkaskade, der er ansvarlig for mange forskellige processer i organismen.

Hvad er en adenylyl-cyclase?

Adenylyl-cyklaser medierer virkningen af ​​hormoner eller andre messenger-stoffer fra ydersiden af ​​cellemembranen til tilsvarende messenger-stoffer inde i cellen. Det er såkaldte lyaser, der fungerer som enzymer til at bryde specifikke bindinger i molekyler. For eksempel opdeler de P-O-bindinger (binding mellem fosfor og ilt).

Din opgave er at katalysere opdelingen af ​​ATP til den anden messenger-cAMP. Dette gøres ved hjælp af G-proteiner. G-proteiner er ansvarlige for signaltransmissionen (signaltransduktion), der finder sted mellem receptorer og andet messenger-system. Til dette har adenylylcyklaser visse domæner med en karakteristisk struktur, der fungerer som bindingssteder for ATP- og G-proteiner.

Denne binding initierer den katalytiske virkning af adenylylcyklaser for at nedbryde ATP til mAMP. Konstruktionsplanerne for de forskellige adenylyl-cyklaser er forskellige. De har dog alle de tilsvarende domæner til fælles. Der er ti isoenzymer til humane adenylylcyklaser, hvoraf ni er membranbundet, og den ene forekommer som et cytosolisk protein inde i cellen i rum.

Funktion, effekt og opgaver

Adenylyl-cyclasernes opgave er at overføre signaler fra den ydre cellemembran til messenger-stoffer inde i cellen via andre messengers. Dette gælder for alle eukaryote levende væsener. Men adenylyl-cyklaser spiller også en rolle som signaltransmittere i prokaryote bakterier. Adenylyl-cyklaser er opdelt i tre hovedklasser.

Klasse I er effektiv i gramnegative bakterier. Adenylyl-cyklaser i klasse II spiller en vigtig rolle i sygdomsfremkaldende bakterier. De er afhængige af protein-calmodulin fra den inficerede værtsorganisme. Den største klasse (klasse III) er repræsenteret af adenylylcyklaser, der forekommer i alle eukaryote organismer, her medieres virkningen af ​​hormoner. Til dette formål overfører hormoner signaler fra den ydre cellemembran til messenger-stoffer inde i cellen. Disse messenger-stoffer udløser derefter de biokemiske reaktioner, der er initieret af hormonerne.

Det tilsvarende hormon binder sig til dets receptor, som samtidig frigiver et vist G-protein. G-proteinet stimulerer eller inhiberer på sin side en adenylylcyklase, som straks begynder at katalysere dannelsen af ​​cAMP fra ATP eller hæmmer dannelsen af ​​cAMP. Når ATP omdannes til cAMP, dannes et pyrophosphat med to phosphatgrupper på samme tid. Pyrophosphatet nedbrydes straks i to phosphater. Dette gør en omvendt reaktion på ATP umulig. Adenylyl-cyclaser reguleres derfor af påvirkningen af ​​G-proteinerne. Den dannede cAMP har en række funktioner i organismen. Det aktiverer enzymproteinkinase A.

Proteinkinase A katalyserer på sin side fosforylering af forskellige enzymer og griber derfor ind for at regulere metabolismen. Fosforyleringen aktiverer eller inhiberer de tilsvarende enzymer. Om det kommer til aktivering eller hæmning afhænger af det bestemte enzym. Gennem reaktionskædehormonet, receptor, G-proteinfrigivelse, adenylylcyklasaktivering / -inhibering, dannelse af cAMP fra ATP og stimulering af proteinkinase A overføres effekten af ​​visse hormoner til målsiden.

Disse hormoner og messenger-stoffer inkluderer glukagon, ACTH, adrenalin, noradrenalin, dopamin, oxytocin, histamin og andre. Ud over at aktivere proteinkinase A stimulerer cAMP også genekspression for nogle hormoner og enzymer. Dette gælder blandt andet hormonerne parathyreoideahormon, vasoaktivt tarmpeptid (VIP) og somatostatin.

Uddannelse, forekomst, egenskaber & optimale værdier

Adenylyl-cyklaser forekommer overalt i naturen. Alle eukaryote og nogle prokaryote væsener bruger adenylyl-cyklaser til at fremstille den udbredte anden messenger-cAMP. I eukaryoter er adenylylcyklaser placeret på membranoverfladen af ​​kroppens celler. Derfra videresender de signalerne fra hormonerne og visse messenger-stoffer til cellen, hvor forskellige reaktioner derefter udløses.

Sygdomme og lidelser

En række forskellige sygdomme kan opstå som følge af defekter og interferens i hele transmissionssystemet for signaler. Genetiske ændringer i de forskellige involverede enzymer, herunder adenylylcyklaser, spiller en vigtig rolle. Der er endda teorier, der antager, at de fleste sygdomme kan spores tilbage til defekt signaltransduktion fra cellemembranen ind i det indre af cellen.

Både en reduceret og en forøget signaltransduktion fra celleoverfladen ind i celleindretningen er af sygdomsværdi. Eksempler på dette inkluderer øjesygdommen retinitis pigmentosa eller nyre diabetes insipidus. Mange endokrinologiske sygdomme er baseret på reduceret signaltransduktion. Det samme gælder hjertesvigt. Forøget signaltransduktion resulterer i permanent forøgede cAMP-værdier. Der er konstant spænding, som manifesterer sig i forskellige sygdomme, såsom hjertesvigt eller psykiske lidelser.

Foruden hjertesvigt kan sygdomme såsom afhængighed (fx alkoholisme), schizofreni, Alzheimers, astma og andre også favoriseres. Indflydelsen af ​​signaltransduktionsforstyrrelser på udviklingen af ​​sygdomme som diabetes mellitus, arteriosklerose, højt blodtryk eller tumorvækst undersøges også. Autoimmune sygdomme såsom ulcerøs colitis kan også skyldes defekt signaltransduktion. I kolera produceres et bakterietoksin, der forårsager permanent aktivering af adenylylcyklase.

CAMP-niveauet øges, fordi de tilsvarende hormonaktiverede adenylylcyklaser ikke hæmmes. MAMP-niveauet øges også i kighoste (kikhoste). Her mangler inhiberingen af ​​G-proteinet, som er inhiberende for adenylylcyklaser. Dette øger koncentrationen af ​​adenylylcyklaser. Mange genetiske ændringer af enzymerne (inklusive adenylylcyklaser) kan forårsage eller fremme sygdomme.