- Struktur
- Funktioner
- Ved glukosemetabolisme
- Hvordan forekommer signalprocessen, der involverer cyklisk AMP?
- Hvem aktiverer den cykliske AMP?
- Referencer
Det cykliske AMP eller adenosin 3 ', 5'-monophosphat er et cyklisk nukleotid, der fungerer som sekundær messenger og er en del af de grundlæggende elementer i biokemisk intracellulær kontrol og kommunikation i mange levende organismer.
Dets eksistens blev demonstreret for næsten 70 år siden af Sutherland og Rall (1958), der beskrev fænomenet akkumulering af dette nukleotid i leverceller som et resultat af indgivelsen af epinephrin (adrenalin).
Kemisk struktur af cyklisk AMP (Kilde: Wesalius via Wikimedia Commons)
Siden opdagelsen er cyklisk AMP i pattedyr blevet forbundet med virkningen af mange hormoner, med endokrin og exokrin sekretion, med frigivelsen af neurotransmittere ved synapse- og neuromuskulære forbindelser, blandt mange andre funktioner.
Syntesen katalyseres af tre familier af proteiner, der er forbundet med plasmamembranen kendt som adenylcyclase eller adenylatcyklase, der er i stand til at fremstille den cykliske forbindelse fra ATP og frigive pyrophosphat i cellen.
Dens nedbrydning formidles på den anden side af enzymer fra phosphodiesterase-familien, som er opløselige proteiner, der hovedsageligt findes i cytosol.
Disse enzymer, og derfor cykliske AMP, findes i ekstremt forskellige organismer, så enkle som encellede alger og mange andre mikroorganismer (bakterier og andre) og så komplekse som flercellede dyr med komplicerede signalveje.
Selv om dens tilstedeværelse i planter er et spørgsmål om diskussion, er der visse beviser, der indikerer, at nogle plantearter har adenylatcyklaseaktivitet, skønt dens funktion ikke er blevet tilfredsstillende bestemt.
Struktur
Den kemiske struktur af cyklisk AMP er belyst ved røntgenkrystallografi og ved proton-nukleær magnetisk resonansundersøgelser.
Dette er et cyklisk molekyle, der er stabilt til varme ("varmestabil") og mere stabilt til alkalisk hydrolyse end dets ikke-cykliske modstykke, AMP eller adenosinmonophosphat.
Som alle phosphatnukleotider har cyklisk AMP en phosphatgruppe bundet til carbonoxygenet i 5'-positionen af et ribosemolekyle, som igen er bundet til en heterocyklisk nitrogennitrogenbase via carbonet i 1'-positionen og det svarer til en adenin.
Fosfatgruppen af ribosesukkeret, i modsætning til de ikke-cykliske phosphatnukleotider, smeltes i trans gennem en fosfodiesterbinding med oxygterne af kulstofene i 3 'og 5' positionerne af ribose (3 ', 5'- transfuseret phosphat).
Denne binding begrænser bevægelsen af furanringen, der danner ribose og lukker fosfatgruppen i en "stol" -konformation.
Sammenlignet med ikke-cykliske nukleotider er cykliske AMP og andre beslægtede nukleotider mindre molekyler med lavere polaritet, hvilket er en vigtig faktor for deres differentiering med de proteiner, der reagerer på dem.
Konformationen af den glykosidiske binding, der forekommer mellem ribose og adeninringen, har en vis rotationsfrihed. Dette er også en vigtig strukturel parameter for dets skelnen fra andre nukleotider (ikke kun identiteten af den nitrogenholdige base).
Funktioner
Som en sekundær messenger deltager cyklisk AMP i aktiveringen af mange signalprocesser (efter dens syntese) eller i aktiveringen af forskellige enzymer "nedstrøms" i den signaleringskaskade, hvormed den produceres.
Det deltager i lever glycogenolyse og i frigivelsen af insulin fra bugspytkirtlen, i frigivelsen af amylase fra spytkirtlerne og i virkningen af østrogen i livmoderen.
Det har universelle funktioner til styring af genekspression og i integrationen af flere metaboliske funktioner. Mange cytokiner bruger både calcium og cyklisk AMP til at udføre deres funktioner.
Blandt de hormoner, der bruger cyklisk AMP i deres signalprocesser (enten ved at øge eller reducere dets intracellulære koncentration) kan indbefattes katekolaminer, glukagon, vasopressin, parathyreoideahormon, prostaglandiner, insulin, melatonin og adrenalin blandt andre.
En anden af dens mange funktioner er at hæmme vækst, differentiering og spredning af T-celler hos pattedyr, sandsynligvis ved aktivering eller induktion af en repressor af de regulerende cytokiner af disse processer i sådanne celler.
Cykliske AMP og adenylatcyklaser, der producerer det, er også relateret til funktionen af mange G-proteinkoblede proteinreceptorer, som er forbundet med forskellige signalmekanismer og andre vigtige cellulære processer.
Ved glukosemetabolisme
Hos pattedyr spiller cyklisk AMP en rolle i reguleringen af den glykolytiske og gluconeogene vej gennem inhiberingen af aktiviteten af enzymet phosphofructokinase 2 (PFK-2), som katalyserer den anden reaktion af glycolyse.
Mekanismen involverer deltagelse af hormonet glukagon i aktiveringen af lever-adenylatcyklase, hvilket bevirker en betydelig stigning i koncentrationen af cyklisk AMP.
Denne cykliske AMP aktiverer en cAMP-afhængig proteinkinase, der phosphorylerer og inhiberer phosphofructokinaseaktiviteten af PFK-2, som er et bifunktionelt enzym med fruktose-bisphosphatase-aktivitet.
Hvordan forekommer signalprocessen, der involverer cyklisk AMP?
En første messenger (af variabel kemisk karakter), der når en bestemt celle som en ekstern stimulus, interagerer med et adenylatcyclaseenzym i plasmamembranen, hvilket inducerer produktionen af cyklisk AMP.
Stigningen i koncentrationen af cyklisk AMP fungerer ved aktivering af andre faktorer (generelt enzymatiske), der har yderligere funktioner til hæmning eller aktivering af metaboliske processer eller gentranskription blandt andre.
Hvem aktiverer den cykliske AMP?
En af hovedfunktionerne, der er forbundet med dette regulerende molekyle, er aktiveringen af phosphorylase- eller kinaseenzymer, der katalyserer tilsætningen eller fjernelsen af phosphorylgrupper til andre proteiner og enzymer.
Normalt ledsages excitationen af en celle af en stigning i koncentrationen af cyklisk AMP, samtidig med en stigning i transporten af calcium mod cellen, der har funktioner i aktiveringen af de cykliske AMP-producerende adenylcyclaseenzymer.
Både syntese og transmission af meddelelsen og nedbrydningen af cyklisk AMP i celler er fint regulerede processer, der deltager i opretholdelsen af kropshomeostase.
Referencer
- Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E.,… Schmitt, E. (2007). Cyklisk adenosinmonophosphat er en nøglekomponent i regulerende T-celle-medieret undertrykkelse. Journal of Experimental Medicine, 204 (6), 1303–1310.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi. Omega-udgaver (5. udgave).
- Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Cykliske nukleotider, 65, 2423–2437.
- Rasmussen, H. (1970). Cellekommunikation, calciumion og cyklisk adenosinmonophosphat. Videnskab, 170, 404-412.
- Rasmussen, H., & Tenenhouse, A. (1968). Cyklisk adenosinmonophosphat, Ca ++ og membraner. Biokemi, 59, 1364-1370.