ZYKLISCHER VERSTÄRKER: STRUKTUR UND FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Das cyclische AMP oder Adenosin-3 ', 5'-monophosphat ist ein cyclisches Nucleotid, das als sekundärer Botenstoff fungiert und Teil der Grundelemente der biochemischen intrazellulären Kontrolle und Kommunikation in vielen lebenden Organismen ist.

Seine Existenz wurde vor fast 70 Jahren von Sutherland und Rall (1958) nachgewiesen, die das Phänomen der Akkumulation dieses Nukleotids in Leberzellen infolge der Verabreichung von Adrenalin (Adrenalin) beschrieben.

Chemische Struktur von cyclischem AMP (Quelle: Wesalius über Wikimedia Commons)

Seit seiner Entdeckung wurde zyklisches AMP bei Säugetieren unter anderem mit der Wirkung vieler Hormone, der endokrinen und exokrinen Sekretion, der Freisetzung von Neurotransmittern an der Synapse und den neuromuskulären Übergängen in Verbindung gebracht.

Seine Synthese wird durch drei Familien von Proteinen katalysiert, die mit der Plasmamembran assoziiert sind, die als Adenylcyclasen oder Adenylatcyclasen bekannt sind und in der Lage sind, die cyclische Verbindung aus ATP herzustellen und Pyrophosphat in das Zellinnere freizusetzen.

Sein Abbau wird andererseits durch Enzyme der Phosphodiesterase-Familie vermittelt, bei denen es sich um lösliche Proteine ​​handelt, die hauptsächlich im Cytosol vorkommen.

Diese Enzyme und damit zyklisches AMP kommen in äußerst unterschiedlichen Organismen vor, so einfach wie einzellige Algen und viele andere Mikroorganismen (Bakterien und andere) und so komplex wie mehrzellige Tiere mit komplizierten Signalwegen.

Obwohl seine Anwesenheit in Pflanzen diskutiert wird, gibt es bestimmte Hinweise darauf, dass einige Pflanzenarten Adenylatcyclaseaktivität besitzen, obwohl ihre Funktion nicht zufriedenstellend bestimmt wurde.

Struktur

Die chemische Struktur von cyclischem AMP wurde durch Röntgenkristallographie und durch Protonenkernresonanzstudien aufgeklärt.

Dies ist ein zyklisches Molekül, das hitzebeständig ("hitzebeständig") und gegenüber alkalischer Hydrolyse stabiler ist als sein nicht-zyklisches Gegenstück AMP oder Adenosinmonophosphat.

Wie alle Phosphatnukleotide weist cyclisches AMP eine Phosphatgruppe auf, die an der 5'-Position eines Ribosemoleküls an den Kohlenstoffsauerstoff gebunden ist, die wiederum über den Kohlenstoff an der 1'-Position an eine Stickstoffbasis des heterocyclischen Rings gebunden ist und das entspricht einem Adenin.

Die Phosphatgruppe des Ribosezuckers ist im Gegensatz zu den nichtcyclischen Phosphatnukleotiden in trans über eine Phosphodiesterbindung mit den Sauerstoffatomen der Kohlenstoffe an den 3'- und 5'-Positionen der Ribose (3 ', 5'- fusioniert). trans-kondensiertes Phosphat).

Diese Bindung schränkt die Bewegung des Furanrings ein, der Ribose bildet und die Phosphatgruppe in einer "Stuhl" -Konformation einschließt.

Im Vergleich zu nicht-cyclischen Nukleotiden sind cyclisches AMP und andere verwandte Nukleotide kleinere Moleküle mit geringerer Polarität, was ein wichtiger Faktor für ihre Differenzierung durch die auf sie reagierenden Proteine ​​ist.

Die Konformation der glykosidischen Bindung, die zwischen Ribose und dem Adeninring auftritt, weist eine gewisse Rotationsfreiheit auf. Dies ist auch ein wichtiger Strukturparameter für die Unterscheidung von anderen Nukleotiden (nicht nur die Identität der stickstoffhaltigen Base).

Eigenschaften

Als sekundärer Botenstoff ist cyclisches AMP an der Aktivierung vieler Signalprozesse (nach seiner Synthese) oder an der Aktivierung verschiedener Enzyme "stromabwärts" in der Signalkaskade beteiligt, durch die es produziert wird.

Es ist an der Glykogenolyse in der Leber und an der Freisetzung von Insulin aus der Bauchspeicheldrüse, an der Freisetzung von Amylase aus den Speicheldrüsen und an der Wirkung von Östrogen in der Gebärmutter beteiligt.

