Аденилатциклаза
Аденилатциклаза | |||
---|---|---|---|
![]() аденилатциклазы (чувствительный к кальмодулину) Тример , Bacillus anthracis Адреналин связывает свой рецептор, который связывается с гетеротримерным G-белком. Белок G связывается с аденилатциклазой, которая превращает АТФ в цАМФ , распространяя сигнал. [ 1 ] | |||
Идентификаторы | |||
Номер ЕС. | 4.6.1.1 | ||
Номер CAS. | 9012-42-4 | ||
Базы данных | |||
ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
КЕГГ | КЕГГ запись | ||
МетаЦик | метаболический путь | ||
ПРЯМОЙ | профиль | ||
PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
|
Аденилатциклаза (EC 4.6.1.1, также широко известная как аденилциклаза и аденилатциклаза , сокращенно AC ) представляет собой фермент с систематическим названием АТФ-дифосфат-лиаза (циклизующая; 3',5'-циклическая-АМФ-образующая) . Он катализирует следующую реакцию:
- АТФ = 3',5'-циклический АМФ + дифосфат
Он играет ключевую регуляторную роль практически во всех клетках . [ 2 ] Это наиболее полифилетичный из известных ферментов : описаны шесть различных классов, все они катализируют одну и ту же реакцию, но представляют собой несвязанные генов семейства без известной последовательности или структурной гомологии . [ 3 ] Наиболее известным классом аденилатциклаз является класс III или AC-III (классы обозначаются римскими цифрами). AC-III широко встречается у эукариот и играет важную роль во многих тканях человека . [ 4 ]
Все классы аденилатциклазы катализируют превращение аденозинтрифосфата (АТФ) в 3',5'-циклический АМФ (цАМФ) и пирофосфат . [ 4 ] магния Ионы обычно необходимы и, по-видимому, тесно участвуют в ферментативном механизме. цАМФ, продуцируемый АЦ, затем служит регуляторным сигналом через специфические цАМФ-связывающие белки , факторы транскрипции , ферменты (например, цАМФ-зависимые киназы ) или переносчики ионов .

Классы
[ редактировать ]Класс I
[ редактировать ]Аденилатциклаза I класса | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | Аденилат_цикл | ||
Пфам | PF01295 | ||
ИнтерПро | IPR000274 | ||
PROSITE | PDOC00837 | ||
|
Первый класс аденилатциклаз встречается во многих бактериях, включая E. coli (как CyaA P00936 [не связанный с ферментом класса II]). [ 4 ] Это был первый класс переменного тока, который был охарактеризован. Было замечено, что E. coli, лишенная глюкозы, вырабатывает цАМФ, который служит внутренним сигналом для активации экспрессии генов импорта и метаболизма других сахаров. цАМФ оказывает этот эффект путем связывания фактора транскрипции CRP , также известного как CAP. AC класса I представляют собой крупные цитозольные ферменты (~ 100 кДа) с большим регуляторным доменом (~ 50 кДа), который косвенно определяет уровень глюкозы. По состоянию на 2012 год [update], для класса I AC кристаллическая структура отсутствует.
Для этого класса доступна некоторая косвенная структурная информация. Известно, что N-концевая половина является каталитической частью и для нее необходимы два Mg. 2+ ионы. S103, S113, D114, D116 и W118 — пять абсолютно незаменимых остатков. Каталитический домен класса I ( Pfam PF12633 ) принадлежит к тому же суперсемейству ( Pfam CL0260 ), что и пальмовый домен ДНК-полимеразы бета ( Pfam PF18765 ). Выравнивание его последовательности по структуре с родственной архейной тРНК нуклеотидилтрансферазой CCA ( PDB : 1R89 ) позволяет присвоить остаткам определенные функции: связывание γ-фосфата , структурную стабилизацию, мотив DxD для связывания ионов металлов и, наконец, связывание рибозы. [ 5 ]
Класс II
[ редактировать ]Эти аденилатциклазы представляют собой токсины, выделяемые патогенными бактериями, такими как Bacillus anthracis , Bordetella pertussis , Pseudomonas aeruginosa и Vibrio vulnificus во время инфекций. [ 6 ] Эти бактерии также секретируют белки, которые позволяют AC-II проникать в клетки-хозяева, где экзогенная активность AC подрывает нормальные клеточные процессы. Гены AC класса II известны как cyaA , один из которых представляет собой токсин сибирской язвы . Для ферментов AC-II известно несколько кристаллических структур. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
Класс III
[ редактировать ]Аденилатциклаза класса-3/гуанилилциклаза | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | Guanylate_cyc | ||
Пфам | PF00211 | ||
Пфам Клан | CL0276 | ||
ИнтерПро | IPR001054 | ||
УМНЫЙ | SM00044 | ||
PROSITE | ПС50125 | ||
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1тл7 / СКОПе / СУПФАМ | ||
