Adenilat siklase: karakteristik, jenis, fungsi

Adenilat siklase: karakteristik, jenis, fungsi

siklase adenilat atau siklase adenilat adalah enzim yang bertanggung jawab untuk konversi dari ATP, molekul energi tinggi dalam siklik AMP, sebuah molekul sinyal penting yang mengaktifkan berbagai protein siklik AMP-dependent dengan fungsi fisiologis penting.

Aktivitasnya dikendalikan oleh berbagai faktor seperti, misalnya, aksi bersama hormon, neurotransmiter dan molekul pengatur lain yang sifatnya berbeda (ion kalsium divalen dan protein G, untuk beberapa nama).

Diagram adenilat siklase (Sumber: User Bensaccount di en.wikipedia [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)

Kepentingan utama enzim ini terletak pada pentingnya produk reaksi yang dikatalisisnya, AMP siklik, karena ia berpartisipasi dalam pengendalian banyak fenomena seluler yang terkait dengan metabolisme dan perkembangan, serta respons terhadap rangsangan eksternal yang berbeda.

Di alam, baik organisme uniseluler (relatif sederhana) dan hewan multiseluler besar dan kompleks menggunakan AMP siklik sebagai pembawa pesan kedua, dan oleh karena itu enzim yang memproduksinya.

Studi filogenetik menetapkan bahwa enzim ini berasal dari nenek moyang yang sama sebelum pemisahan eubacteria dan eukariota, menunjukkan bahwa AMP siklik memiliki fungsi yang berbeda, mungkin terkait dengan produksi ATP.

Hal ini dimungkinkan untuk menerima pernyataan seperti itu, karena reaksi yang dikatalisis oleh adenilat siklase mudah reversibel, yang dapat dilihat pada konstanta kesetimbangan untuk sintesis ATP ( Keq 2.1 ± 0.2 10-9 M2).

Indeks artikel

Karakteristik dan struktur

Sebagian besar enzim adenilat siklase eukariotik berhubungan dengan membran plasma, tetapi pada bakteri dan sel sperma mamalia mereka ditemukan sebagai protein larut dalam sitosol.

Dalam ragi dan beberapa bakteri mereka adalah protein membran perifer, sedangkan pada spesies amuba tertentu mereka adalah molekul dengan segmen transmembran tunggal.

Karakteristik struktural

Mereka adalah protein yang terdiri dari rantai polipeptida besar (lebih dari 1.000 residu asam amino), yang melintasi membran plasma 12 kali melalui dua wilayah yang terdiri dari enam domain transmembran konformasi heliks alfa.

Setiap wilayah transmembran dipisahkan oleh domain sitosol besar, yang bertanggung jawab untuk aktivitas katalitik.

Di antara organisme eukariotik ada beberapa motif yang dilestarikan dalam fragmen wilayah terminal amino dari enzim ini, serta domain sitoplasma sekitar 40 kDa, yang dibatasi oleh bagian hidrofobik.

Situs katalitik

Reaksi yang dikatalis oleh enzim ini, yaitu, pembentukan ikatan diester melalui serangan nukleofilik gugus OH di posisi 3 ‘ke gugus fosfat dari nukleosida trifosfat di posisi 5’, bergantung pada motif struktural umum yang dikenal sebagai domain Palm”.

Ini “palm” domain terdiri dari ” βαβααβ ” motif ( “β” yang berarti lembaran β-dilipat dan “α” heliks alfa) dan memiliki dua residu asam aspartat berubah-ubah yang mengkoordinasikan dua ion logam bertanggung jawab. Katalisis, yang dapat menjadi ion magnesium atau seng divalen.

Banyak penelitian yang berkaitan dengan struktur kuartener enzim ini telah mengungkapkan bahwa unit katalitik mereka ada sebagai dimer yang pembentukannya tergantung pada segmen transmembran, yang datang bersama-sama dalam retikulum endoplasma selama pembentukan protein.

Lokasi

Telah ditentukan bahwa seperti banyak protein membran integral, seperti protein G, yang memiliki jangkar fosfatidilinositol, dan banyak lainnya, adenil siklase ditemukan di daerah membran khusus atau domain mikro yang dikenal sebagai “rakit lipid” (dari bahasa Inggris “rakit lipid” ). .

Domain membran ini dapat berdiameter hingga ratusan nanometer dan terutama terdiri dari kolesterol dan sphingolipid dengan rantai asam lemak jenuh yang panjang dan dominan, yang membuatnya kurang cair dan memungkinkan akomodasi segmen transmembran dari protein yang berbeda.

Para adenilat siklase juga ditemukan terkait dengan subregional dari rakit lipid yang dikenal sebagai “caveolae” (dari bahasa Inggris ” caveolae ” ), yang merupakan membran kaya kolesterol invaginasi dan protein terkait dengan ini disebut caveolin.

Jenis

Di alam, ada tiga kelas adenilat siklase yang terdefinisi dengan baik dan dua yang saat ini menjadi bahan diskusi.

