วงจรแอมป์: โครงสร้างและหน้าที่ - ชีววิทยา

วงจรแอมป์หรือadenosine 3', 5'-โมโนเป็นเบื่อหน่ายวงจรที่ทำหน้าที่เป็นผู้ส่งสารรองและเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบพื้นฐานของการควบคุมภายในเซลล์ชีวเคมีและการสื่อสารในสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่จำนวนมาก

การดำรงอยู่ของมันแสดงให้เห็นเมื่อเกือบ 70 ปีก่อนโดย Sutherland and Rall (1958) ซึ่งอธิบายถึงปรากฏการณ์ของการสะสมของนิวคลีโอไทด์ในเซลล์ตับอันเป็นผลมาจากการให้อะดรีนาลีน (อะดรีนาลีน)

โครงสร้างทางเคมีของวงจร AMP (ที่มา: Wesalius ผ่าน Wikimedia Commons)

นับตั้งแต่มีการค้นพบวงจรแอมป์มีความเกี่ยวข้องในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยมีการทำงานของฮอร์โมนหลายชนิดโดยมีการหลั่งของต่อมไร้ท่อและออกจากท่อโดยมีการปล่อยสารสื่อประสาทที่ไซแนปส์และทางแยกประสาทและกล้ามเนื้อรวมถึงหน้าที่อื่น ๆ อีกมากมาย

การสังเคราะห์ของมันถูกเร่งโดยโปรตีนสามตระกูลที่เกี่ยวข้องกับเมมเบรนในพลาสมาที่เรียกว่า adenyl cyclase หรือ adenylate cyclase ซึ่งสามารถผลิตสารประกอบไซคลิกจาก ATP และปล่อย pyrophosphate เข้าสู่เซลล์

ในทางกลับกันการย่อยสลายของมันถูกทำให้เป็นสื่อกลางโดยเอนไซม์ในตระกูลฟอสโฟดิเอสเทอเรสซึ่งเป็นโปรตีนที่ละลายน้ำได้ซึ่งพบได้ในไซโตซอลเป็นหลัก

เอนไซม์เหล่านี้ดังนั้นแอมป์แบบวงจรจึงพบได้ในสิ่งมีชีวิตที่มีความหลากหลายมากเช่นเดียวกับสาหร่ายเซลล์เดียวและจุลินทรีย์อื่น ๆ (แบคทีเรียและอื่น ๆ ) และซับซ้อนพอ ๆ กับสัตว์หลายเซลล์ที่มีวิถีการส่งสัญญาณที่ซับซ้อน

แม้ว่าการมีอยู่ในพืชจะเป็นประเด็นที่ต้องพูดถึง แต่ก็มีหลักฐานบางอย่างที่บ่งชี้ว่าพืชบางชนิดมีกิจกรรม adenylate cyclase แม้ว่าการทำงานของมันจะไม่ได้รับการพิจารณาอย่างน่าพอใจก็ตาม

โครงสร้าง

โครงสร้างทางเคมีของแอมป์แบบวัฏจักรได้รับการอธิบายโดยการตกผลึกของรังสีเอกซ์และโดยการศึกษาเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ของโปรตอน

นี่คือโมเลกุลแบบวัฏจักรที่เสถียรต่อความร้อน ("เสถียรต่อความร้อน") และมีความเสถียรต่อการไฮโดรไลซิสอัลคาไลน์มากกว่าแอมป์หรืออะดีโนซีนโมโนฟอสเฟตที่ไม่เป็นวัฏจักร

เช่นเดียวกับนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟตทั้งหมดแอมป์วงจรมีหมู่ฟอสเฟตที่ติดอยู่กับคาร์บอนออกซิเจนที่ตำแหน่ง 5 'ของโมเลกุลไรโบสซึ่งจะยึดติดกับฐานไนโตรเจนแบบเฮเทอโรไซคลิกผ่านคาร์บอนที่ตำแหน่ง 1' และสอดคล้องกับอะดีนีน

กลุ่มฟอสเฟตของน้ำตาลไรโบสซึ่งแตกต่างจากนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ใช่วัฏจักรฟอสเฟตถูกหลอมรวมในทรานส์ผ่านพันธะฟอสโฟดีสเตอร์กับออกซีเจนของคาร์บอนที่ตำแหน่ง 3 'และ 5' ของไรโบส (3 ', 5'- ฟอสเฟตทรานส์ฟอสเฟต)

การผูกนี้ จำกัด การเคลื่อนที่ของวงแหวนฟูแรนที่สร้างไรโบสและล้อมรอบกลุ่มฟอสเฟตในรูปแบบ "เก้าอี้"

เมื่อเทียบกับนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ใช่วัฏจักรแอมป์ของวงจรแอมป์และนิวคลีโอไทด์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่มีขั้วต่ำกว่าซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับความแตกต่างของโปรตีนที่ตอบสนองต่อพวกมัน

โครงสร้างของพันธะไกลโคซิดิกที่เกิดขึ้นระหว่างไรโบสและวงแหวนอะดีนีนมีอิสระในการหมุน นี่เป็นพารามิเตอร์โครงสร้างที่สำคัญสำหรับความแตกต่างจากนิวคลีโอไทด์อื่น ๆ (ไม่เพียง แต่เป็นเอกลักษณ์ของฐานไนโตรเจนเท่านั้น)

คุณสมบัติ

ในฐานะผู้ส่งสารทุติยภูมิ AMP แบบวัฏจักรมีส่วนร่วมในการกระตุ้นกระบวนการส่งสัญญาณหลายอย่าง (หลังจากการสังเคราะห์) หรือในการกระตุ้นเอนไซม์ "ปลายน้ำ" ที่แตกต่างกันในน้ำตกสัญญาณที่ผลิตขึ้น

