Adenüülüültsüklaasid

Adenüülüültsüklaasid loetakse ensüümiklassiks lüasidesse. Nende ülesandeks on tsüklilise cAMP katalüüsimine, lõhustades P-O-sidemeid ATP-st. Seejuures käivitavad nad signaali kaskaadi, mis vastutab paljude erinevate organismi protsesside eest.

Mis on adenülüültsüklaas?

Adenüülüültsüklaasid vahendavad hormoonide või muude toimeainete toimet rakumembraani välisküljelt vastavateks raku sees olevateks toimeaineteks. Need on niinimetatud lüaasid, mis toimivad ensüümidena, purustades molekulides spetsiifilisi sidemeid. Näiteks lõhestavad nad P-O-sidemeid (side fosfori ja hapniku vahel).

Teie ülesandeks on katalüüsida ATP lagunemist teiseks messenger cAMP-ks. Seda tehakse G-valkude abil. G-valgud vastutavad signaali edastamise (signaali ülekande) eest, mis toimub retseptorite ja teise sõnumsidesüsteemi vahel. Selleks on adenülüültsüklaasidel teatud iseloomuliku struktuuriga domeenid, mis toimivad ATP ja G valkude sidumissaitidena.

See side initsieerib adenülüültsüklaaside katalüütilist toimet ATP lagundamiseks mAMP-ks. Erinevate adenülüültsüklaaside ehitusplaanid on erinevad. Neil kõigil on aga vastavad domeenid ühised. Inimese adenülüültsüklaaside jaoks on kümme isoensüümi, neist üheksa on membraaniga seotud ja üks toimub lahtrites oleva raku sees tsütosoolse valgina.

Funktsioon, mõju ja ülesanded

Adenüülüültsüklaaside ülesandeks on raku välisest membraanist signaalide edastamine raku sees olevateks toimeaineteks teiste saatjate kaudu. See kehtib kõigi eukarüootsete elusolendite kohta. Kuid adenülüültsüklaasid mängivad prokarüootsetes bakterites ka signaali edastaja rolli. Adenüülüültsüklaasid jagunevad kolme põhiklassi.

I klass on efektiivne gramnegatiivsete bakterite vastu. II klassi adenülüültsüklaasid mängivad suurt rolli haigusi põhjustavates bakterites. Need sõltuvad nakatunud peremeesorganismi valgu kalmoduliinist. Suurimat klassi (III klass) esindavad adenülüültsüklaasid, mis esinevad kõigis eukarüootsetes organismides, vahendades siin hormoonide toimet. Sel eesmärgil edastavad hormoonid signaale raku välismembraanist raku sisestele messenger-ainetele. Need vallandusained vallandavad seejärel hormoonide algatatud biokeemilised reaktsioonid.

Vastav hormoon seostub oma retseptoriga, mis samal ajal vabastab teatud G-valgu. G-valk stimuleerib või pärsib omakorda adenülüültsüklaasi, mis hakkab kohe katalüüsima ATP-st cAMP moodustumist või pärsib cAMP moodustumist. Kui ATP muundatakse cAMP-iks, moodustub samal ajal kahe fosfaatrühmaga pürofosfaat. Pürofosfaat laguneb kohe kaheks fosfaadiks. See muudab pöördreaktsiooni ATP-le võimatuks. Seetõttu reguleerivad adenülüültsüklaasid G-valkude mõju. Moodustunud cAMP-il on organismis mitmesuguseid funktsioone. See aktiveerib ensüümi proteiinkinaasi A.

Valgukinaas A omakorda katalüüsib erinevate ensüümide fosforüülimist ja sekkub seetõttu ainevahetuse reguleerimisse. Fosforüülimine aktiveerib või pärsib vastavaid ensüüme. See, kas tegemist on aktiveerimise või pärssimisega, sõltub konkreetsest ensüümist. Reaktsiooniahela hormooni, retseptori, G-valgu vabanemise, adenülüültsüklaasi aktiveerimise / inhibeerimise, cAMP moodustumise ATP-st ja proteiinkinaasi A stimuleerimise kaudu edastatakse teatud hormoonide mõju sihtkohale.

Nende hormoonide ja messenger-ainete hulka kuuluvad glükagoon, ACTH, adrenaliin, noradrenaliin, dopamiin, oksütotsiin, histamiin ja teised. Lisaks proteiinkinaasi A aktiveerimisele stimuleerib cAMP ka mõne hormooni ja ensüümi geeniekspressiooni. See kehtib muu hulgas hormoonide paratüreoidhormooni, vasoaktiivse soolepeptiidi (VIP) ja somatostatiini kohta.

Haridus, esinemine, omadused ja optimaalsed väärtused

Adenüülüültsüklaasid esinevad looduses kõikjal. Kõik eukarüootsed ja mõned prokarüootsed olendid kasutavad laialt levinud teise messenger-cAMP saamiseks adenülüültsüklaase. Eukarüootides asuvad adenülüültsüklaasid keharakkude membraanipinnal. Sealt edastavad nad hormoonide ja teatud lähteainete signaale rakusse, kus seejärel käivitatakse mitmesugused reaktsioonid.

Haigused ja häired

Defektide ja signaalide ülekandesüsteemi häirete tõttu võivad tekkida mitmesugused haigused. Suurt rolli mängivad erinevate kaasatud ensüümide, sealhulgas adenülüültsüklaaside geneetilised muutused. On isegi teooriaid, mis eeldavad, et enamikku haigusi saab tuvastada signaali vigase ülekande kaudu rakumembraanist raku sisemusse.

Nii vähendatud kui ka suurenenud signaali ülekanne raku pinnalt raku sisemusse on haiguse väärtus. Selle näideteks on silmahaigus pigmentosa retiniit või neeruhaiguse diabeet insipidus.Paljud endokrinoloogilised haigused põhinevad vähenenud signaaliülekandel. Sama on ka südamepuudulikkusega. Suurenenud signaali ülekanne põhjustab püsivalt suurenenud cAMP väärtusi. Tekib pidev erutus, mis avaldub mitmesuguste haiguste, näiteks südamepuudulikkuse või psühholoogiliste häirete korral.

Lisaks südamepuudulikkusele võib eelistada ka selliseid haigusi nagu sõltuvused (nt alkoholism), skisofreenia, Alzheimeri tõbi, astma jt. Samuti uuritakse signaaliülekandehäirete mõju selliste haiguste tekkele nagu suhkurtõbi, arterioskleroos, kõrge vererõhk või tuumori kasv. Autoimmuunhaigused, näiteks haavandiline koliit, võivad olla põhjustatud ka signaali valest edastamisest. Kooleras toodetakse bakteriaalset toksiini, mis põhjustab adenülüültsüklaasi püsivat aktiveerimist.

CAMP tase tõuseb, kuna vastavad hormonaalselt aktiveeritud adenülüültsüklaasid ei ole pärsitud. MAMP tase tõuseb ka läkaköha (läkaköha) korral. Siin puudub G-valgu pärssimine, mis on pärssiv adenülüültsüklaaside jaoks. See suurendab adenülüültsüklaaside kontsentratsiooni. Paljud ensüümide geneetilised muutused (sealhulgas adenülüültsüklaasid) võivad haigusi põhjustada või neid soodustada.