ADENYLATE CYCLASE: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2025

Các cyclase adenylate hoặc cyclase adenylyl là enzyme chịu trách nhiệm cho việc chuyển đổi của ATP, một phân tử năng lượng cao trong cyclic AMP, một phân tử tín hiệu quan trọng mà kích hoạt các protein khác nhau cyclic AMP phụ thuộc với các chức năng sinh lý quan trọng.

Hoạt động của nó được kiểm soát bởi các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như hoạt động phối hợp của các hormone, chất dẫn truyền thần kinh và các phân tử điều hòa khác có bản chất khác nhau (các ion canxi hóa trị hai và protein G, để đặt tên cho một số).

Biểu đồ adenylate cyclase (Nguồn: User Bensaccount trên en.wikipedia qua Wikimedia Commons)

Tầm quan trọng chính của enzyme này nằm ở tầm quan trọng của sản phẩm của phản ứng mà nó xúc tác, AMP vòng, vì nó tham gia vào việc kiểm soát nhiều hiện tượng tế bào liên quan đến sự trao đổi chất và phát triển, cũng như phản ứng với các kích thích bên ngoài khác nhau.

Trong tự nhiên, cả sinh vật đơn bào (tương đối đơn giản) và động vật đa bào lớn và phức tạp đều sử dụng AMP vòng như một chất truyền tin thứ hai, và do đó là các enzym tạo ra nó.

Các nghiên cứu phát sinh loài xác định rằng các enzym này có nguồn gốc từ một tổ tiên chung trước khi phân tách vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn, cho thấy rằng AMP vòng có các chức năng khác nhau, có lẽ liên quan đến sản xuất ATP.

Có thể chấp nhận nhận định như vậy, vì phản ứng được xúc tác bởi adenylate cyclase là dễ dàng thuận nghịch, điều này có thể thấy trong hằng số cân bằng cho quá trình tổng hợp ATP (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10-9 M 2).

Đặc điểm và cấu trúc

Hầu hết các enzym adenylate cyclase của sinh vật nhân chuẩn được liên kết với màng sinh chất, nhưng ở vi khuẩn và tế bào tinh trùng của động vật có vú, chúng được tìm thấy dưới dạng protein hòa tan trong dịch bào.

Ở nấm men và một số vi khuẩn, chúng là các protein màng ngoại vi, trong khi ở một số loài amip chúng là các phân tử có một đoạn xuyên màng đơn lẻ.

Đặc điểm cấu trúc

Chúng là những protein bao gồm các chuỗi polypeptit lớn (hơn 1.000 gốc axit amin), đi qua màng sinh chất 12 lần qua hai vùng bao gồm sáu miền xuyên màng của cấu trúc xoắn alpha.

Mỗi vùng xuyên màng được ngăn cách bởi một miền cytosolic lớn, miền này chịu trách nhiệm cho hoạt động xúc tác.

Trong số các sinh vật nhân chuẩn, có một số mô típ được bảo tồn trong một đoạn của vùng đầu cuối amin của các enzym này, cũng như vùng tế bào chất có kích thước khoảng 40 kDa, được phân định bởi các phần kỵ nước.

Trang web xúc tác

Phản ứng mà các enzym này xúc tác, nghĩa là, sự hình thành liên kết diester thông qua sự tấn công nucleophin của nhóm OH ở vị trí 3 'vào nhóm photphat của nucleoside triphosphat ở vị trí 5', phụ thuộc vào một mô típ cấu trúc chung được gọi là miền Lòng bàn tay".

Miền "lòng bàn tay" này được cấu tạo bởi mô típ "βαβααβ" ("β" có nghĩa là các tấm gấp β và "α" các xoắn alpha) và có hai gốc axit aspartic bất biến phối hợp hai ion kim loại chịu trách nhiệm xúc tác, có thể là magiê hoặc ion kẽm hóa trị hai.

Nhiều nghiên cứu liên quan đến cấu trúc bậc bốn của các enzym này đã tiết lộ rằng đơn vị xúc tác của chúng tồn tại như một chất dimer mà sự hình thành phụ thuộc vào các đoạn xuyên màng, chúng tham gia vào lưới nội chất trong quá trình hình thành protein.

Vị trí

Người ta đã xác định được rằng giống như nhiều protein màng tích hợp, chẳng hạn như protein G, những protein có neo phosphatidylinositol, và nhiều loại khác, adenyl cyclase được tìm thấy trong các vùng màng đặc biệt hoặc vùng vi mô được gọi là "bè lipid" (từ Tiếng Anh là "bè lipid").

Các vùng màng này có thể có đường kính lên đến hàng trăm nanomet và được cấu tạo chủ yếu từ cholesterol và sphingolipid với các chuỗi axit béo dài và chủ yếu là bão hòa, làm cho chúng ít chất lỏng hơn và cho phép nơi ở của các phân đoạn xuyên màng khác nhau các protein.

Các xyclase adenylate cũng được tìm thấy có liên quan đến các tiểu vùng của bè lipid được gọi là "caveolae" (từ tiếng Anh "caveolae"), là sự xâm nhập của màng giàu cholesterol và một protein liên quan đến chất này được gọi là caveolin.

Các loại

Trong tự nhiên, có ba loại adenylate cyclase được xác định rõ ràng và hai loại hiện đang là chủ đề của cuộc thảo luận.

