מגבר מחזורי: מבנה ופונקציות - ביולוגיה - 2025

AMP המחזורי או אדנוזין 3", 5'-monophosphate הוא נוקלאוטיד מחזורי שמתפקד שליח משני והיא חלק האלמנטים הבסיסיים של שליטה ביוכימיים תאית ותקשורת ביצורי חיים רבים.

קיומה הוכח לפני כמעט 70 שנה על ידי סאת'רלנד וראל (1958), שתיארו את תופעת ההצטברות של נוקלאוטיד זה בתאי כבד כתוצאה ממתן אפינפרין (אדרנלין).

מבנה כימי של AMP מחזורי (מקור: Wesalius באמצעות Wikimedia Commons)

מאז גילויו, AMP מחזורי נקשר ביונקים עם פעולתם של הורמונים רבים, עם הפרשת אנדוקרינית ואקסוקרינית, עם שחרורם של מעבירים עצביים בצומת הסינפסה ובצמתים עצביים, בין פונקציות רבות אחרות.

הסינתזה שלה מנותזת על ידי שלוש משפחות של חלבונים הקשורים לקרום הפלזמה המכונה אדניל ציקלאז או ציקלאז אדנילט, המסוגלות לייצר את התרכובת המחזורית מ- ATP ולשחרר פירופוספט לחלל הפנים.

השפלה שלה לעומת זאת מתווכת על ידי אנזימים ממשפחת הפוספודיאסטרז שהם חלבונים מסיסים הנמצאים בעיקר בציטוזול.

אנזימים אלה, ולכן AMP מחזורי, נמצאים באורגניזמים מגוונים במיוחד, פשוטים כמו אצות חד-תאיות ומיקרואורגניזמים רבים אחרים (חיידקים ואחרים) ומורכבים כמו בעלי חיים רב-תאיים עם מסלולי איתות מורכבים.

למרות שנוכחותם בצמחים היא עניין של דיון, ישנן עדויות מסוימות המצביעות על כך שמינים מסוימים של צמחים בעלי פעילות ציקלאז אדנילט, אם כי תפקידם לא נקבע באופן משביע רצון.

מִבְנֶה

המבנה הכימי של AMP מחזורי הוברר על ידי קריסטלוגרפיה של רנטגן ועל ידי מחקרי תהודה מגנטית גרעינית.

זוהי מולקולה מחזורית יציבה לחום ("יציבה בחום") ויציבה יותר להידרוליזה אלקלית בהשוואה למקבילה הלא מחזורית שלה, AMP או מוננופוספט אדנוזין.

כמו כל נוקליאוטידים פוספטים, ל- AMP מחזורי יש קבוצת פוספט המחוברת לחמצן הפחמן במיקום 5 'של מולקולת ריבוז, אשר בתורו מחוברת לבסיס חנקן טבעת הטרוציקליקית דרך הפחמן בעמדת 1' וזה תואם אדנין.

קבוצת הפוספטים של סוכר הריבוזה, שלא כמו גרעיני הפוספט הלא-מחזוריים, מתמזגת בטרנס דרך קשר פוספודיאסטר עם תחמוצות הפחמימות בתנוחות 3 'ו- 5' של ריבוז (3 ', 5'- טרנספוז-פוזרט).

כריכה זו מגבילה את תנועת טבעת הפוראן היוצרת ריבוז וסוגרת את קבוצת הפוספט במבנה "כסא".

לעומת נוקליאוטידים לא מחזוריים, AMP מחזורי ונוקליאוטידים קשורים אחרים הם מולקולות קטנות יותר עם קוטביות נמוכה יותר, המהווה גורם חשוב לבידולן על ידי החלבונים המגיבים אליהם.

לקונפורמציה של הקשר הגליקוזיד המתרחש בין ריבוז לטבעת האדנין יש חופש סיבוב מסוים. זהו גם פרמטר מבני חשוב להבחנתו מהנוקלאוטידים האחרים (לא רק זהות הבסיס החנקני).

מאפיינים

כמסר משני, AMP מחזורי משתתף בהפעלת תהליכי איתות רבים (בעקבות הסינתזה שלו) או בהפעלת אנזימים שונים "במורד הזרם" במפל האיתות שבעזרתו הוא מיוצר.