มีส่วนร่วมในการสร้างไกลโคเจนในตับและในการปล่อยอินซูลินจากตับอ่อนในการปลดปล่อยอะไมเลสจากต่อมน้ำลายและในการทำงานของฮอร์โมนเอสโตรเจนในมดลูก

มีฟังก์ชันสากลในการควบคุมการแสดงออกของยีนและในการรวมฟังก์ชันการเผาผลาญหลาย ๆ ไซโตไคน์จำนวนมากใช้ทั้งแคลเซียมและแอมป์แบบวัฏจักรเพื่อทำหน้าที่

ในบรรดาฮอร์โมนที่ใช้แอมป์วงจรในกระบวนการส่งสัญญาณ (โดยการเพิ่มหรือลดความเข้มข้นภายในเซลล์) อาจรวมถึง catecholamines, glucagon, vasopressin, parathyroid hormone, prostaglandins, insulin, melatonin และ อะดรีนาลีนและอื่น ๆ

อีกหน้าที่หนึ่งของมันคือการยับยั้งการเจริญเติบโตการสร้างความแตกต่างและการเพิ่มจำนวนของเซลล์ T ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งอาจเกิดจากการกระตุ้นหรือการเหนี่ยวนำให้เกิดการกดทับของไซโตไคน์ที่ควบคุมกระบวนการเหล่านี้ในเซลล์ดังกล่าว

Cyclic AMP และ adenylate cyclases ที่ผลิตขึ้นยังเกี่ยวข้องกับการทำงานของตัวรับโปรตีน G โปรตีนคู่หลายตัวซึ่งเกี่ยวข้องกับกลไกการส่งสัญญาณต่างๆและกระบวนการเซลล์ที่สำคัญอื่น ๆ

ในการเผาผลาญกลูโคส

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมวงจรแอมป์มีบทบาทในการควบคุมวิถีไกลโคไลติกและกลูโคโนเจนิกผ่านการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ phosphofructokinase 2 (PFK-2) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาที่สองของไกลโคไลซิส

กลไกดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของฮอร์โมนกลูคากอนในการกระตุ้น adenylate cyclase ในตับซึ่งทำให้ความเข้มข้นของวงจร AMP เพิ่มขึ้นอย่างมาก

แอมป์แบบวัฏจักรนี้เปิดใช้งานไคเนสโปรตีนที่ขึ้นกับแคมป์ซึ่งฟอสโฟรีเลตและยับยั้งการทำงานของฟอสฮอฟรุคโตไคเนสของ PFK-2 ซึ่งเป็นเอนไซม์ bifunctional ที่มีกิจกรรมฟรุกโตสบิสฟอสฟาเตส

กระบวนการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับ AMP แบบวัฏจักรเกิดขึ้นได้อย่างไร

สารตัวแรก (จากลักษณะทางเคมีที่ผันแปร) ที่ไปถึงเซลล์ที่เฉพาะเจาะจงเนื่องจากสิ่งกระตุ้นภายนอกทำปฏิกิริยากับเอนไซม์ adenylate cyclase ในเยื่อหุ้มพลาสมาทำให้เกิดการผลิตแอมป์แบบวงจร

การเพิ่มความเข้มข้นของแอมป์แบบวัฏจักรทำงานในการกระตุ้นปัจจัยอื่น ๆ (โดยทั่วไปคือเอนไซม์) ที่มีหน้าที่เพิ่มเติมในการยับยั้งหรือกระตุ้นกระบวนการเผาผลาญอาหารหรือการถอดยีนเป็นต้น

AMP แบบวัฏจักรเปิดใช้งานใคร

หน้าที่หลักอย่างหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลควบคุมนี้คือการกระตุ้นของเอนไซม์ฟอสโฟรีเลสหรือไคเนสซึ่งกระตุ้นการเพิ่มหรือกำจัดกลุ่มฟอสโฟรีลไปยังโปรตีนและเอนไซม์อื่น ๆ

โดยปกติการกระตุ้นของเซลล์จะมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของแอมป์แบบวัฏจักรร่วมกับการเพิ่มขึ้นของการขนส่งแคลเซียมไปยังเซลล์ที่มีหน้าที่ในการกระตุ้นเอนไซม์ adenyl cyclase AMP ที่ผลิตเป็นวงจร

ทั้งการสังเคราะห์และการส่งข้อความและการย่อยสลายของแอมป์แบบวงจรในเซลล์เป็นกระบวนการที่ควบคุมอย่างประณีตซึ่งมีส่วนร่วมในการบำรุงรักษาสภาวะสมดุลของร่างกาย

อ้างอิง

Bopp, T. , Becker, C. , Klein, M. , Klein-heßling, S. , Palmetshofer, A. , Serfl, E. , … Schmitt, E. (2007) Cyclic adenosine monophosphate เป็นส่วนประกอบหลักของ T cell - การปราบปรามสื่อกลาง The Journal of Experimental Medicine, 204 (6), 1303–1310
Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger หลักการทางชีวเคมี Omega Editions (ฉบับที่ 5)
Newton, RP, & Smith, CJ (2004). ไซคลิกนิวคลีโอไทด์, 65, 2423–2437
Rasmussen, H. (1970). การสื่อสารของเซลล์แคลเซียมไอออนและไซคลิกอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต วิทยาศาสตร์, 170, 404-412.
Rasmussen, H. , และ Tenenhouse, A. (1968) Cyclic Adenosine Monophosphate, Ca ++ และ Membranes ชีวเคมี 59, 1364-1370

วงจรแอมป์: โครงสร้างและหน้าที่ - ชีววิทยา - 2025