- ลักษณะและโครงสร้าง
- ลักษณะโครงสร้าง
- ไซต์เร่งปฏิกิริยา
- ที่ตั้ง
- ประเภท
- adenylate cyclases ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
- คุณสมบัติ
- ระเบียบข้อบังคับ
- อ้างอิง
cyclase adenylateหรือcyclase adenylylเป็นเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการแปลงของเอทีพีโมเลกุลของพลังงานที่สูงในวงจรแอมป์ที่มีความสำคัญโมเลกุลสัญญาณซึ่งป็นโปรตีนต่างๆวงจรแอมป์ขึ้นอยู่กับการทำงานทางสรีรวิทยาที่สำคัญ
กิจกรรมของมันถูกควบคุมโดยปัจจัยต่างๆเช่นการทำงานร่วมกันของฮอร์โมนสารสื่อประสาทและโมเลกุลควบคุมอื่น ๆ ที่มีลักษณะแตกต่างกัน (ไอออนแคลเซียมดิวาเลนต์และโปรตีน G เป็นต้น)
แผนภาพ Adenylate cyclase (ที่มา: User Bensaccount บน en.wikipedia ผ่าน Wikimedia Commons)
ความสำคัญหลักของเอนไซม์นี้อยู่ที่ความสำคัญของผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาแอมป์แบบวงจรเนื่องจากมีส่วนร่วมในการควบคุมปรากฏการณ์ของเซลล์หลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญและการพัฒนาตลอดจนการตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกที่แตกต่างกัน
โดยธรรมชาติแล้วสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียว (ค่อนข้างเรียบง่าย) และสัตว์หลายเซลล์ขนาดใหญ่และซับซ้อนจะใช้แอมป์วงจรเป็นตัวส่งสารตัวที่สองดังนั้นจึงเป็นเอนไซม์ที่ผลิตมัน
การศึกษาทางวิวัฒนาการพบว่าเอนไซม์เหล่านี้ได้มาจากบรรพบุรุษร่วมกันก่อนที่จะมีการแยกยูแบคทีเรียและยูคาริโอตซึ่งบ่งชี้ว่าแอมป์วงจรมีหน้าที่แตกต่างกันซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการผลิต ATP
เป็นไปได้ที่จะยอมรับคำสั่งดังกล่าวเนื่องจากปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย adenylate cyclase สามารถย้อนกลับได้ง่ายซึ่งสามารถเห็นได้ในค่าคงที่สมดุลสำหรับการสังเคราะห์ ATP (K eq ≈ 2.1 ± 0.2 10 -9 M 2)
ลักษณะและโครงสร้าง
เอนไซม์ eukaryotic adenylate cyclase ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มพลาสมา แต่ในแบคทีเรียและเซลล์อสุจิของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพบว่าเป็นโปรตีนที่ละลายน้ำได้ในไซโตซอล
ในยีสต์และแบคทีเรียบางชนิดเป็นโปรตีนเมมเบรนส่วนปลายในขณะที่อะมีบาบางชนิดเป็นโมเลกุลที่มีส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์เดียว
ลักษณะโครงสร้าง
พวกมันเป็นโปรตีนที่ประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์ขนาดใหญ่ (มีกรดอะมิโนตกค้างมากกว่า 1,000 ชนิด) ซึ่งข้ามเมมเบรนในพลาสมา 12 ครั้งผ่านสองบริเวณซึ่งประกอบด้วยโดเมนทรานส์เมมเบรนหกโดเมนของโครงสร้างอัลฟาเฮลิกซ์
แต่ละบริเวณของทรานส์เมมเบรนถูกคั่นด้วยโดเมนไซโตโซลิกขนาดใหญ่ซึ่งมีหน้าที่ในการเร่งปฏิกิริยา
ในบรรดาสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตมีลวดลายที่อนุรักษ์ไว้บางส่วนในส่วนของบริเวณขั้วอะมิโนของเอนไซม์เหล่านี้เช่นเดียวกับโดเมนไซโตพลาสซึมประมาณ 40 kDa ซึ่งคั่นด้วยส่วนที่ไม่ชอบน้ำ
ไซต์เร่งปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาที่เอนไซม์เหล่านี้เร่งปฏิกิริยานั่นคือการก่อตัวของพันธะดีสเตอร์ผ่านการโจมตีนิวคลีโอฟิลิกของกลุ่ม OH ในตำแหน่งที่ 3 'กับกลุ่มฟอสเฟตของนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟตในตำแหน่งที่ 5' ขึ้นอยู่กับแรงจูงใจโครงสร้างทั่วไปที่เรียกว่าโดเมน ปาล์ม".
