Аденилатциклаза: общие сведения


ATP PYROPHOSPHATE-LYASE (CYCLIZING) (ADENYLATE CYCLASE; ADENYLYLCYCLASE; ADENYL CYCLASE; 3',5'-CYCLIC AMP SYNTHETASE)

Катализирует образование

cAMP : ATP = 3',5'-CYCLIC AMP + PYROPHOSPHATE (ALSO ACTS ON DATP TO FORM 3',5'-CYCLIC DAMP.REQUIRES PYRUVATE. ACTIVATED BY NAD('+) IN PRESENCE OF EC 2.4.2.31 )

Рекомендуемое название - аденилатциклаза. Другие названия - аденилилциклаза, аденилциклаза, 3',5'-cAMP-синтетаза. Систематическое название - ATP-пирофосфат-лиаза (циклизующая). Катализируемая реакция:

ATP=cAMP+PPi Аденилатциклаза трансмембранный белок, часть полипептидной цепи котоpого находится на внешней поверхности мембраны [ Krupinski J.,1989 ].

Аденилатциклаза (аденилциклаза) - фермент класса лиаз. Содержится в цитоплазматических мембранах клеток.  Активируется некоторыми гормонами.

Аденилатциклазы  катализируют синтез цАМФ , вездесущего и, возможно, самого важного вторичного мессенджера в клетках животных. Наиболее существенная роль цАМФ состоит в активации цАМФ- зависимых протеинкиназ ( РКА ). Будучи активирован этот мультимерный фермент фосфорилирует (при участии АТФ) тот или иной из множества биологически активных белков, представленных в клетке - ферментативных, рецепторных и канальных белков, ядерных гистонов, факторов транскрипции и т.д. Фосфорилируются, как правило, сериновые, треониновые или тирозиновые остатки, что приводит либо к ингибированию (ср. упомянутую выше десенситизацию G-белок-связанных рецепторов), либо активации белка. Последующее дефосфорилирование, восстанавливающее исходное состояние, обеспечивается одним из множества фосфатазных ферментов циитозоля. Молекулярно-биологическими методами показано существование в клетках млекопитающих по крайней мере шести различных аденилатциклаз. Все они имеют молекулярную массу около 120 - 130 кДа, а исследование их гидрофобной части показывает наличие 12 трансмембранных сегментов. 

Шесть циклаз различаются по чувствительности к бета-гамма-комплексу G-белков и к Са2+-связывающему белку кальмодулину . Аденилатциклаза типа 1 , например, стимулируется Са2+-кальмодулином и ингибируется бета-гамма- димером, тогда как аденилатциклаза типа 2 не реагирует на первый и стимулируется вторым.

Генетические [ Livingtone M.S.,1984 ] и биохимические [ Pfeuffer E.,1985 ; Mollner S.,1989 ; Smigel M.D.,1986 ; Minocherhomjee A.M.,1987 ] данные показали,что гормон-зависимая аденилатциклаза в тканях млекопитающих существует в множественных формах (по крайней мере в трех), отличающихся между собой по молекулярным массам, аминокислотной последовательности и чувствительности к гормонам, Ca2+, калмодулину и кардиоактивному дитерпену- форскалину .

В тканях мозга быка содержится две формы аденилатциклазы:

основная ( тип 1 ), имеющая молекулярную массу 115-120 кДа [ Smigel M.D.,1986 ] и способная активироваться калмодулин ом.

Вторая форма ( тип II ) не чувствительна к калмодулину и локализованная, в основном, в печени , легких и сердце быка и кролика [ Mollner S.,1989 ] имела молекулярную массу 150 кДа.

Третья форма аденилатциклазы ( тип III ) обнаружена в обонятельных ресничках [ Pfeuffer E.,1989 ] и имела молекулярную массу 180 кДа, не чувствительна к калмодулину. число оборотов фермента типа III в 3 раза выше по сравнению с ферментом типа I. Содержание фермента типа III в мембранах обонятельных ресничек в 100 раз выше, чем типа I в обычных миокардиомембранах [ Pfeuffer E.,1989 ]. В обонятельных тканях не обнаружено аденилатциклазы типа I [ Pfeuffer E.,1989 ]. Однако мРНК аденилатциклазы типа III выражалась не только в обонятельных тканях, она обнаружена в мозге , спинном мозге , мозговом слое надпочечников , сетчатке глаза , предсердии , аорте, легких [ Xio Z.,1992 ].

Фермент типа III входит в аденилатциклазную систему, чувствительную к многим одорантам [ Pace U.,1985 ] и содержащую специфический G-белок - Golf [ Jones D.T.,1989 ].

Аденилатциклаза типа I является гликопротеином [ Krupinski J.,1989 ], фермент типа III содержал два дополнительных участка глюкозилирования [ Bakalayar H.A.,1990 ]. Обработка последнего в неочищенных экстрактах глюкозидазами снижало молекулярную массу от 180 кДа до 129 кДа [ Bakalayar H.A.,1990 ].

Из семенников крысы выделена растворимая форма аденилатциклазы , неактивируемая гормонами, гуаниновыми нуклеотидами и холерным токсином [ Stengel D.,1981 ], слабо активируемая аналогом CTP-Cpp (NH)p- (гуанилилимидодифосфатом) и имеющая молекуляную массу 57 кДа [ Neer E.J.,1988 ].

Для проявления активности аденилатциклазы необходимо присутствие ионов двухвалентных металлов: Mg2+, Mn2+или Co2+ Фермент мог использовать в качестве субстрата ATP и dATP с образованием cAMP и cdAMP Другие нуклеозидтрифосфаты (TTP, CTP, YTP и dTTP) в определенной степени являлись ингибиторами фермента. Активность фермента чувствительна к присутствию SH-реагентов [ Perkin J.L.,1973 ].

Регуляция активности аденилатциклазы сложна и многообразна и включает как внеклеточные так и внутриклеточные сигналы. Регуляция активности аденилатциклазы вследствие воздействия на клетку внешнего сигнала (гормонов, простогландинов, нейротрансмиттеров) осуществляется через специфические рецепторы , взаимодействуя с одним или более из семейства  , изменяют их конформацию, которые, в свою очередь, в присутствии GTP активируют непосредственно каталитическую единицу аденилатциклазы [Gilman A.G.,1989] . Два типа лигандов контролируют активность фермента: активирующие гормоны и нейротрансмиттеры, связывающиеся с соответствующими рецепторами и активирующие фермент через Gsa и ингибирующие гормоны и нейротрансмиттеры, связывающиеся с ингибиторными рецепторами и ингибирующие фермент через Gia [Gilman A.G.,1989; Levitzki A.,1986]. Молекулярный механизм регуляции активности фермента в аденилатциклазной системе см. G-белки .

GTP и его негидролизуемые аналоги, гуанилилимидодифосфат (Cpp(NH)p), гуанозин-5'-0-3-тиотрифосфат (GTP-гамма-S), стабилизирующие фермент, активируют аденилатциклазу через G-белки и могут являться конкурентным ингибитором субстрата [Северин Е.С.,1985]. Кардиоактивный дитерпан-форскалин непосредственно взаимодействует с ферментом вызывая его активацию [Seamon K.,1981].

Простагландины модулируют активность аденилатциклазы что выражается, например, в регуляции агрегации тромбоцитов или ингибировании действия антидиуретического гормона в почках .

Передача гормональных сигналов: аденилатциклазный путь