TCDB | 8.А.85 | ||
Суперсемейство OPM | 546 | ||
белок OPM | 6r3q | ||
|
Эти аденилатциклазы являются наиболее известными на основании обширных исследований из-за их важной роли в здоровье человека. Они также обнаружены у некоторых бактерий, особенно у Mycobacterium Tuberculosis , где они, по-видимому, играют ключевую роль в патогенезе. Большинство AC-III представляют собой интегральные мембранные белки, участвующие в преобразовании внеклеточных сигналов во внутриклеточные реакции. Нобелевская премия была присуждена Эрлу Сазерленду в 1971 году за открытие ключевой роли AC-III в печени человека, где адреналин косвенно стимулирует AC для мобилизации накопленной энергии в реакции «бей или беги». Эффект адреналина осуществляется через сигнальный каскад G-белка , который передает химические сигналы снаружи клетки через мембрану внутрь клетки ( цитоплазму ). Внешний сигнал (в данном случае адреналин) связывается с рецептором, который передает сигнал G-белку, который передает сигнал аденилатциклазе, которая передает сигнал путем преобразования аденозинтрифосфата в циклический аденозинмонофосфат. (лагерь). цАМФ известен как второй мессенджер . [ 10 ]
Циклический АМФ является важной молекулой в эукариотической передаче сигнала , так называемым вторичным мессенджером . Аденилатциклазы часто активируются или ингибируются G-белками , которые связаны с мембранными рецепторами и, таким образом, могут реагировать на гормональные или другие стимулы. [ 11 ] После активации аденилатциклазы образующийся цАМФ действует как второй мессенджер, взаимодействуя и регулируя другие белки, такие как протеинкиназа А и ионные каналы, управляемые циклическими нуклеотидами . [ 11 ]
Фотоактивируемая аденилатциклаза (PAC) была обнаружена у Euglena gracilis и может экспрессироваться в других организмах посредством генетических манипуляций. Освещение синим светом клетки, содержащей PAC, активирует ее и резко увеличивает скорость превращения АТФ в цАМФ. Это полезный метод для исследователей в области нейробиологии, поскольку он позволяет им быстро увеличивать внутриклеточные уровни цАМФ в отдельных нейронах и изучать влияние этого увеличения нейронной активности на поведение организма. [ 12 ] Недавно была создана активируемая зеленым светом родопсин-аденилатциклаза (CaRhAC) путем модификации нуклеотидсвязывающего кармана родопсин- гуанилилциклазы .
Структура
[ редактировать ]
Большинство аденилатциклаз III класса представляют собой трансмембранные белки с 12 трансмембранными сегментами. Белок состоит из 6 трансмембранных сегментов, затем цитоплазматического домена C1, затем еще 6 мембранных сегментов и второго цитоплазматического домена, называемого C2. Важными функциональными частями являются N-конец и области C1 и C2. Субдомены C1a и C2a гомологичны и образуют внутримолекулярный «димер», образующий активный центр. У Mycobacterium Tuberculosis и многих других бактериальных случаях полипептид AC-III короче вдвое и включает один 6-трансмембранный домен, за которым следует цитоплазматический домен, но два из них образуют функциональный гомодимер, который напоминает архитектуру млекопитающих с двумя активными центрами. В AC класса III неживотных животных каталитический цитоплазматический домен связан с другими (не обязательно трансмембранными) доменами. [ 13 ]
Домены аденилатциклазы класса III можно дополнительно разделить на четыре подсемейства, названных классами с IIIa по IIId. Мембраносвязанные АЦ животных относятся к классу IIIa. [ 13 ] : 1087
Механизм
[ редактировать ]Реакция протекает с участием двух металлических кофакторов (Mg или Mn), координированных с двумя остатками аспартата на C1. Они осуществляют нуклеофильную атаку 3'-ОН-группы рибозы на α-фосфорильную группу АТФ. Два остатка лизина и аспартата на C2 отдают предпочтение АТФ в качестве субстрата, а не GTP, так что фермент не является гуанилилциклазой. Пара остатков аргинина и аспарагина на С2 стабилизирует переходное состояние. Тем не менее во многих белках эти остатки мутируют, сохраняя при этом активность аденилатциклазы. [ 13 ]
Типы
[ редактировать ]известны десять изоформ аденилатциклазы У млекопитающих :
Их также иногда называют просто AC1, AC2 и т. д., и, что несколько сбивает с толку, иногда для этих изоформ используются римские цифры, которые все принадлежат к общему классу AC III. Они различаются главным образом тем, как они регулируются, и по-разному экспрессируются в различных тканях на протяжении развития млекопитающих.