Es hat universelle Funktionen bei der Kontrolle der Genexpression und bei der Integration mehrerer Stoffwechselfunktionen. Viele Zytokine verwenden sowohl Kalzium als auch cyclisches AMP, um ihre Funktionen zu erfüllen.

Zu den Hormonen, die zyklisches AMP in seinen Signalprozessen verwenden (entweder durch Erhöhen oder Verringern seiner intrazellulären Konzentration), können Katecholamine, Glucagon, Vasopressin, Nebenschilddrüsenhormon, Prostaglandine, Insulin, Melatonin und Adrenalin unter anderem.

Eine weitere seiner vielen Funktionen besteht darin, das Wachstum, die Differenzierung und die Proliferation von T-Zellen in Säugetieren zu hemmen, wahrscheinlich durch Aktivierung oder Induktion eines Repressors der regulatorischen Zytokine dieser Prozesse in solchen Zellen.

Cyclisches AMP und die Adenylatcyclasen, die es produzieren, hängen auch mit der Funktion vieler G-Protein-gekoppelter Proteinrezeptoren zusammen, die mit verschiedenen Signalmechanismen und anderen wichtigen zellulären Prozessen verbunden sind.

Im Glukosestoffwechsel

Bei Säugetieren spielt cyclisches AMP eine Rolle bei der Regulierung des glykolytischen und glukoneogenen Weges durch die Hemmung der Aktivität des Enzyms Phosphofructokinase 2 (PFK-2), das die zweite Reaktion der Glykolyse katalysiert.

Der Mechanismus beinhaltet die Beteiligung des Hormons Glucagon an der Aktivierung der hepatischen Adenylatcyclase, was zu einem beträchtlichen Anstieg der Konzentration von cyclischem AMP führt.

Dieses cyclische AMP aktiviert eine cAMP-abhängige Proteinkinase, die die Phosphofructokinase-Aktivität von PFK-2, einem bifunktionellen Enzym mit Fructose-Bisphosphatase-Aktivität, phosphoryliert und hemmt.

Wie läuft der Signalisierungsprozess mit zyklischem AMP ab?

Ein erster Botenstoff (variabler chemischer Natur), der als externer Stimulus eine bestimmte Zelle erreicht, interagiert mit einem Adenylatcyclaseenzym in der Plasmamembran und induziert die Produktion von cyclischem AMP.

Die Erhöhung der Konzentration von cyclischem AMP wirkt sich unter anderem auf die Aktivierung anderer (im Allgemeinen enzymatischer) Faktoren aus, die zusätzliche Funktionen bei der Hemmung oder Aktivierung von Stoffwechselprozessen oder der Gentranskription haben.

Wen aktiviert der zyklische AMP?

Eine der Hauptfunktionen, die mit diesem regulatorischen Molekül verbunden sind, ist die Aktivierung von Phosphorylase- oder Kinaseenzymen, die die Addition oder Entfernung von Phosphorylgruppen zu anderen Proteinen und Enzymen katalysieren.

Normalerweise geht die Anregung einer Zelle mit einer Erhöhung der Konzentration an cyclischem AMP einher, was mit einer Erhöhung des Calciumtransports in die Zelle einhergeht, die Funktionen bei der Aktivierung der cyclischen AMP-produzierenden Adenylcyclaseenzyme hat.

Sowohl die Synthese und Übertragung der Nachricht als auch der Abbau von cyclischem AMP in Zellen sind fein regulierte Prozesse, die an der Aufrechterhaltung der Körperhomöostase beteiligt sind.

Verweise

1. Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E.,… Schmitt, E. (2007). Cyclisches Adenosinmonophosphat ist eine Schlüsselkomponente der regulatorischen T-Zell-vermittelten Suppression. The Journal of Experimental Medicine, 204 (6), 1303–1310.
2. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Lehninger Prinzipien der Biochemie. Omega Editions (5. Aufl.).
3. Newton, RP & Smith, CJ (2004). Cyclic Nucleotides, 65, 2423–2437.
4. Rasmussen, H. (1970). Zellkommunikation, Calciumionen und cyclisches Adenosinmonophosphat. Science, 170, 404 & ndash; 412.
5. Rasmussen, H. & Tenenhouse, A. (1968). Cyclisches Adenosinmonophosphat, Ca ++ und Membranen. Biochemistry, 59, 1364 & ndash; 1370.