– Kelas I: mereka hadir di banyak bakteri Gram-negatif seperti E. coli , misalnya, di mana produk AMP siklik dari reaksi tersebut berfungsi sebagai ligan untuk faktor transkripsi yang bertanggung jawab untuk regulasi operon katabolik.

– Kelas II: ditemukan pada beberapa patogen dari genus bakteri seperti Bacillus atau Bordetella , di mana mereka berfungsi sebagai racun ekstraseluler. Mereka adalah protein yang diaktifkan oleh calmodulin inang (tidak ada pada bakteri).

– Kelas III: ini dikenal sebagai kelas “universal” dan secara filogenetik terkait dengan guanylate cyclases, yang memenuhi fungsi serupa. Mereka ditemukan di prokariota dan eukariota, di mana mereka diatur oleh jalur yang berbeda.

Adenilat siklase mamalia

Pada mamalia, setidaknya sembilan jenis enzim ini telah dikloning dan dijelaskan, dikodekan oleh sembilan gen independen dan milik adenil siklase kelas III.

Mereka berbagi struktur kompleks dan topologi membran, serta duplikat domain katalitik yang menjadi ciri khas mereka.

Untuk mamalia, nomenklatur yang digunakan untuk merujuk pada isoform sesuai dengan huruf AC (untuk adenilat siklase ) dan angka dari 1 hingga 9 (AC1 – AC9). Dua varian enzim AC8 juga telah dilaporkan.

Isoform yang ada pada hewan ini homolog sehubungan dengan urutan struktur utama situs katalitik mereka dan struktur tiga dimensi. Dimasukkannya salah satu enzim ini dalam setiap “tipe” terutama terkait dengan mekanisme pengaturan yang beroperasi pada setiap isoform.

Mereka memiliki pola ekspresi yang sering spesifik jaringan. Semua isoform dapat ditemukan di otak, meskipun beberapa terbatas pada area tertentu dari sistem saraf pusat .

Fitur

Fungsi utama enzim yang termasuk dalam famili Adenylate Cyclase adalah untuk mengubah ATP menjadi AMP siklik dan untuk ini mereka mengkatalisis pembentukan ikatan diester 3′-5′ intramolekul (reaksi serupa dengan yang dikatalisis oleh DNA polimerase ). dari molekul pirofosfat.

Pada mamalia, varian berbeda yang dapat dicapai terkait dengan proliferasi sel, ketergantungan etanol, plastisitas sinaptik, ketergantungan obat, ritme sirkadian, stimulasi penciuman, pembelajaran dan memori .

Beberapa penulis telah menyarankan bahwa adenilat siklase mungkin memiliki fungsi tambahan sebagai molekul pengangkut atau, yang sama, protein saluran dan pengangkut ionik.

Namun, hipotesis ini hanya diuji berdasarkan susunan atau topologi segmen transmembran enzim ini, yang memiliki beberapa kesamaan homologi atau struktural (tetapi bukan urutan) dengan saluran transpor ion tertentu.

Baik AMP siklik dan PPi (pirofosfat), yang merupakan produk reaksi, memiliki fungsi pada tingkat sel; tetapi pentingnya mereka tergantung pada organisme di mana mereka berada.

Peraturan

Keragaman struktural yang besar di antara adenil siklase menunjukkan kerentanan besar terhadap berbagai bentuk regulasi, yang memungkinkan mereka untuk berintegrasi ke dalam berbagai jalur pensinyalan seluler.

Aktivitas katalitik dari beberapa enzim ini tergantung pada asam alfa keto, sementara yang lain memiliki mekanisme pengaturan yang jauh lebih kompleks yang melibatkan subunit pengatur (dengan stimulasi atau penghambatan) yang bergantung, misalnya, pada kalsium dan faktor lain yang umumnya larut, serta protein lainnya.

Banyak adenilat siklase diatur secara negatif oleh subunit dari beberapa protein G (mereka menghambat fungsinya), sementara yang lain memiliki lebih banyak efek pengaktifan.

Referensi

  1. Cooper, DMF (2003). Regulasi dan organisasi adenilat siklase dan cAMP. Jurnal Biokimia , 375 , 517-529.
  2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylyl cyclases dan interaksi antara pensinyalan kalsium dan cAMP. Alam , 374 , 421-424.
  3. Danchin, A. (1993). Filogeni dari Adenylyl Cyclases. Kemajuan dalam Kedua Messenger dan phosphoprotein Penelitian , 27 , 109-135.
  4. Hanoune, J., & Menunda, N. (2001). Regulasi dan Peran Isoform Adenylyl Cyclase. Ann. Pdt. Pharmacol. racun. , 41 , 145-174.
  5. Linder, U., & Schultz, JE (2003). Adenilil siklase kelas III: modul pensinyalan multiguna. Sinyal Seluler , 15 , 1081-1089.
  6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Siklus adenilil. Sel , 70 , 669-672.