إن إنزيم adenylate cyclase أو adenylyl cyclase هو الإنزيم المسؤول عن تحويل ATP ، وهو جزيء ذو طاقة عالية في دوري AMP ، وهو جزيء إشارة مهم ينشط العديد من البروتينات الدورية المعتمدة على AMP مع وظائف فسيولوجية مهمة.
يتم التحكم في نشاطها من خلال عوامل مختلفة مثل ، على سبيل المثال ، العمل المتضافر للهرمونات والناقلات العصبية والجزيئات التنظيمية الأخرى ذات الطبيعة المختلفة (أيونات الكالسيوم ثنائية التكافؤ وبروتينات G ، على سبيل المثال لا الحصر).
مخطط Adenylate cyclase (المصدر: User Bensaccount على en.wikipedia عبر ويكيميديا كومنز)
تكمن الأهمية الرئيسية لهذا الإنزيم في أهمية ناتج التفاعل الذي يحفزه ، وهو AMP الدوري ، لأنه يشارك في التحكم في العديد من الظواهر الخلوية المتعلقة بعملية التمثيل الغذائي والتطور ، فضلاً عن الاستجابة للمنبهات الخارجية المختلفة.
في الطبيعة ، تستخدم كل من الكائنات أحادية الخلية (البسيطة نسبيًا) والحيوانات الكبيرة والمعقدة متعددة الخلايا AMP دوريًا كمرسل ثانٍ ، وبالتالي تستخدم الإنزيمات التي تنتجها.
أثبتت دراسات علم الوراثة أن هذه الإنزيمات مشتقة من سلف مشترك قبل فصل البكتيريا الحقيقية وحقيقيات النوى ، مما يشير إلى أن AMP الدوري له وظائف مختلفة ، ربما تتعلق بإنتاج ATP.
من الممكن قبول مثل هذا البيان ، نظرًا لأن التفاعل المحفز بواسطة adenylate cyclase يمكن عكسه بسهولة ، والذي يمكن رؤيته في ثابت التوازن لتخليق ATP (K eq 2.1 ± 0.2 10 -9 M 2).
الخصائص والهيكل
ترتبط معظم إنزيمات محلقة أدينيلات حقيقية النواة بغشاء البلازما ، ولكن في البكتيريا وخلايا الحيوانات المنوية في الثدييات توجد بروتينات قابلة للذوبان في العصارة الخلوية.
في الخميرة وبعض البكتيريا ، تكون عبارة عن بروتينات غشائية محيطية ، بينما في بعض أنواع الأميبا تكون جزيئات ذات قطاع غشاء واحد.
الخصائص الهيكلية
وهي بروتينات تتكون من سلاسل كبيرة متعددة الببتيد (من أكثر من 1000 من بقايا الأحماض الأمينية) ، والتي تعبر غشاء البلازما 12 مرة من خلال منطقتين تتكونان من ستة مجالات غشائية من تشكيل ألفا الحلزون.
يتم فصل كل منطقة عبر الغشاء بواسطة مجال عصاري خلوي كبير ، وهو مسؤول عن النشاط التحفيزي.
من بين الكائنات حقيقية النواة ، توجد بعض الأشكال المحفوظة في جزء من المنطقة الطرفية الأمينية لهذه الإنزيمات ، بالإضافة إلى مجال السيتوبلازم بحوالي 40 كيلو دالتون ، والذي يتم تحديده بواسطة أقسام كارهة للماء.
موقع محفز
يعتمد التفاعل الذي تحفزه هذه الإنزيمات ، أي تكوين رابطة ديستر من خلال هجوم محب للأنوية من مجموعة OH في الموضع 3 "إلى مجموعة الفوسفات في ثلاثي فوسفات النوكليوزيد في الموضع 5" ، على نموذج هيكلي شائع يُعرف باسم المجال كف، نخلة".
