Cyclase adenylate או אדנילט ציקלאז הוא האנזים אחראי המרה של ה- ATP, מולקולה של אנרגיה גבוהה המחזורית AMP, מולקולת איתות חשוב אשר מפעילה חלבונים שונים מחזוריים AMP-תלוי עם תפקודים פיזיולוגיים חשוב.
פעילותה נשלטת על ידי גורמים שונים כמו, למשל, פעולה מתואמת של הורמונים, מעבירים עצביים ומולקולות רגולטוריות אחרות בעלות אופי שונה (יוני סידן דו-ערכיים וחלבוני G, אם נזכיר כמה).
תרשים ציקלאז אדנילט (מקור: חשבון Bensaccount ב- en.wikipedia באמצעות ויקימדיה Commons)
החשיבות העיקרית של אנזים זה נעוצה בחשיבות תוצר התגובה שהוא מזרז, AMP מחזורי, מכיוון שהוא משתתף בשליטה על תופעות תאיות רבות הקשורות למטבוליזם והתפתחות, כמו גם בתגובה לגירויים חיצוניים שונים.
בטבע, אורגניזמים חד-תאיים (פשוטים יחסית) והן בעלי חיים רב-תאיים גדולים ומורכבים משתמשים ב- AMP מחזורי כשליח שני, ולכן באנזימים המייצרים אותו.
מחקרים פילוגנטיים קובעים כי אנזימים אלו נגזרים מאב קדמון משותף לפני ההפרדה של eubacteria ו- eukaryotes, מה שמצביע על כך של- AMP מחזורי היו תפקידים שונים, אולי קשורים לייצור ATP.
אפשר לקבל הצהרה כזו, מכיוון שהתגובה המנותזת על ידי ציקלאז אדנילט היא הפיכה בקלות, אותה ניתן לראות בקבוע שיווי המשקל לסינתזת ATP (K eq ≈ 2.1 ± 0.2 10 -9 M 2).
מאפיינים ומבנה
מרבית אנזימי האצטיליקת ציקלאז האוקריוטיים קשורים לקרום הפלזמה, אך בחיידקים ותאי זרע של יונקים הם נמצאים כחלבונים מסיסים בציטוזול.
בשמרים ובחיידקים מסוימים הם חלבוני קרום היקפי, בעוד שבמינים מסוימים באמבה הם מולקולות עם קטע טרנסממברני יחיד.
מאפיינים מבניים
מדובר בחלבונים המורכבים משרשראות פוליפפטיד גדולות (של יותר מאלף שאריות חומצות אמיניות) החוצות את קרום הפלזמה 12 פעמים דרך שני אזורים המורכבים משישה תחומים טרנסממברניים של קונפורמציה של סליל אלפא.
כל אזור טרנסממברני מופרד על ידי תחום ציטוסולי גדול, האחראי לפעילות קטליטית.
בקרב אורגניזמים אוקריוטים ישנם כמה מוטיבים שמורים בשבר של אזור האמינו הטרמינלי של אנזימים אלה, כמו גם תחום ציטופלסמתי של בערך 40 kDa, המופרד על ידי החלקים ההידרופוביים.
אתר קטליטי
התגובה שהאנזימים הללו מזרזים, כלומר היווצרות קשר דיאסטר דרך התקף נוקלאופילי של קבוצת OH במצב 3 'לקבוצת הפוספטים של נוקלאוזיד טריפוספט במיקום 5', תלויה במוטיב מבני נפוץ המכונה התחום. כַּף הַיָד".
תחום "כף יד" זה מורכב ממוטיב "βαβααβ" ("β" שפירושו את היריעות המקופלות β ו" α "מסביב האלפא) ויש לו שני שאריות חומצה אספרטית בלתי ניתנת לביצוע הניתנות לתיאום. קטליזה, שיכולה להיות מגנזיום דו-מימדי או יוני אבץ.
מחקרים רבים שקשורים למבנה הרבעוני של אנזימים אלה חשפו כי היחידה הקטליטית שלהם קיימת כמרמר אשר היווצרותו תלויה בקטעי הטרנסממברנה, המצטרפים לתכנית הרשת האנדופלסמית במהלך היווצרות החלבון.
מקום
נקבע כי בדומה לחלבוני קרום אינטגרליים רבים, כמו חלבוני G, אלה עם עוגני פוספטידילינוזיטול ורבים אחרים, צניקלאז אדניל נמצא באזורי קרום מיוחדים או בתחומי מיקרו המכונים "רפסודות שומנים" (מ- אנגלית "רפסודת השומנים").
תחומי הממברנה הללו יכולים להיות בקוטר של מאות ננומטר והם מורכבים בעיקר מכולסטרול וספינגוליפידים עם שרשראות חומצות שומן ארוכות ובעיקר רוויות, מה שהופך אותם פחות נוזלים ומאפשרים התאמה של פלחי טרנסממברנה של שונות חלבונים.
ציקלוזות אדנילט נמצאו גם קשורות לתתי-אזורים של רפסודות השומנים המכונות "caveolae" (מאנגלית "caveolae"), המהוות פלישות למדיות של הממברנה העשירה בכולסטרול וחלבון הקשור לזה הנקרא caveolin.
סוגים
בטבע, ישנן שלוש מחלקות מוגדרות היטב של ציקלאז אדנילט ושניים שנמצאים כיום בנושא הדיון.
