ЦИКЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ: УСТРОЙСТВО И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

ЦАМФа или аденозин 3», 5'-монофосфат представляет собой циклический нуклеотид , который функционирует в качестве вторичного мессенджера и является частью основных элементов биохимического внутриклеточного управления и связи во многих живых организмах.

Его существование было продемонстрировано почти 70 лет назад Сазерлендом и Раллом (1958), описавшими явление накопления этого нуклеотида в клетках печени в результате введения адреналина (адреналина).

Химическая структура циклического AMP (Источник: Wesalius через Wikimedia Commons)

С момента своего открытия циклический АМФ был связан у млекопитающих с действием многих гормонов, с эндокринной и экзокринной секрецией, с высвобождением нейротрансмиттеров в синапсах и нервно-мышечных соединениях, среди многих других функций.

Его синтез катализируется тремя семействами белков, связанных с плазматической мембраной, известными как аденилциклаза или аденилатциклаза, способных производить циклическое соединение из АТФ и высвобождать пирофосфат в клетку.

С другой стороны, его деградация опосредуется ферментами семейства фосфодиэстераз, которые представляют собой растворимые белки, обнаруженные в основном в цитозоле.

Эти ферменты, а следовательно, и циклический АМФ, обнаруживаются в чрезвычайно разнообразных организмах, таких же простых, как одноклеточные водоросли и многие другие микроорганизмы (бактерии и другие), и столь же сложных, как многоклеточные животные со сложными сигнальными путями.

Хотя его присутствие в растениях является предметом обсуждения, есть определенные доказательства, указывающие на то, что некоторые виды растений обладают активностью аденилатциклазы, хотя его функция не была удовлетворительно определена.

Структура

Химическая структура циклического АМФ была выяснена с помощью рентгеновской кристаллографии и исследований протонного ядерного магнитного резонанса.

Это циклическая молекула, устойчивая к нагреванию («термостойкая») и более устойчивая к щелочному гидролизу, чем ее нециклический аналог, АМФ или аденозинмонофосфат.

Как и все фосфатные нуклеотиды, циклический АМФ имеет фосфатную группу, присоединенную к углеродному кислороду в 5'-положении молекулы рибозы, которая, в свою очередь, присоединена к азотистому основанию гетероциклического кольца через углерод в 1'-положении. и это соответствует аденину.

Фосфатная группа рибозного сахара, в отличие от нециклических фосфатных нуклеотидов, слита в транс-трансфере через фосфодиэфирную связь с атомами кислорода в положениях 3 'и 5' рибозы (3 ', 5'- трансфузированный фосфат).

Это связывание ограничивает движение фуранового кольца, которое образует рибозу, и включает фосфатную группу в конформацию «кресло».

По сравнению с нециклическими нуклеотидами, циклический АМФ и другие родственные нуклеотиды представляют собой более мелкие молекулы с более низкой полярностью, что является важным фактором для их дифференциации белками, которые на них реагируют.

Конформация гликозидной связи, которая возникает между рибозой и адениновым кольцом, имеет некоторую свободу вращения. Это также важный структурный параметр для его отличия от других нуклеотидов (не только идентичность азотистого основания).

Характеристики

В качестве вторичного мессенджера циклический АМФ участвует в активации многих сигнальных процессов (после его синтеза) или в активации различных ферментов «ниже по течению» в сигнальном каскаде, посредством которого он вырабатывается.

Он участвует в гликогенолизе печени и в высвобождении инсулина из поджелудочной железы, в высвобождении амилазы из слюнных желез и в действии эстрогена в матке.

Он выполняет универсальные функции по контролю экспрессии генов и интеграции множества метаболических функций. Многие цитокины для выполнения своих функций используют кальций и циклический АМФ.

Среди гормонов, которые используют циклический АМФ в своих сигнальных процессах (увеличивая или уменьшая его внутриклеточную концентрацию), могут быть включены катехоламины, глюкагон, вазопрессин, паратироидный гормон, простагландины, инсулин, мелатонин и др. адреналин, среди прочего.

Другой из его многочисленных функций является подавление роста, дифференцировки и пролиферации Т-клеток у млекопитающих, вероятно, путем активации или индукции репрессора регуляторных цитокинов этих процессов в таких клетках.

Циклический АМФ и продуцирующие его аденилатциклазы также связаны с функцией многих белковых рецепторов, связанных с G-белком, которые связаны с различными механизмами передачи сигналов и другими важными клеточными процессами.

В метаболизме глюкозы

У млекопитающих циклический АМФ играет роль в регуляции гликолитического и глюконеогенного путей путем ингибирования активности фермента фосфофруктокиназы 2 (PFK-2), который катализирует вторую реакцию гликолиза.

Механизм включает участие гормона глюкагона в активации печеночной аденилатциклазы, которая вызывает значительное увеличение концентрации циклического АМФ.

Этот циклический АМФ активирует цАМФ-зависимую протеинкиназу, которая фосфорилирует и ингибирует фосфофруктокиназную активность PFK-2, бифункционального фермента с активностью фруктозобисфосфатазы.

Как происходит сигнальный процесс, включающий циклический AMP?

Первый посланник (переменной химической природы), который достигает конкретной клетки в качестве внешнего стимула, взаимодействует с ферментом аденилатциклазы в плазматической мембране, вызывая выработку циклического АМФ.

Повышение концентрации циклического АМФ работает на активацию других факторов (обычно ферментативных), которые, среди прочего, выполняют дополнительные функции по ингибированию или активации метаболических процессов или транскрипции генов.

Кого активирует циклический AMP?

Одной из основных функций, связанных с этой регуляторной молекулой, является активация ферментов фосфорилазы или киназы, которые катализируют добавление или удаление фосфорильных групп в других белках и ферментах.

Обычно возбуждение клетки сопровождается увеличением концентрации циклического АМФ, одновременно с увеличением транспорта кальция к клетке, которая выполняет функции по активации ферментов аденилциклазы, продуцирующих циклический АМФ.

Как синтез и передача сообщения, так и деградация циклического АМФ в клетках - это тонко регулируемые процессы, которые участвуют в поддержании гомеостаза организма.

Ссылки

1. Бопп, Т., Беккер, К., Кляйн, М., Кляйн-Хесслинг, С., Пальметсхофер, А., Серфль, Э.,… Шмитт, Э. (2007). Циклический аденозинмонофосфат является ключевым компонентом подавления, опосредованного регуляторными Т-клетками. Журнал экспериментальной медицины, 204 (6), 1303–1310.
2. Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера. Omega Editions (5-е изд.).
3. Ньютон, Р.П. и Смит, CJ (2004). Циклические нуклеотиды, 65, 2423–2437.
4. Расмуссен, Х. (1970). Клеточная связь, ион кальция и циклический аденозинмонофосфат. Наука, 170, 404-412.
5. Расмуссен, Х., и Тененхаус, А. (1968). Циклический аденозинмонофосфат, Са ++ и мембраны. Биохимия, 59, 1364-1370.