يتكون مجال "النخيل" هذا من نموذج "βαβααβ" ("" تعني الصفائح المطوية β و "α" حلزونات ألفا) ويحتوي على اثنين من بقايا حمض الأسبارتيك غير المتغيرة التي تنسق أيونات معدنية مسؤولة الحفز ، والذي يمكن أن يكون ثنائي التكافؤ من المغنيسيوم أو أيونات الزنك.
كشفت العديد من الدراسات المتعلقة بالهيكل الرباعي لهذه الإنزيمات أن وحدتها التحفيزية موجودة على شكل ثنائى يعتمد تكوينه على قطاعات الغشاء ، والتي تنضم إلى الشبكة الإندوبلازمية أثناء تكوين البروتين.
موقعك
لقد تم تحديد أنه مثل العديد من البروتينات الغشائية المتكاملة ، مثل بروتينات G ، وتلك التي تحتوي على مثبتات فوسفاتيديلينوسيتول ، والعديد من البروتينات الأخرى ، توجد حلقات أدينيل في مناطق غشاء خاصة أو مجالات دقيقة تعرف باسم "أطواف الدهون" (من الإنجليزية "طوف الدهون").
يمكن أن يصل قطر هذه النطاقات الغشائية إلى مئات النانومتر وتتكون أساسًا من الكوليسترول والدهون السفينجولية ذات سلاسل الأحماض الدهنية الطويلة والمشبعة في الغالب ، مما يجعلها أقل سائلة ويسمح بإيواء قطاعات الغشاء المختلفة البروتينات.
تم العثور أيضًا على حلقات أدينيلات مرتبطة بمناطق فرعية من أطواف الدهون المعروفة باسم "caveolae" (من "caveolae" الإنجليزية) ، والتي هي بالأحرى انغالات للغشاء الغني بالكوليسترول والبروتين المرتبط بهذا يسمى caveolin.
أنواع
في الطبيعة ، هناك ثلاث فئات محددة جيدًا من إنزيم الأدينيلات واثنان يخضعان حاليًا للمناقشة.
- الفئة الأولى: توجد في العديد من البكتيريا سالبة الجرام مثل E. coli ، على سبيل المثال ، حيث يكون منتج AMP الدوري للتفاعل بمثابة رابط لعوامل النسخ المسؤولة عن تنظيم عوامل تقويضية.
- الصنف الثاني: توجد في بعض مسببات الأمراض من الأجناس البكتيرية مثل العصوية أو البورديتلة حيث تعمل كسموم خارج الخلية. وهي بروتينات يتم تنشيطها من قبل مضيف كالودولين (غائب في البكتيريا).
- الفئة الثالثة: تُعرف بالفئة "العالمية" وترتبط نسبيًا بحلقات الجوانيلات التي تؤدي وظائف مماثلة. توجد في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، حيث يتم تنظيمها من خلال مسارات مختلفة.
الحلقات أدينيلات الثدييات
في الثدييات ، تم استنساخ تسعة أنواع على الأقل من هذه الإنزيمات ووصفها ، وتم ترميزها بواسطة تسعة جينات مستقلة وتنتمي إلى adenyl cyclase class III.
وهي تشترك في الهياكل المعقدة والطوبولوجيا الغشائية ، فضلاً عن المجالات التحفيزية المكررة التي تتميز بها.
بالنسبة للثدييات ، فإن التسمية المستخدمة للإشارة إلى الأشكال الإسوية تتوافق مع الأحرف AC (لـ adenylate cyclase) ورقم من 1 إلى 9 (AC1 - AC9). كما تم الإبلاغ عن نوعين مختلفين من إنزيم AC8.
الأشكال الإسوية الموجودة في هذه الحيوانات متماثلة فيما يتعلق بتسلسل البنية الأولية لمواقعها التحفيزية والبنية ثلاثية الأبعاد. يرتبط إدراج أحد هذه الإنزيمات في كل "نوع" بشكل أساسي بالآليات التنظيمية التي تعمل على كل شكل إسوي.