Регулирование
[ редактировать ]Аденилатциклаза регулируется G-белками, которые могут находиться в мономерной или гетеротримерной форме, состоящей из трех субъединиц. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Активность аденилатциклазы контролируется гетеротримерными G-белками. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Неактивная или ингибирующая форма существует, когда комплекс состоит из альфа-, бета- и гамма-субъединиц, при этом GDP связан с альфа-субъединицей. [ 2 ] [ 4 ] Чтобы стать активным, лиганд должен связаться с рецептором и вызвать конформационные изменения. [ 2 ] Это конформационное изменение приводит к тому, что альфа-субъединица отделяется от комплекса и связывается с GTP. [ 2 ] Этот комплекс G-альфа-GTP затем связывается с аденилатциклазой и вызывает активацию и высвобождение цАМФ. [ 2 ] Поскольку хороший сигнал требует помощи ферментов, которые быстро включают и выключают сигналы, также должен существовать механизм, при котором аденилатциклаза деактивирует и ингибирует цАМФ. [ 2 ] Деактивация активного комплекса G-альфа-ГТФ происходит быстро за счет гидролиза ГТФ, поскольку реакция катализируется собственной ферментативной активностью ГТФазы, расположенной в альфа-субъединице. [ 2 ] Его также регулирует форсколин . [ 11 ] а также другие эффекторы, специфичные для изоформ:
- Изоформы I, III и VIII также стимулируются Ca. 2+ / кальмодулин . [ 11 ]
- Изоформы V и VI ингибируются Ca. 2+ кальмодулиннезависимым образом. [ 11 ]
- Изоформы II, IV и IX стимулируются альфа-субъединицей G-белка. [ 11 ]
- Изоформы I, V и VI наиболее явно ингибируются Gi, в то время как другие изоформы демонстрируют менее двойную регуляцию ингибирующим G-белком. [ 11 ]
- Растворимый AC (sAC) не является трансмембранной формой и не регулируется G-белками или форсколином, а вместо этого действует как датчик бикарбоната/pH. Он закрепляется в различных местах внутри клетки и вместе с фосфодиэстеразами образует локальные сигнальные домены цАМФ. [ 14 ]
В нейронах чувствительные к кальцию аденилатциклазы расположены рядом с ионными кальциевыми каналами для более быстрой реакции на Ca. 2+ приток; их подозревают в том, что они играют важную роль в процессах обучения. Это подтверждается тем фактом, что аденилатциклазы являются детекторами совпадений , а это означает, что они активируются только несколькими различными сигналами, возникающими вместе. [ 15 ] В периферических клетках и тканях аденилатциклазы, по-видимому, образуют молекулярные комплексы со специфическими рецепторами и другими сигнальными белками специфичным для изоформ образом.
Функция
[ редактировать ]Отдельные трансмембранные изоформы аденилатциклазы связаны с многочисленными физиологическими функциями. [ 16 ] Растворимая аденилатциклаза (sAC, AC10) играет решающую роль в подвижности сперматозоидов. [ 17 ] Аденилатциклаза участвует в формировании памяти, действуя как детектор совпадений . [ 11 ] [ 15 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
Класс IV
[ редактировать ]
Аденилатциклаза CyaB | |
---|---|
Идентификаторы | |
Символ | ЦиаБ |
ИнтерПро | ИПР008173 |
КАТ | 1YEM |
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 2ACA / SCOPe / СУПФАМ |
CDD | cd07890 |
AC-IV был впервые обнаружен у бактерии Aeromonas Hydrophila структура AC-IV из Yersinia pestis , а также описана . Это самые маленькие из классов ферментов AC; AC-IV (CyaB) из Yersinia представляет собой димер из субъединиц массой 19 кДа без известных регуляторных компонентов ( PDB : 2FJT ). [ 21 ] AC-IV образует суперсемейство с тиаминтрифосфатазой млекопитающих , называемое CYTH (CyaB, тиаминтрифосфатаза). [ 22 ]
Классы V и VI
[ редактировать ]Класс переменного тока VI (DUF3095) | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | DUF3095 | ||
Пфам | ПФ11294 | ||
ИнтерПро | ИПР021445 | ||
| |||
предсказание контакта |
Эти формы АЦ были обнаружены у конкретных бактерий ( Prevotella ruminicola O68902 и Rhizobium etli Q8KY20 соответственно) и не были подробно охарактеризованы. [ 23 ] Есть еще несколько членов (около 400 в Pfam), которые, как известно, относятся к классу VI. Ферменты класса VI обладают каталитическим ядром, аналогичным таковому в классе III. [ 24 ]
Дополнительные изображения
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «PDB101: Молекула месяца: G-белки» . RCSB: PDB-101 . Проверено 24 августа 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Хэнкок, Джон (2010). Сотовая сигнализация . стр. 189–195.
