Adenylylcyclasen

Adenylylcyclasen tellen als een enzymklasse voor de lyases. Hun taak is om het cyclische cAMP te katalyseren door P-O-bindingen van ATP te splitsen. Daarbij zetten ze een signaalcascade op gang die verantwoordelijk is voor veel verschillende processen in het organisme.

Wat is een adenylylcyclase?

De adenylylcyclasen mediëren de effecten van hormonen of andere boodschappersubstanties van de buitenkant van het celmembraan naar overeenkomstige boodschappersubstanties in de cel. Het zijn zogenaamde lyases, die als enzymen werken om specifieke bindingen in moleculen te verbreken. Ze splitsen bijvoorbeeld P-O-bindingen (binding tussen fosfor en zuurstof).

Jouw taak is om de afbraak van ATP naar de tweede messenger cAMP te katalyseren. Dit wordt gedaan met behulp van G-eiwitten. G-eiwitten zijn verantwoordelijk voor de signaaloverdracht (signaaltransductie) die plaatsvindt tussen receptoren en second messenger-systemen. Hiervoor hebben de adenylylcyclasen bepaalde domeinen met een karakteristieke structuur, die fungeren als bindingsplaatsen voor ATP- en G-eiwitten.

Deze binding initieert het katalytische effect van de adenylylcyclasen om ATP af te breken tot mAMP. De bouwplannen van de verschillende adenylylcyclasen zijn verschillend. Ze hebben echter allemaal de overeenkomstige domeinen gemeen. Er zijn tien iso-enzymen voor menselijke adenylylcyclasen, waarvan er negen membraangebonden zijn en één voorkomt als een cytosolisch eiwit in de cel op compartimenten.

Functie, effect en taken

De taak van de adenylylcyclasen is om signalen van het buitenste celmembraan via tweede boodschappers naar boodschappersubstanties in de cel te sturen. Dit geldt voor alle eukaryote levende wezens. Maar adenylylcyclasen spelen ook een rol als signaaltransmitters bij prokaryote bacteriën. De adenylylcyclasen zijn onderverdeeld in drie hoofdklassen.

Klasse I is effectief bij gramnegatieve bacteriën. Klasse II adenylylcyclasen spelen een belangrijke rol bij ziekteverwekkende bacteriën. Ze zijn afhankelijk van het eiwit calmoduline van het geïnfecteerde gastheerorganisme. De grootste klasse (klasse III) wordt vertegenwoordigd door de adenylylcyclasen die in alle eukaryote organismen voorkomen en hier de effecten van hormonen overbrengen. Voor dit doel zenden de hormonen signalen van het buitenste celmembraan naar de boodschappersubstanties in de cel. Deze boodschappersubstanties veroorzaken vervolgens de biochemische reacties die worden geïnitieerd door de hormonen.

Het overeenkomstige hormoon bindt zich aan zijn receptor, die tegelijkertijd een bepaald G-eiwit afgeeft. Het G-eiwit stimuleert of remt op zijn beurt een adenylylcyclase, dat onmiddellijk de vorming van cAMP uit ATP begint te katalyseren of de vorming van cAMP remt. Wanneer ATP wordt omgezet in cAMP, wordt tegelijkertijd een pyrofosfaat met twee fosfaatgroepen gevormd. Het pyrofosfaat valt onmiddellijk uiteen in twee fosfaten. Dit maakt een omgekeerde reactie op ATP onmogelijk. De adenylylcyclasen worden daarom gereguleerd door de invloed van de G-eiwitten. Het gevormde cAMP heeft een verscheidenheid aan functies in het organisme. Het activeert het enzym proteïne kinase A.

Protein kinase A, op zijn beurt, katalyseert de fosforylering van verschillende enzymen en grijpt daarom in om het metabolisme te reguleren. De fosforylering activeert of remt de overeenkomstige enzymen. Of het om activering of remming gaat, hangt af van het specifieke enzym. Door het reactieketenhormoon, receptor, afgifte van G-proteïne, adenylylcyclase-activering / remming, vorming van cAMP uit ATP en stimulatie van proteïnekinase A, wordt het effect van bepaalde hormonen overgebracht naar de doellocatie.

Deze hormonen en boodschappersubstanties omvatten glucagon, ACTH, adrenaline, noradrenaline, dopamine, oxytocine, histamine en andere. Naast het activeren van proteïnekinase A, stimuleert cAMP ook de genexpressie voor sommige hormonen en enzymen. Dit geldt onder meer voor de hormonen parathyroïdhormoon, vasoactief intestinaal peptide (VIP) en somatostatine.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Adenylylcyclasen komen overal in de natuur voor. Alle eukaryote en sommige prokaryote wezens gebruiken adenylylcyclasen om het wijdverspreide second messenger cAMP te produceren. Bij eukaryoten bevinden de adenylylcyclasen zich op het membraanoppervlak van de lichaamscellen. Van daaruit sturen ze de signalen van de hormonen en bepaalde boodschappersubstanties naar de cel, waar verschillende reacties worden geactiveerd.

Ziekten en aandoeningen

Een verscheidenheid aan ziekten kan ontstaan ​​door defecten en interferentie in het gehele transmissiesysteem voor signalen. Genetische veranderingen in de verschillende betrokken enzymen, waaronder adenylylcyclasen, spelen een grote rol. Er zijn zelfs theorieën die aannemen dat de meeste ziekten terug te voeren zijn op een foutieve signaaltransductie van het celmembraan naar het binnenste van de cel.

Zowel een verminderde als een verhoogde signaaltransductie van het celoppervlak naar het celbinnenland zijn van ziekte-waarde. Voorbeelden hiervan zijn de oogziekte retinitis pigmentosa of nierdiabetes insipidus Veel endocrinologische ziekten zijn gebaseerd op verminderde signaaltransductie. Hetzelfde geldt voor hartfalen. Verhoogde signaaltransductie resulteert in permanent verhoogde cAMP-waarden. Er is een constante opwinding, die zich manifesteert bij verschillende ziekten zoals hartfalen of psychische stoornissen.

Naast hartfalen kunnen ook ziekten zoals verslavingen (bijv.alcoholisme), schizofrenie, Alzheimer, astma en andere de voorkeur genieten. Ook wordt de invloed van signaaltransductiestoornissen op het ontstaan ​​van ziekten als diabetes mellitus, arteriosclerose, hoge bloeddruk of tumorgroei onderzocht. Auto-immuunziekten zoals colitis ulcerosa kunnen ook het gevolg zijn van een foutieve signaaltransductie. Bij cholera wordt een bacterieel toxine geproduceerd, dat een permanente activering van adenylylcyclase veroorzaakt.

Het cAMP-gehalte wordt verhoogd omdat de overeenkomstige hormonaal geactiveerde adenylylcyclasen niet worden geremd. Het mAMP-niveau is ook verhoogd bij kinkhoest (pertussis). Hier ontbreekt de remming van het G-eiwit, dat remmend is voor adenylylcyclasen. Dit verhoogt de concentratie van de adenylylcyclasen. Veel genetische veranderingen in de enzymen (waaronder adenylylcyclasen) kunnen ziekten veroorzaken of bevorderen.