- Lớp I: chúng hiện diện ở nhiều vi khuẩn Gram âm như E. coli chẳng hạn, nơi sản phẩm AMP vòng của phản ứng có chức năng như phối tử cho các yếu tố phiên mã chịu trách nhiệm điều hòa các operon dị hóa.

- Loại II: được tìm thấy trong một số mầm bệnh thuộc các chi vi khuẩn như Bacillus hoặc Bordetella, nơi chúng đóng vai trò là độc tố ngoại bào. Chúng là những protein được kích hoạt bởi calmodulin của vật chủ (không có trong vi khuẩn).

- Lớp III: được gọi là lớp "phổ quát" và có liên quan về mặt phát sinh loài với các cyclase guanylate, chúng thực hiện các chức năng tương tự. Chúng được tìm thấy ở cả sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực, ở đó chúng được điều chỉnh bởi các con đường khác nhau.

Các xyclases adenylate của động vật có vú

Ở động vật có vú, ít nhất chín loại enzyme này đã được nhân bản và mô tả, được mã hóa bởi chín gen độc lập và thuộc adenyl cyclase lớp III.

Chúng có chung cấu trúc phức tạp và cấu trúc liên kết màng, cũng như các miền xúc tác được nhân đôi là đặc trưng của chúng.

Đối với động vật có vú, danh pháp dùng để chỉ các đồng dạng tương ứng với các chữ cái AC (cho adenylate cyclase) và một số từ 1 đến 9 (AC1 - AC9). Hai biến thể của enzym AC8 cũng đã được báo cáo.

Các đồng dạng có trong những động vật này là tương đồng về trình tự cấu trúc cơ bản của các vị trí xúc tác của chúng và cấu trúc ba chiều. Việc bao gồm một trong những enzym này trong mỗi "loại" chủ yếu liên quan đến các cơ chế điều chỉnh hoạt động trên mỗi dạng đồng dạng.

Chúng có các kiểu biểu hiện thường cụ thể theo mô. Tất cả các đồng dạng có thể được tìm thấy trong não, mặc dù một số bị hạn chế trong các khu vực cụ thể của hệ thần kinh trung ương.

Đặc trưng

Chức năng chính của các enzym thuộc họ Adenylate Cyclase là biến đổi ATP thành AMP vòng và chúng xúc tác sự hình thành liên kết diester 3'-5 'nội phân tử (phản ứng tương tự như phản ứng được xúc tác bởi DNA polymerase). với việc giải phóng một phân tử pyrophosphat.

Ở động vật có vú, các biến thể khác nhau có thể đạt được liên quan đến tăng sinh tế bào, phụ thuộc ethanol, tính dẻo của khớp thần kinh, phụ thuộc thuốc, nhịp sinh học, kích thích khứu giác, học tập và trí nhớ.

Một số tác giả đã gợi ý rằng các xyclase adenylate có thể có một chức năng bổ sung là các phân tử vận ​​chuyển hoặc tương tự, các protein kênh và các chất vận chuyển ion.

Tuy nhiên, những giả thuyết này mới chỉ được thử nghiệm dựa trên sự sắp xếp hoặc cấu trúc liên kết của các phân đoạn xuyên màng của các enzym này, chúng có chung một số điểm tương đồng hoặc tương đồng về cấu trúc (nhưng không phải trình tự) với các kênh vận chuyển ion nhất định.

Cả AMP vòng và PPi (pyrophosphat), là sản phẩm của phản ứng, đều có chức năng ở cấp độ tế bào; nhưng tầm quan trọng của chúng phụ thuộc vào sinh vật nơi chúng ở.

Quy định

Sự đa dạng về cấu trúc giữa các adenyl cyclase cho thấy tính nhạy cảm lớn đối với nhiều dạng điều chỉnh, cho phép chúng tích hợp vào nhiều con đường tín hiệu tế bào.

Hoạt tính xúc tác của một số enzym này phụ thuộc vào axit alpha keto, trong khi những enzym khác có cơ chế điều hòa phức tạp hơn nhiều liên quan đến các tiểu đơn vị điều hòa (bằng cách kích thích hoặc ức chế), ví dụ, phụ thuộc vào canxi và các yếu tố hòa tan nói chung khác, cũng như của các protein khác.

Nhiều adenylate cyclase được điều hòa bởi các tiểu đơn vị của một số protein G (ức chế chức năng của chúng), trong khi những loại khác có nhiều tác dụng kích hoạt hơn.

Người giới thiệu

1. Cooper, DMF (2003). Quy định và tổ chức của adenylyl cyclases và cAMP. Tạp chí Hóa sinh, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylyl cyclases và sự tương tác giữa tín hiệu canxi và cAMP. Bản chất, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Sự phát sinh loài của Adenylyl Cyclases. Những tiến bộ trong Nghiên cứu Messenger và Phosphoprotein thứ hai, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Quy định và Vai trò của Adenylyl Cyclase Isoforms. Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. , 41, 145-174.
5. Linder, U., & Schultz, JE (2003). Các adenylyl cyclases lớp III: mô-đun tín hiệu đa mục đích. Tín hiệu di động, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenylyl Cyclases. Ô, 70, 669-672.