ADENILAT CICLASA: CARACTERÍSTIQUES, TIPUS, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

La adenilat ciclasa o adenilciclasa és l'enzim responsable de la conversió d'ATP, una molècula d'alta energia, en AMP cíclic, una important molècula senyalitzadora que activa diverses proteïnes AMP cíclic-dependents amb importants funcions fisiològiques.

La seva activitat està controlada per diversos factors com, per exemple, l'acció concertada d'hormones, neurotransmissors i altres molècules reguladores de diferent naturalesa (ions de calci divalents i proteïnes G, per nomenar algunes).

Diagrama de la adenilat ciclasa (Font: User Bensaccount on en.wikipedia via Wikimedia Commons)

La importància principal d'aquest enzim rau en la transcendència del producte de la reacció que catalitza, l'AMP cíclic, ja que participa en el control de molts fenòmens cel·lulars relacionats amb el metabolisme i el desenvolupament, així com amb la resposta a diferents estímuls externs.

A la natura, tant els organismes unicel·lulars (relativament simples) com els grans i complexos animals pluricel·lulars, fan servir l'AMP cíclic com a segon missatger, i per tant als enzims que el produeixen.

Els estudis filogenètics estableixen que aquests enzims deriven d'un ancestre comú previ a la separació de les eubacteris i els eucariotes, el que suggereix que l'AMP cíclic tenia funcions diferents, relacionades potser amb la producció d'ATP.

És possible acceptar aquesta afirmació, ja que la reacció catalitzada per l'adenilat ciclasa és fàcilment reversible, el que pot notar-se en la constant d'equilibri per a la síntesi d'ATP (K eq ≈ 2.1 ± 0.2 10 -9 M 2).

Característiques i estructura

La majoria dels enzims adenilat ciclasa eucariotes estan associades amb la membrana plasmàtica, però en bacteris i en les cèl·lules espermàtiques dels mamífers es troben com proteïnes solubles en el citosol.

En els llevats i alguns bacteris són proteïnes perifèriques de membrana, mentre que en certes espècies d'ameba són molècules amb un sol segment transmembranal.

Característiques estructurals

Són proteïnes compostes per grans cadenes polipeptídiques (de més de 1.000 residus aminoacídics), que travessen la membrana plasmàtica 12 vegades per mitjà de dues regions compostes per sis dominis transmembranales de conformació hèlix alfa.

Cada regió transmembranal està separada per un gran domini citosòlic, que és el responsable de l'activitat catalítica.

Entre els organismes eucariotes hi ha alguns motius conservats en un fragment de la regió amino terminal d'aquests enzims, així com un domini citoplasmàtic d'al voltant de 40 kDa, que està delimitat per les seccions hidrofòbiques.

lloc catalític

La reacció que catalitzen aquests enzims, és a dir, la formació d'un enllaç diéster per mitjà d'un atac nucleofílic de el grup OH en posició 3 'a el grup fosfat de l'nucleòsid trifosfat en posició 5', depèn d'un motiu estructural comú conegut com el domini de "palma".

Aquest domini de "palma" està compost per un motiu "βαβααβ" ("β" volent denotar a les làmines β-plegades i "α" a les hèlixs alfa) i posseeix dos residus d'àcid aspàrtic invariables que coordinen els dos ions metàl·lics responsables de la catàlisi, que poden ser ions divalents de magnesi o de zinc.

Molts estudis relacionats amb l'estructura quaternària d'aquests enzims han revelat que la unitat catalítica de les mateixes existeix com un dímer la formació depèn dels segments transmembranales, que s'ajunten en el reticle endoplasmàtic durant la formació de la proteïna.

localització

S'ha determinat que a l'igual que moltes proteïnes integrals de membrana, com el cas de les proteïnes G, aquelles amb àncores de fosfatidilinositol i moltes altres, les adenilciclasas es troben en regions o micro dominis especials de membrana coneguts com "basses lipídiques" (de l' anglès "lipid raft").

Aquests dominis de membrana poden tenir fins a centenars de nanòmetres de diàmetre i es componen principalment de colesterol i esfingolípids amb cadenes d'àcids grassos predominantment saturats i de gran longitud, el que fa que tinguin una menor fluïdesa i permetin l'acomodi dels segments transmembranales de diferents proteïnes.

Les adenilat ciclasas també s'han trobat associades a subregions de les basses lipídiques conegudes com "caveoles" (de l'anglès "caveolae"), que són més aviat invaginacions de la membrana riques en colesterol i una proteïna associada amb aquest que es denomina caveolina.

tipus

A la natura hi ha tres classes de adenilat ciclasas ben definides i dos que són subjecte actual de discussió.

