ADENILATO CICLASI: CARATTERISTICHE, TIPI, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2024

L' adenilato ciclasi o adenil ciclasi è l'enzima responsabile della conversione dell'ATP, una molecola ad alta energia in AMP ciclico, un'importante molecola di segnalazione che attiva varie proteine ​​cicliche AMP-dipendenti con importanti funzioni fisiologiche.

La sua attività è controllata da diversi fattori come, ad esempio, l'azione concertata di ormoni, neurotrasmettitori e altre molecole regolatrici di diversa natura (ioni calcio bivalenti e proteine ​​G, solo per citarne alcuni).

Diagramma dell'adenilato ciclasi (Fonte: utente Bensaccount su en.wikipedia tramite Wikimedia Commons)

L'importanza principale di questo enzima risiede nell'importanza del prodotto della reazione che catalizza, l'AMP ciclico, poiché partecipa al controllo di molti fenomeni cellulari legati al metabolismo e allo sviluppo, nonché alla risposta a diversi stimoli esterni.

In natura, sia gli organismi unicellulari (relativamente semplici) che gli animali multicellulari grandi e complessi utilizzano l'AMP ciclico come secondo messaggero, e quindi gli enzimi che lo producono.

Studi filogenetici stabiliscono che questi enzimi derivano da un antenato comune prima della separazione di eubatteri ed eucarioti, suggerendo che l'AMP ciclico avesse funzioni diverse, forse legate alla produzione di ATP.

È possibile accettare tale affermazione, poiché la reazione catalizzata dall'adenilato ciclasi è facilmente reversibile, il che può essere visto nella costante di equilibrio per la sintesi di ATP (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10 -9 M 2).

Caratteristiche e struttura

La maggior parte degli enzimi eucariotici adenilato ciclasi sono associati alla membrana plasmatica, ma nei batteri e negli spermatozoi dei mammiferi si trovano come proteine ​​solubili nel citosol.

Nel lievito e in alcuni batteri sono proteine ​​della membrana periferica, mentre in alcune specie di ameba sono molecole con un singolo segmento transmembrana.

Caratteristiche strutturali

Sono proteine ​​composte da grandi catene polipeptidiche (di oltre 1.000 residui di amminoacidi), che attraversano la membrana plasmatica 12 volte attraverso due regioni composte da sei domini transmembrana di conformazione alfa elica.

Ogni regione transmembrana è separata da un ampio dominio citosolico, che è responsabile dell'attività catalitica.

Tra gli organismi eucarioti ci sono alcuni motivi conservati in un frammento della regione amminoterminale di questi enzimi, nonché un dominio citoplasmatico di circa 40 kDa, che è delimitato dalle sezioni idrofobiche.

Sito catalitico

La reazione che questi enzimi catalizzano, cioè la formazione di un legame diestere attraverso un attacco nucleofilo del gruppo OH in posizione 3 'al gruppo fosfato del nucleoside trifosfato in posizione 5', dipende da un motivo strutturale comune noto come dominio Palma".

Questo dominio "palma" è composto da un motivo "βαβααβ" ("β" che significa i fogli piegati β e "α" le eliche alfa) e ha due residui di acido aspartico invariabili che coordinano i due ioni metallici responsabili catalisi, che può essere ioni magnesio o zinco bivalenti.

Molti studi relativi alla struttura quaternaria di questi enzimi hanno rivelato che la loro unità catalitica esiste come un dimero la cui formazione dipende dai segmenti transmembrana, che si uniscono nel reticolo endoplasmatico durante la formazione della proteina.

Posizione

È stato determinato che, come molte proteine ​​integrali di membrana, come le proteine ​​G, quelle con ancoraggi di fosfatidilinositolo e molte altre, le adenil ciclasi si trovano in speciali regioni di membrana o micro domini noti come "lipid rafts" (da Inglese "lipid raft").

Questi domini di membrana possono avere un diametro fino a centinaia di nanometri e sono composti principalmente da colesterolo e sfingolipidi con lunghe catene di acidi grassi prevalentemente saturi, che li rende meno fluidi e consente la sistemazione di segmenti transmembrana di diverso proteine.

