ADENYLATE CYCLASE: KARAKTERISTIK, JENIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The 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 dari hormon, neurotransmiter, dan molekul pengatur lain yang berbeda sifatnya (ion kalsium divalen dan protein G, untuk beberapa nama).

Diagram siklase Adenylate (Sumber: Akun Bens pengguna di en.wikipedia via Wikimedia Commons)

Pentingnya enzim ini terletak pada pentingnya produk dari reaksi yang dikatalisnya, AMP siklik, karena ia berpartisipasi dalam pengendalian banyak fenomena seluler yang berkaitan dengan metabolisme dan perkembangan, serta respons terhadap rangsangan eksternal yang berbeda.

Di alam, 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.

Pernyataan seperti itu dapat diterima, karena reaksi yang dikatalisis oleh adenilat siklas mudah dibalik, yang dapat dilihat pada konstanta kesetimbangan untuk sintesis ATP (K eq ≈ 2.1 ± 0.2 10 -9 M 2).

Karakteristik dan struktur

Sebagian besar enzim eukariotik adenylate cyclase berhubungan dengan membran plasma, tetapi pada bakteri dan sel sperma mamalia ditemukan sebagai protein yang dapat 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 daerah yang terdiri dari enam domain transmembran konformasi alfa heliks.

Setiap daerah transmembran dipisahkan oleh domain sitosol yang besar, yang bertanggung jawab atas aktivitas katalitik.

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

Situs katalitik

Reaksi yang dikatalisasi oleh enzim-enzim ini, yaitu, pembentukan ikatan diester melalui serangan nukleofilik gugus OH pada posisi 3 'ke gugus fosfat dari nukleosida trifosfat pada posisi 5', bergantung pada motif struktur umum yang dikenal sebagai domain Telapak tangan".

Domain "telapak tangan" ini terdiri dari motif "βαβαβ" ("β" yang berarti lembaran terlipat β dan "α" heliks alfa) dan memiliki dua residu asam aspartat yang tidak berubah-ubah yang mengoordinasikan dua ion logam yang bertanggung jawab. katalisis, yang dapat berupa ion magnesium atau seng divalen.

Banyak penelitian yang berkaitan dengan struktur kuaterner dari enzim ini telah mengungkapkan bahwa unit katalitiknya ada sebagai dimer yang pembentukannya bergantung pada segmen transmembran, yang bergabung dalam retikulum endoplasma selama pembentukan protein.

Lokasi

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

Domain membran ini dapat berdiameter hingga ratusan nanometer dan sebagian besar terdiri dari kolesterol dan sfingolipid dengan rantai panjang asam lemak jenuh, yang membuatnya kurang cairan dan memungkinkan akomodasi segmen transmembran yang berbeda. protein.

Adenylate cyclases juga telah ditemukan terkait dengan subregional rakit lipid yang dikenal sebagai "caveolae" (dari bahasa Inggris "caveolae"), yang merupakan invaginasi dari membran yang kaya kolesterol dan protein yang terkait dengan hal ini yang disebut caveolin.

Jenis

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

- Kelas I: mereka ada 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 di beberapa patogen dari genera bakteri seperti Bacillus atau Bordetella, dimana mereka berfungsi sebagai racun ekstraseluler. Mereka adalah protein yang diaktifkan oleh kalmodulin inang (tidak ada dalam bakteri).

- Kelas III: dikenal sebagai kelas "universal" dan secara filogenetik terkait dengan siklis guanylate, yang menjalankan fungsi serupa. Mereka ditemukan di prokariota dan eukariota, di mana mereka diatur oleh jalur yang berbeda.

Siklus adenilat mamalia

Pada mamalia, setidaknya sembilan jenis enzim ini telah dikloning dan dideskripsikan, dikodekan oleh sembilan gen independen dan termasuk dalam adenyl cyclase kelas III.

Mereka berbagi struktur kompleks dan topologi membran, serta domain katalitik duplikat yang menjadi karakteristiknya.

Untuk mamalia, nomenklatur yang digunakan untuk merujuk pada isoform sesuai dengan huruf AC (untuk adenylate cyclase) 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 katalitiknya dan struktur tiga dimensinya. Dimasukkannya salah satu enzim ini dalam setiap "jenis" terutama terkait dengan mekanisme pengaturan yang beroperasi pada setiap isoform.

Mereka memiliki pola ekspresi yang seringkali spesifik pada 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 enzim tersebut mengkatalisasi pembentukan ikatan diester 3'-5 'intramolekul (reaksi yang mirip dengan yang dikatalisis oleh DNA polimerase). dengan pelepasan 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 adenylate cyclases mungkin memiliki fungsi tambahan sebagai molekul pengangkut atau, yang sama, protein saluran dan pengangkut ionik.

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

AMP siklik dan PPi (pirofosfat), yang merupakan produk reaksi, memiliki fungsi pada tingkat sel; tetapi kepentingannya bergantung pada organisme tempat mereka berada.

Peraturan

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

Aktivitas katalitik dari beberapa enzim ini bergantung 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-faktor yang umumnya dapat larut lainnya, serta dari protein lain.

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

Referensi

1. Cooper, DMF (2003). Regulasi dan pengorganisasian adenylyl cyclases dan cAMP. Jurnal Biokimia, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylyl cyclases dan interaksi antara kalsium dan pensinyalan cAMP. Alam, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Filogeni Siklus Adenil. Kemajuan dalam Penelitian Second Messenger dan Phosphoprotein, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Peraturan dan Peran Adenylyl Cyclase Isoforms. Ann. Rev Pharmacol. Toksikol. , 41, 145-174.
5. Linder, U., & Schultz, JE (2003). Kelas III adenylyl cyclases: modul pensinyalan multiguna. Pensinyalan Seluler, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenylyl Cyclases. Sel, 70, 669-672.