โดเมน "ปาล์ม" นี้ประกอบด้วยบรรทัดฐาน "βαβααβ" ("β" หมายถึงแผ่นพับและ "α" แอลฟาเฮลิกส์) และมีกรดแอสปาร์ติกตกค้างสองชนิดที่ประสานไอออนของโลหะที่รับผิดชอบทั้งสอง การเร่งปฏิกิริยาซึ่งอาจเป็นแมกนีเซียมดิวาเลนต์หรือไอออนสังกะสี
การศึกษาหลายชิ้นที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างควอเทอร์นารีของเอนไซม์เหล่านี้ได้เปิดเผยว่าหน่วยเร่งปฏิกิริยาของพวกมันมีอยู่ในรูปของตัวหรี่ซึ่งการก่อตัวขึ้นอยู่กับส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งเข้าร่วมในร่างแหเอนโดพลาสมิกในระหว่างการสร้างโปรตีน
ที่ตั้ง
ได้รับการพิจารณาแล้วว่าเช่นเดียวกับโปรตีนเมมเบรนที่สำคัญเช่นโปรตีน G โปรตีนที่มีแองเคอฟอสฟาติดิลโนซิทอลและอื่น ๆ อีกมากมายอะดีนิลไซเคสพบได้ในบริเวณเมมเบรนพิเศษหรือไมโครโดเมนที่เรียกว่า "ลิพิดแพ" (จาก ภาษาอังกฤษ "lipid raft").
โดเมนเมมเบรนเหล่านี้สามารถมีเส้นผ่านศูนย์กลางได้ถึงหลายร้อยนาโนเมตรและประกอบด้วยคอเลสเตอรอลและสฟิงโคลิปิดเป็นส่วนใหญ่ที่มีสายโซ่กรดไขมันอิ่มตัวที่ยาวเป็นส่วนใหญ่ซึ่งทำให้มีของเหลวน้อยลงและช่วยให้มีส่วนที่อยู่อาศัยของส่วนที่แตกต่างกัน โปรตีน
นอกจากนี้ยังพบ Adenylate cyclases ที่เกี่ยวข้องกับอนุภูมิภาคของแพไขมันที่เรียกว่า "caveolae" (จากภาษาอังกฤษ "caveolae") ซึ่งค่อนข้างรุกรานของเมมเบรนที่อุดมไปด้วยคอเลสเตอรอลและโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้ที่เรียกว่า Caveolin
ประเภท
โดยธรรมชาติแล้ว adenylate cyclase มีสามคลาสที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนและสองคลาสที่กำลังเป็นหัวข้อสนทนา
- คลาส I: มีอยู่ในแบคทีเรียแกรมลบหลายชนิดเช่นอีโคไลตัวอย่างเช่นโดยที่ผลิตภัณฑ์แอมป์วงจรของปฏิกิริยาทำหน้าที่เป็นแกนด์สำหรับปัจจัยการถอดความที่รับผิดชอบในการควบคุมโอเพอรอนของ catabolic
- คลาส II: พบในเชื้อโรคบางชนิดของแบคทีเรียเช่นบาซิลลัสหรือบอร์เดเทลลาซึ่งทำหน้าที่เป็นสารพิษภายนอกเซลล์ พวกมันเป็นโปรตีนที่กระตุ้นโดยโฮสต์เคลโมดูลิน (ไม่มีในแบคทีเรีย)
- คลาส III: เรียกว่าคลาส "สากล" และมีความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการกับ guanylate cyclases ซึ่งทำหน้าที่คล้ายกัน พบได้ทั้งในโปรคาริโอตและยูคาริโอตซึ่งถูกควบคุมโดยวิถีที่แตกต่างกัน
adenylate cyclases ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีการจำลองและอธิบายเอนไซม์เหล่านี้อย่างน้อยเก้าชนิดโดยเข้ารหัสโดยยีนอิสระเก้ายีนและอยู่ในอะดีนิลไซโคลเลสคลาส III
พวกเขาแบ่งโครงสร้างที่ซับซ้อนและโทโพโลยีแบบเมมเบรนตลอดจนโดเมนตัวเร่งปฏิกิริยาที่ซ้ำกันซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของพวกมัน
สำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมระบบการตั้งชื่อที่ใช้อ้างถึงไอโซฟอร์มจะตรงกับตัวอักษร AC (สำหรับ adenylate cyclase) และตัวเลขตั้งแต่ 1 ถึง 9 (AC1 - AC9) นอกจากนี้ยังมีรายงานเอนไซม์ AC8 สองสายพันธุ์
ไอโซฟอร์มที่มีอยู่ในสัตว์เหล่านี้มีลักษณะคล้ายคลึงกันเมื่อเทียบกับลำดับโครงสร้างหลักของไซต์ตัวเร่งปฏิกิริยาและโครงสร้างสามมิติ การรวมหนึ่งในเอนไซม์เหล่านี้ภายใน "ประเภท" แต่ละชนิดส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับกลไกการกำกับดูแลที่ทำงานกับไอโซฟอร์มแต่ละชนิด