הוא משתתף בגליקוגנוליזה הכבד ובשחרור האינסולין מהלבלב, בשחרור העמילאז מבלוטות הרוק, ובפעולת האסטרוגן ברחם.

יש לו פונקציות אוניברסליות בשליטה על ביטוי גנים ובשילוב של פונקציות מטבוליות מרובות. ציטוקינים רבים משתמשים הן בסידן והן ב- AMP מחזורי כדי לבצע את תפקידיהם.

בין ההורמונים המשתמשים ב- AMP מחזורי בתהליכי האיתות שלו (אם על ידי הגדלת או הפחתה של הריכוז התוך תאי) ניתן לכלול קטכולמין, גלוקגון, וזופרסין, הורמון פרתירואידי, פרוסטגלנדינים, אינסולין, מלטונין ו אדרנלין, בין היתר.

תפקיד אחד נוסף בתפקידיו הרבים הוא לעכב את הצמיחה, ההתמיינות והתפשטותם של תאי T אצל יונקים, ככל הנראה על ידי הפעלה או השראה של מדכא הציטוקינים הרגולטוריים של תהליכים אלה בתאים כאלה.

AMP מחזורי והמחזורי אדנילט המייצרים אותו קשורים גם לתפקודם של קולטני חלבון G רבים מצמידים חלבון, הקשורים למנגנוני איתות שונים ותהליכים סלולריים חשובים אחרים.

במטבוליזם גלוקוז

אצל יונקים, AMP מחזורי ממלא תפקיד בוויסות המסלול הגליקוליטי והגלוקונוגני דרך עיכוב הפעילות של האנזים phosphofructokinase 2 (PFK-2), מה שמזרז את התגובה השנייה של הגליקוליזה.

המנגנון כולל השתתפות ההורמון גלוקגון בהפעלת ציקלאז אדנילט לכבד, הגורם לעלייה ניכרת בריכוז ה- AMP המחזורי.

AMP מחזורי זה מפעיל קינאז חלבון תלוי cAMP המזרחן ומעכב את פעילות הפוסופרוקטוקינאז של PFK-2 שהוא אנזים דו פונקציונאלי עם פעילות פרוקטוז ביספוספטאז.

כיצד מתרחש תהליך האיתות הכולל AMP מחזורי?

שליח ראשון (בעל אופי כימי משתנה) שמגיע לתא ספציפי כגירוי חיצוני, מתקשר עם אנזים אדנילט ציקלאז בקרום הפלזמה, וגורם לייצור AMP מחזורי.

העלייה בריכוז AMP המחזורי פועלת בהפעלת גורמים אחרים (בדרך כלל אנזימטיים) שיש להם תפקידים נוספים בעיכוב או בהפעלה של תהליכים מטבוליים או תעתיק גנים, בין היתר.

מי מפעיל ה- AMP המחזורי?

אחד התפקידים העיקריים הקשורים למולקולה רגולטורית זו הוא הפעלת אנזימי זרחן או קינאז, אשר מזרזים את הוספה או הסרה של קבוצות זרחן לחלבונים ואנזימים אחרים.

בדרך כלל, עירור התא מלווה בעלייה בריכוז ה- AMP המחזורי, במקביל לעלייה בהובלת הסידן לתא שיש לו פעולות בהפעלת אנזימי ה- Adenyl cyclase המחזוריים.

גם הסינתזה והעברת המסר וגם השפלה של AMP מחזורי בתאים הם תהליכים מוסדרים היטב המשתתפים בשמירה על הומאוסטזיס של הגוף.

הפניות

1. Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-Heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E., … Schmitt, E. (2007). מונופוספט אדנוזין מחזורי הוא מרכיב מרכזי בדיכוי מתווך תאי T. כתב העת לרפואה ניסיונית, 204 (6), 1303–1310.
2. נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).
3. ניוטון, RP ו- Smith, CJ (2004). נוקליאוטידים מחזוריים, 65, 2423–2437.
4. Rasmussen, H. (1970). תקשורת תאים, סידן יון ומונופוספט אדנוזין מחזורי. מדע, 170, 404-412.
5. Rasmussen, H., and Tenenhouse, A. (1968). אדנוזין מונופוספט מחזורי, Ca ++ וממברנות. ביוכימיה, 59, 1364-1370.