- מחלקה 1: הם קיימים בחיידקים רבים שליליים מסוג Gram כמו E. coli, למשל, כאשר למוצר ה- AMP המחזורי של התגובה יש תפקיד כמו ליגנד לגורמי שעתוק האחראים לוויסות של אופרונים קטבוליים.
- מחלקה II: נמצא בכמה פתוגנים של ז'אנרים חיידקיים כמו Bacillus או Bordetella, שם הם משמשים כרעילים חוץ תאיים. הם חלבונים המופעלים על ידי קלמודולין מארח (נעדר בחיידקים).
- מחלקה III: מכונה המעמד "האוניברסלי" וקשורים פילוגנטיים למחזורי גנילאט, המבצעים פונקציות דומות. הם נמצאים הן בפרוקריוטות והן באוקריוטות, שם הם מוסדרים על ידי מסלולים שונים.
מחזורי אדנלטים של יונקים
אצל יונקים, שיבוטו ותוארו לפחות תשעה סוגים של אנזימים אלה, המקודדים על ידי תשעה גנים עצמאיים ומשתייכים לשיעור אדניל ציקלאז III.
הם חולקים מבנים מורכבים וטופולוגיות קרום, כמו גם התחומים הקטליטים המשוכפלים האופייניים להם.
עבור יונקים, הננומטוריה המשמשת להתייחסות לאיזופורמות תואמת את האותיות AC (עבור ציקלאז אדנילט) ומספר בין 1 ל 9 (AC1 - AC9). דווח גם על שני גרסאות של האנזים AC8.
האיזופורמות הקיימות בבעלי חיים אלה הומולוגיות ביחס לרצף המבנה הראשוני של האתרים הקטליטים שלהם ולמבנה התלת ממדי. שילוב של אחד מהאנזימים הללו בתוך כל "סוג" קשור בעיקר למנגנוני הרגולציה הפועלים על כל איזופורם.
יש להם דפוסי ביטוי שהם לרוב ספציפיים לרקמות. ניתן למצוא את כל האיסופרים במוח, אם כי חלקם מוגבלים לאזורים ספציפיים במערכת העצבים המרכזית.
מאפיינים
תפקידם העיקרי של האנזימים השייכים למשפחת Adenylate Cyclase הוא הפיכת ATP ל- AMP מחזורי ולשם כך הם מזרזים את היווצרותו של קשר דיסטר אינטר-מולקולרי 3'-5 '(תגובה דומה לזו שמוגזמת על ידי פולימראזות DNA). עם שחרור מולקולת פירופוספט.
אצל יונקים, הווריאציות השונות שניתן להשיג קשורות לשגשוג תאים, תלות באתנול, פלסטיות סינפטית, תלות בסמים, קצב צירתי, גירוי חוש הריח, למידה וזיכרון.
ישנם מחברים שהציעו כי למחזורי אדנילט עשויה להיות תפקיד נוסף כמולקולות טרנספורטר או, מה זהה, חלבוני תעלה ומעבירי יונים.
עם זאת, השערות אלה נבדקו רק על סמך הסידור או הטופולוגיה של מקטעי הטרנסממברנה של אנזימים אלה, אשר חולקים כמה הומולוגיות או קווי דמיון מבניים (אך לא רצף) עם ערוצי תעבורת יונים מסוימים.
גם AMP מחזורי וגם PPi (פירופוספט), שהם תוצרי התגובה, יש פונקציות ברמה התאית; אך חשיבותם תלויה באורגניזם היכן שהם נמצאים.
תַקָנָה
המגוון המבני הגדול בקרב מחזורי אדניל מדגים רגישות רבה לצורות רגולציה מרובות המאפשרת להם להשתלב במגוון רחב של מסלולי איתות סלולריים.
הפעילות הקטליטית של חלק מאותם אנזימים תלויה בחומצות אלפא קטו, ואילו באחרות יש מנגנונים רגולטוריים מורכבים בהרבה הכוללים יחידות משנה רגולטוריות (על ידי גירוי או עיכוב) התלויות, למשל, בסידן ובגורמים מסיסים אחרים בדרך כלל, כמו גם של חלבונים אחרים.
מחזורי adenylate רבים מוסדרים באופן שלילי על ידי יחידות משנה של חלבוני G מסוימים (מעכבים את תפקודם), בעוד שאחרים מפעילים השפעות רבות יותר להפעלה.
הפניות
- קופר, DMF (2003). ויסות וארגון מחזורי אדיניל ו- CAMP. כתב העת הביוכימי, 375, 517-529.
- קופר, ד., מונס, נ 'וקרפן, ג' (1995). מחזורי אדניליל והאינטראקציה בין סידן לאיתות cAMP. טבע, 374, 421-424.
- Danchin, A. (1993). פילוגניות של ציקלוזות אדניל. התקדמות במחקר מסנג'ר ופוסופרוטאין שני, 27, 109–135.
- Hanoune, J., & Defer, N. (2001). ויסות ותפקידם של איזנופורמים של ציקלוזה של אדניאלי. אן. הכמרית פרמקול. טוקסיקול. , 41, 145-174.
- לינדר, U., and Schultz, JE (2003). מחזורי adenylyl בכיתה III: מודולי איתות רב-תכליתיים. איתות סלולרי, 15, 1081-1089.
- טאנג, וו., וגילמן, א.ג. (1992). Adenylyl Cyclases. תא, 70, 669-672.