พวกเขามีรูปแบบการแสดงออกที่มักเป็นเนื้อเยื่อเฉพาะ ไอโซฟอร์มทั้งหมดสามารถพบได้ในสมองแม้ว่าบางส่วนจะถูก จำกัด ไว้เฉพาะพื้นที่เฉพาะของระบบประสาทส่วนกลาง
คุณสมบัติ
หน้าที่หลักของเอนไซม์ที่อยู่ในตระกูล Adenylate Cyclase คือการเปลี่ยน ATP เป็นวงจรแอมป์และด้วยเหตุนี้จึงเร่งการก่อตัวของพันธะไดเทอร์ภายในโมเลกุล 3'-5 '(ปฏิกิริยาที่คล้ายกับที่เร่งปฏิกิริยาโดย DNA polymerases) ด้วยการปล่อยโมเลกุลของไพโรฟอสเฟต
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมรูปแบบต่างๆที่สามารถทำได้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มจำนวนของเซลล์การพึ่งพาเอทานอลความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกการพึ่งพายาจังหวะ circadian การกระตุ้นด้วยกลิ่นการเรียนรู้และความจำ
ผู้เขียนบางคนเสนอว่า adenylate cyclases อาจมีหน้าที่เพิ่มเติมเป็นโมเลกุลของตัวขนย้ายหรือสิ่งที่เหมือนกันโปรตีนแชนแนลและตัวขนส่งไอออนิก
อย่างไรก็ตามสมมติฐานเหล่านี้ได้รับการทดสอบโดยอาศัยการจัดเรียงหรือโทโพโลยีของส่วนทรานส์เมมเบรนของเอนไซม์เหล่านี้ซึ่งมีลักษณะคล้ายคลึงกันหรือความคล้ายคลึงกันของโครงสร้าง (แต่ไม่ใช่ลำดับ) กับช่องทางการขนส่งไอออนบางชนิด
ทั้งแอมป์วัฏจักรและ PPi (ไพโรฟอสเฟต) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยามีหน้าที่ในระดับเซลล์ แต่ความสำคัญขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตว่าอยู่ที่ไหน
ระเบียบข้อบังคับ
ความหลากหลายของโครงสร้างที่ดีระหว่าง adenyl cyclases แสดงให้เห็นถึงความอ่อนไหวอย่างมากต่อกฎระเบียบหลายรูปแบบซึ่งช่วยให้สามารถรวมเข้ากับเส้นทางการส่งสัญญาณมือถือที่หลากหลายได้
กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับ alpha ketoacids ในขณะที่คนอื่น ๆ มีกลไกการกำกับดูแลที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับหน่วยย่อยของกฎระเบียบ (โดยการกระตุ้นหรือการยับยั้ง) ซึ่งขึ้นอยู่กับแคลเซียมและปัจจัยอื่น ๆ ที่ละลายน้ำได้โดยทั่วไปเช่นเดียวกับ ของโปรตีนอื่น ๆ
adenylate cyclases จำนวนมากถูกควบคุมเชิงลบโดยหน่วยย่อยของโปรตีน G บางชนิด (ยับยั้งการทำงานของมัน) ในขณะที่บางส่วนมีผลกระตุ้นการทำงานมากขึ้น
อ้างอิง
- คูเปอร์ DMF (2003) กฎระเบียบและการจัดระเบียบของ adenylyl cyclases และ cAMP วารสารชีวเคมี, 375, 517-529.
- Cooper, D. , Mons, N. , & Karpen, J. (1995). Adenylyl cyclases และปฏิสัมพันธ์ระหว่างการส่งสัญญาณแคลเซียมและแคมป์ ธรรมชาติ, 374, 421-424
- แดนชิน, A. (1993). Phylogeny ของ Adenylyl Cyclases ความก้าวหน้าในการวิจัยผู้ส่งสารและฟอสฟอรัสที่สอง, 27, 109–135
- Hanoune, J. , & Defer, N. (2001). ระเบียบและบทบาทของ Adenylyl Cyclase Isoforms แอน Rev. Pharmacol. Toxicol , 41, 145-174.
- Linder, U. , & Schultz, JE (2003). คลาส III adenylyl cyclases: โมดูลการส่งสัญญาณอเนกประสงค์ Cellular Signaling, 15, 1081-1089
- Tang, W. , & Gilman, AG (1992). Adenylyl Cyclases เซลล์, 70, 669-672