- ^ Jump up to: а б с Садана Р., Дессауэр CW (февраль 2009 г.). «Физиологическая роль изоформ аденилатциклазы, регулируемой G-белком: результаты исследований нокаута и сверхэкспрессии» . Нейросигналы . 17 (1): 5–22. дои : 10.1159/000166277 . ПМК 2790773 . ПМИД 18948702 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Чжан Г., Лю Ю., Руохо А.Э., Херли Дж.Х. (март 1997 г.). «Структура каталитического ядра аденилатциклазы». Природа . 386 (6622): 247–253. Бибкод : 1997Natur.386..247Z . дои : 10.1038/386247a0 . ПМИД 9069282 . S2CID 4329051 .
- ^ Линдер Ю. (ноябрь 2008 г.). «Структурно-функциональные взаимоотношения в аденилатциклазе Escherichia coli». Биохимический журнал . 415 (3): 449–454. дои : 10.1042/BJ20080350 . ПМИД 18620542 . ( выравнивание )
- ^ Ахуджа Н. , Кумар П., Бхатнагар Р. (2004). «Аденилатциклазные токсины». Критические обзоры по микробиологии . 30 (3): 187–196. дои : 10.1080/10408410490468795 . ПМИД 15490970 . S2CID 23893594 .
- ^ Ханппнавар Б., Датта С. (сентябрь 2018 г.). «Кристаллическая структура и субстратная специфичность ExoY, уникального T3SS-опосредованного секретируемого токсина нуклеотидилциклазы из Pseudomonas aeruginosa». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1862 (9): 2090–2103. дои : 10.1016/j.bbagen.2018.05.021 . ПМИД 29859257 . S2CID 44151852 .
- ^ Го Ц, Шен Ю, Ли Ю.С., Гиббс К.С., Мркшич М., Тан В.Дж. (сентябрь 2005 г.). «Структурные основы взаимодействия токсина аденилатциклазы Bordetella pertussis с кальмодулином» . Журнал ЭМБО . 24 (18): 3190–3201. дои : 10.1038/sj.emboj.7600800 . ПМК 1224690 . ПМИД 16138079 .
- ^ Драм С.Л., Ян С.З., Бард Дж., Шен Ю.К., Лу Д., Сулайман С. и др. (январь 2002 г.). «Структурная основа активации экзотоксина аденилатциклазы сибирской язвы кальмодулином». Природа . 415 (6870): 396–402. Бибкод : 2002Natur.415..396D . дои : 10.1038/415396a . ПМИД 11807546 . S2CID 773562 .
- ^ Рис Дж., Кэмпбелл Н. (2002). Биология . Сан-Франциско: Бенджамин Каммингс. стр. 207 . ISBN 978-0-8053-6624-2 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Ханун Дж., Дефер Н. (апрель 2001 г.). «Регуляция и роль изоформ аденилатциклазы». Ежегодный обзор фармакологии и токсикологии . 41 (1): 145–174. doi : 10.1146/annurev.pharmtox.41.1.145 . ПМИД 11264454 .
- ^ Шредер-Ланг С., Шварцель М., Зайферт Р., Стрюнкер Т., Катерия С., Лузер Дж. и др. (январь 2007 г.). «Быстрое манипулирование уровнем клеточного цАМФ с помощью света in vivo» . Природные методы . 4 (1): 39–42. дои : 10.1038/nmeth975 . ПМИД 17128267 . S2CID 10616442 .
- ^ Jump up to: а б с Линдер Ю., Шульц Дж. Э. (декабрь 2003 г.). «Аденилатциклазы III класса: многоцелевые сигнальные модули». Сотовая сигнализация . 15 (12): 1081–1089. дои : 10.1016/s0898-6568(03)00130-x . ПМИД 14575863 .
- ^ Рахман Н., Бак Дж., Левин Л.Р. (ноябрь 2013 г.). «Определение pH с помощью регулируемой бикарбонатом «растворимой» аденилатциклазы (sAC)» . Границы в физиологии . 4 : 343. дои : 10.3389/fphys.2013.00343 . ПМЦ 3838963 . ПМИД 24324443 .