Sono state trovate anche adenilate ciclasi associate a sottoregioni di lipid rafts note come "caveolae" (dall'inglese "caveolae"), che sono piuttosto invaginazioni della membrana ricca di colesterolo e di una proteina associata a questa chiamata caveolina.

tipi

In natura, ci sono tre classi ben definite di adenilato ciclasi e due che sono attualmente oggetto di discussione.

- Classe I: sono presenti in molti batteri Gram-negativi come ad esempio E. coli, dove il prodotto ciclico AMP della reazione ha funzioni di legante per fattori di trascrizione responsabili della regolazione degli operoni catabolici.

- Classe II: si trovano in alcuni patogeni di generi batterici come Bacillus o Bordetella, dove fungono da tossine extracellulari. Sono proteine ​​attivate dalla calmodulina ospite (assente nei batteri).

- Classe III: conosciute come la classe "universale" e sono filogeneticamente correlate alle guanilato ciclasi, che svolgono funzioni simili. Si trovano sia nei procarioti che negli eucarioti, dove sono regolati da percorsi diversi.

Adenilato ciclasi di mammiferi

Nei mammiferi sono stati clonati e descritti almeno nove tipi di questi enzimi, codificati da nove geni indipendenti e appartenenti alla classe III dell'adenil ciclasi.

Condividono strutture complesse e topologie di membrana, nonché i domini catalitici duplicati che sono caratteristici di loro.

Per i mammiferi, la nomenclatura utilizzata per fare riferimento alle isoforme corrisponde alle lettere AC (per adenilato ciclasi) e un numero da 1 a 9 (AC1 - AC9). Sono state anche segnalate due varianti dell'enzima AC8.

Le isoforme presenti in questi animali sono omologhe rispetto alla sequenza della struttura primaria dei loro siti catalitici e alla struttura tridimensionale. L'inclusione di uno di questi enzimi all'interno di ciascun "tipo" è principalmente correlata ai meccanismi regolatori che operano su ciascuna isoforma.

Hanno modelli di espressione che sono spesso tessuto-specifici. Tutte le isoforme possono essere trovate nel cervello, sebbene alcune siano limitate ad aree specifiche del sistema nervoso centrale.

Caratteristiche

La funzione principale degli enzimi appartenenti alla famiglia delle Adenilate Ciclasi è quella di trasformare l'ATP in AMP ciclico e per questo catalizzano la formazione di un legame diestere intramolecolare 3'-5 '(reazione simile a quella catalizzata dalle DNA polimerasi). con il rilascio di una molecola di pirofosfato.

Nei mammiferi, le diverse varianti ottenibili sono state correlate alla proliferazione cellulare, dipendenza da etanolo, plasticità sinaptica, dipendenza da farmaci, ritmo circadiano, stimolazione olfattiva, apprendimento e memoria.

Alcuni autori hanno suggerito che le adenilate ciclasi possono avere una funzione aggiuntiva come molecole trasportatrici o, ciò che è lo stesso, proteine ​​del canale e trasportatori ionici.

Tuttavia, queste ipotesi sono state testate solo in base alla disposizione o topologia dei segmenti transmembrana di questi enzimi, che condividono alcune omologie o somiglianze strutturali (ma non sequenza) con alcuni canali di trasporto ionico.

Sia l'AMP ciclico che il PPi (pirofosfato), che sono i prodotti della reazione, hanno funzioni a livello cellulare; ma la loro importanza dipende dall'organismo in cui si trovano.

Regolamento

La grande diversità strutturale tra le adenil ciclasi mostra una grande suscettibilità a molteplici forme di regolazione, che consente loro di integrarsi in una grande varietà di percorsi di segnalazione cellulare.

L'attività catalitica di alcuni di questi enzimi dipende dagli alfa chetoacidi, mentre altri hanno meccanismi regolatori molto più complessi che coinvolgono subunità regolatorie (per stimolazione o inibizione) che dipendono, ad esempio, dal calcio e da altri fattori generalmente solubili, nonché di altre proteine.

Molte adenilate ciclasi sono regolate negativamente da subunità di alcune proteine ​​G (inibiscono la loro funzione), mentre altre esercitano effetti più attivanti.

Riferimenti

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