لديهم أنماط تعبير غالبًا ما تكون خاصة بالأنسجة. يمكن العثور على جميع الأشكال الإسوية في الدماغ ، على الرغم من أن بعضها يقتصر على مناطق معينة من الجهاز العصبي المركزي.
المميزات
تتمثل الوظيفة الرئيسية للإنزيمات التي تنتمي إلى عائلة Adenylate Cyclase في تحويل ATP إلى AMP دوري ، ولهذا فهي تحفز تكوين رابطة ديستر داخل الجزيئية 3'-5 '(تفاعل مشابه لتلك التي تحفزها بوليميرات الحمض النووي). مع إطلاق جزيء بيروفوسفات.
في الثدييات ، ارتبطت المتغيرات المختلفة التي يمكن تحقيقها بتكاثر الخلايا ، والاعتماد على الإيثانول ، واللدونة التشابكية ، والاعتماد على المخدرات ، والإيقاع اليومي ، والتحفيز الشمي ، والتعلم والذاكرة.
اقترح بعض المؤلفين أن الحلقات الأدينيلات قد يكون لها وظيفة إضافية كجزيئات ناقلة أو ، ما هو نفسه ، بروتينات القناة والناقلات الأيونية.
ومع ذلك ، فقد تم اختبار هذه الفرضيات فقط بناءً على ترتيب أو طوبولوجيا أجزاء الغشاء من هذه الإنزيمات ، والتي تشترك في بعض التناظرات أو التشابه الهيكلي (ولكن ليس التسلسل) مع بعض قنوات النقل الأيونية.
كل من AMP الدوري و PPi (بيروفوسفات) ، وهما نتاج التفاعل ، لهما وظائف على المستوى الخلوي ؛ لكن أهميتها تعتمد على الكائن الحي حيث يوجدون.
اللائحة
يُظهر التنوع الهيكلي الكبير بين حلقات الأدينيل قابلية كبيرة لأشكال متعددة من التنظيم ، مما يسمح لها بالاندماج في مجموعة كبيرة ومتنوعة من مسارات الإشارات الخلوية.
يعتمد النشاط التحفيزي لبعض هذه الإنزيمات على أحماض ألفا كيتو ، في حين أن البعض الآخر لديه آليات تنظيمية أكثر تعقيدًا تتضمن وحدات فرعية تنظيمية (عن طريق التحفيز أو التثبيط) التي تعتمد ، على سبيل المثال ، على الكالسيوم وعوامل أخرى قابلة للذوبان بشكل عام ، وكذلك من البروتينات الأخرى.
يتم تنظيم العديد من حلقات الأدينيلات بشكل سلبي بواسطة وحدات فرعية لبعض بروتينات G (تثبط وظيفتها) ، بينما يمارس البعض الآخر تأثيرات تنشيطية أكثر.
المراجع
- كوبر ، DMF (2003). تنظيم وتنظيم cyclases adenylyl و cAMP. مجلة الكيمياء الحيوية ، 375 ، 517-529.
- كوبر ، دي ، مونس ، إن ، وكاربين ، ج. (1995). حلقات Adenylyl والتفاعل بين إشارات الكالسيوم و cAMP. الطبيعة ، 374 ، 421-424.
- دانشين ، أ. (1993). نسالة من حلق عدنيليل. التقدم في أبحاث الرسول الثاني والبروتين الفوسفوري ، 27 ، 109-135.
- حنون ، ج. ، وديفر ، ن. (2001). تنظيم ودور Adenylyl Cyclase Isoforms. آن. القس فارماكول. توكسيكول. ، 41 ، 145-174.
- ليندر ، يو ، وشولتز ، جي إي (2003). حاويات أدينيليل من الفئة الثالثة: وحدات إشارات متعددة الأغراض. الإشارات الخلوية، 15، 1081-1089.
- تانغ ، دبليو ، وجيلمان ، إيه جي (1992). Adenylyl Cyclases. الخلية ، 70 ، 669-672.