- ^ Jump up to: а б Хоган Д.А., Мюльшлегель Ф.А. (декабрь 2011 г.). «Регуляция развития Candida albicans: аденилатциклаза как детектор совпадений параллельных сигналов». Современное мнение в микробиологии . 14 (6): 682–686. дои : 10.1016/j.mib.2011.09.014 . ПМИД 22014725 .
- ^ Остром К.Ф., ЛаВинь Дж.Э., Бруст Т.Ф., Зейферт Р., Дессауэр К.В., Уоттс В.Дж., Остром Р.С. (апрель 2022 г.). «Физиологическая роль изоформ трансмембранной аденилатциклазы млекопитающих» . Физиологические обзоры . 102 (2): 815–857. doi : 10.1152/physrev.00013.2021 . ПМЦ 8759965 . ПМИД 34698552 .
- ^ Эспозито Г., Джайсвал Б.С., Се Ф., Крайнц-Франкен М.А., Роббен Т.Дж., Стрик А.М. и др. (март 2004 г.). «Мыши с дефицитом растворимой аденилатциклазы бесплодны из-за серьезного нарушения подвижности сперматозоидов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (9): 2993–2998. Бибкод : 2004PNAS..101.2993E . дои : 10.1073/pnas.0400050101 . ПМЦ 365733 . ПМИД 14976244 .
- ^ Уиллоуби Д., Купер Д.М. (июль 2007 г.). «Организация и Ca2+-регуляция аденилатциклаз в микродоменах цАМФ». Физиологические обзоры . 87 (3): 965–1010. CiteSeerX 10.1.1.336.3746 . doi : 10.1152/physrev.00049.2006 . ПМИД 17615394 .
- ^ Монс Н., Гийу Дж.Л., Джаффард Р. (апрель 1999 г.). «Роль Ca2+/кальмодулин-стимулируемых аденилатциклаз как детекторов молекулярных совпадений в формировании памяти» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 55 (4): 525–533. дои : 10.1007/s000180050311 . ПМЦ 11147090 . ПМИД 10357223 . S2CID 10849274 .
- ^ Нив К.А., Симанс Дж.К., Трантэм-Дэвидсон Х. (август 2004 г.). «Передача сигналов дофаминовых рецепторов». Журнал исследований рецепторов и передачи сигналов . 24 (3): 165–205. CiteSeerX 10.1.1.465.5011 . дои : 10.1081/RRS-200029981 . ПМИД 15521361 . S2CID 12407397 .
- ^ Галлахер Д.Т., Смит Н.Н., Ким С.К., Геро А., Робинсон Х., Редди П.Т. (сентябрь 2006 г.). «Структура аденилатциклазы класса IV обнаруживает новую складку». Журнал молекулярной биологии . 362 (1): 114–122. дои : 10.1016/j.jmb.2006.07.008 . ПМИД 16905149 .
- ^ Кон Г., Дельво Д., Лакай Б., Серве А.С., Шолер Г., Филле М. и др. (2012). «Высокая активность неорганической трифосфатазы в бактериях и клетках млекопитающих: идентификация задействованных ферментов» . ПЛОС ОДИН . 7 (9): e43879. Бибкод : 2012PLoSO...743879K . дои : 10.1371/journal.pone.0043879 . ПМЦ 3440374 . ПМИД 22984449 .
- ^ Котта М.А., Уайтхед Т.Р., Уилер М.Б. (июль 1998 г.). «Идентификация новой аденилатциклазы в рубцовом анаэробе Prevotella ruminicola D31d» . Письма FEMS по микробиологии . 164 (2): 257–260. дои : 10.1111/j.1574-6968.1998.tb13095.x . ПМИД 9682474 . Генбанк AF056932 .
- ^ Теллес-Соса Х., Соберон Н., Вега-Сегура А., Торрес-Маркес М.Е., Севальос М.А. (июль 2002 г.). «Продукт Rhizobium etli cyaC: характеристика нового класса аденилатциклазы» . Журнал бактериологии . 184 (13): 3560–3568. дои : 10.1128/jb.184.13.3560-3568.2002 . ПМК 135151 . ПМИД 12057950 . Генбанк AF299113 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Содеман В., Содеман Т. (2005). «Физиологические и аденилатциклазные бета-адренергические рецепторы». Патологическая физиология Содемана: механизмы заболевания . WB Saunders Co., стр. 143–145. ISBN 978-0721610108 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Аденилатциклазы Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)
- Интерактивные 3D-изображения аденилатциклазы в Proteopedia Adenylyl_cyclase