- Classe I: són presents en molts bacteris Gramnegatives com E. coli, per exemple, on l'AMP cíclic producte de la reacció té funcions com lligant per factors de transcripció encarregats de la regulació dels operons catabòlics.

- Classe II: es troben en alguns patògens de gèneres de bacteris com Bacillus o Bordetella, on serveixen com toxines extracel·lulars. Són proteïnes activades per la calmodulina de l'hoste (absent en bacteris).

- Classe III: es coneixen com la classe "universal" i estan relacionades filogenèticament amb les guanilat ciclasas, que compleixen funcions similars. Es troben tant en procariotes com en eucariotes, on són regulades per vies diferents.

Adenilat ciclasas de mamífers

En els mamífers s'han clonat i descrit a l'almenys nou tipus d'aquests enzims, codificades per nou gens independents i que pertanyen a la classe III de adenilciclasas.

Aquestes comparteixen complexes estructures i tipologies de membrana, així com dominis catalítics duplicats que els són característics.

Per als mamífers, la nomenclatura que s'empra per referir-se a les isoformes correspon a les lletres AC (per adenilat ciclasa) ia un nombre de l'1 a el 9 (AC1 - AC9). S'han reportat, també, dues variants de l'enzim AC8.

Les isoformes presents en aquests animals són homòlogues respecte a la seqüència de l'estructura primària dels seus llocs catalítics ia l'estructura tridimensional. La inclusió d'una d'aquests enzims dins de cada "tipus" es relaciona, principalment, amb els mecanismes de regulació que operen sobre cada isoforma.

Tenen patrons d'expressió que moltes vegades són teixit-específics. En el cervell es poden trobar totes les isoformes, encara que algunes estan restringides a àrees específiques de el sistema nerviós central.

funcions

La funció principal dels enzims pertanyents a la família adenilato ciclasa és la de transformar l'ATP a AMP cíclic i per a això catalitzen la formació d'un enllaç diéster intramolecular 3 '- 5' (reacció similar a la catalitzada per les polimerases de DNA), amb l'alliberament d'una molècula d'pirofosfat.

En els mamífers, les diferents variants que poden aconseguir-se s'han relacionat amb la proliferació cel·lular, la dependència a l'etanol, la plasticitat sinàptica, la dependència de drogues, el ritme circadià, l'estimulació olfactiva, l'aprenentatge i la memòria.

Alguns autors han plantejat que les adenilat ciclasas poden tenir una funció addicional com a molècules transportadores o, el que és igual, proteïnes canal i transportadors iònics.

No obstant això, aquestes hipòtesis només han estat comprovades en funció de l'arranjament o la topologia dels segments transmembranales d'aquests enzims, que comparteix algunes homologies o similituds estructurals (però no de seqüència) amb certs canals transportadors de ions.

Tant l'AMP cíclic com el PPi (pirofosfat), que són els productes de la reacció, tenen funcions a nivell cel·lular; però la seva importància depèn de l'organisme on es trobin.

Regulació

La gran diversitat estructural entre les adenilciclasas demostra una gran susceptibilitat a múltiples formes de regulació, el que els permet integrar-se a gran varietat de rutes de senyalització cel·lulars.

L'activitat catalítica d'algunes d'aquestes enzims depèn d'alfa cetoácidos, mentre que altres posseeixen mecanismes de regulació molt més complexos que involucren subunitats reguladores (per estimulació o inhibició) que depenen, per exemple, de l'calci i d'altres factors generalment solubles, així com d'altres proteïnes.

Moltes adenilat ciclasas estan regulades negativament per subunitats d'algunes proteïnes G (inhibeixen la seva funció), mentre que altres exerceixen efectes més aviat activadors.

referències

1. Cooper, DMF (2003). Regulation and organization of adenylyl cyclases and cAMP. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylyl cyclases and the interaction between calcium and cAMP signalling. Nature, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Phylogeny of Adenylyl Cyclases. Advances in Second Messenger and Phosphoprotein Research, 27, 109-135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Regulation and Role of Adenylyl Cyclase Isoforms. Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol., 41, 145-174.
5. Linder, U., & Schultz, JE (2003). The class III adenylyl cyclases: multi-purpose signalling modules. Cellular Signalling, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenylyl Cyclases. Cell, 70, 669-672.