腺苷酸环化酶
腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，adenyl cyclase，adenylyl cyclase，缩写AC），EC 4.6.1.1，系统名称为 ATP二磷酸裂解酶，是一种参与已知所有细胞调控的关键酶，位于细胞膜内侧[2]。其催化以下反应：
- 腺苷三磷酸（ATP） = 3'，5'–环腺苷一磷酸 （3′,5′-cyclic AMP）+ 二磷酸（diphosphate）
这一反应通常需要镁离子的参与。
腺苷酸环化酶在几乎所有细胞中都发挥关键的调控作用。
腺苷酸环化酶是一种多系性的酶：已知六种不同的类型，它们均催化相同的反应，但是基因家族是不相关的，没有已知的序列或结构同源性。[3]最广为人知的腺苷酸环化酶类型是 III 类或 AC-III。AC-III 广泛存在于真核生物中，在许多人体组织中发挥重要作用。[4]
分类
[编辑]I 类
[编辑]第一类腺苷酸环化酶存在于许多细菌中，包括大肠杆菌。[4]这是第一类被表征的腺苷酸环化酶。观察发现，缺乏葡萄糖的大肠杆菌会产生cAMP，它作为内部信号激活基因表达，使大肠杆菌摄取和代谢其他糖类。cAMP 通过结合转录因子CRP（cAMP受体蛋白）发挥这种作用。
对于第一类腺苷酸环化酶，目前已知其具有催化活性的部分位于N端，需要两个镁离子来产生催化活性。S103，S113，D114，D116和W118为五个必须的氨基酸残基。通过将其序列与古菌的CCA tRNA核苷酸转移酶进行比较，我们可以将其氨基酸与不同的功能进行对应，包括γ-磷酸盐结合，蛋白质结构的稳定，与金属离子的结合以及与核糖的结合[5]。
II 类
[编辑]是炭疽杆菌、百日咳杆菌、铜绿假单胞菌和创伤弧菌等致病菌在感染过程中分泌的毒素。[6]这些细菌还分泌其他蛋白质，使AC-II能够进入宿主细胞。外源性AC会破坏正常的细胞过程。这一类AC的基因被称为cyaA，其中之一是炭疽毒素。
III 类
[编辑]这一类腺苷酸环化酶是最常见的。这类腺苷酸环化酶在人体细胞的信号传输中发挥重要作用，它们也存在于某些细菌中。它们在人类健康和发病机制中起到重要作用。大多数 AC-III 都是整合蛋白，参与将细胞外信号转化为细胞内反应。1971年，Earl Sutherland因发现AC-III在肝脏中的重要作用而获得诺贝尔奖。在肝脏中，肾上腺素间接地刺激AC，在启动“战斗或逃跑”反应后，调动储存的能量。具体来说，肾上腺素通过G蛋白信号通路，将信号从胞外跨膜传递到胞内。肾上腺素与受体结合后，受体将信号传递给G蛋白，G蛋白再将信号传递给腺苷酸环化酶。腺苷酸环化酶可以将腺苷三磷酸ATP环化成重要的第二信使分子cAMP[7]。
环磷酸腺苷是真核细胞信号转导中的重要分子，即所谓的第二信使。腺苷酸环化酶通常由G蛋白激活或抑制。G蛋白与膜受体偶联，因此可以对激素或其他刺激作出反应。腺苷酸环化酶活化后，产生的cAMP充当第二信使，与其他蛋白质（如蛋白激酶A和环核苷酸门控离子通道）相互作用并进行调节。
大部分III类腺苷酸环化酶是具有12个跨膜片段的跨膜蛋白。该蛋白在6个跨膜片段后具有一个胞质结构域C1，随后是另外6个跨膜片段，最后是另一个胞质结构域C2。其中，主要发挥功能的片段是N端以及C1、C2两个结构域。C1a和C2a两个亚结构域同源，它们会形成一个分子内的“二聚体”并共同构成活性位点。在许多细菌中，AC-III只有前述例子的一半长，只包含6个跨膜片段和1个胞质结构域，但这些生物中的两个AC-III会形成与动物中的AC-III类似的二聚体，从而展现出活性[8]。
IV 类、V 类和VI 类
[编辑]这些腺苷酸环化酶都在一些细菌中被发现。
功能
[编辑]很多细胞外信号都通过G蛋白偶联受体影响腺苷酸环化酶的活性，进而改变细胞内的一种第二信使——环腺苷酸（cAMP）的浓度。通常来说，当G蛋白被激活后，活化的G蛋白α亚基激活腺苷酸环化酶，使细胞内环腺苷酸的浓度迅速增加，[9]进而引起一系列反应。例如在肾上腺素促进肌肉细胞中糖原降解的信号通路中，cAMP浓度的增加激活蛋白激酶A（PKA），进而促进糖原的磷酸化、抑制糖原合成。
细胞中存在环腺苷酸磷酸二酯酶，它能够迅速地将环腺苷酸水解为单磷酸腺苷。因此，cAMP具有非常短的反应时间。
参考文献
[编辑]- ^ G Proteins （页面存档备份，存于互联网档案馆）. PDB-101.
- ^ Sodeman W, Sodeman T. Physiologic- and Adenylate Cyclase-Coupled Beta-Adrenergic Receptors. Sodeman's Pathologic Physiology: Mechanisms of Disease. W B Saunders Co. 2005: 143–145. ISBN 978-0721610108.
- ^ Sadana R, Dessauer CW. Physiological roles for G protein-regulated adenylyl cyclase isoforms: insights from knockout and overexpression studies. Neuro-Signals. 2009, 17 (1): 5-22. doi:10.1159/000166277.
- ^ 4.0 4.1 Zhang G, Liu Y, Ruoho AE, Hurley JH. Structure of the adenylyl cyclase catalytic core. Nature. 1997, 386 (6622): 247–253. doi:10.1038/386247a0.
- ^ Linder, Jürgen U. Structure–function relationships in Escherichia coli adenylate cyclase. Biochemical Journal. 2008-11-01, 415 (3) [2025-12-01]. ISSN 0264-6021. doi:10.1042/BJ20080350 （英语）.
- ^ Ahuja N, Kumar P, Bhatnagar R. The adenylate cyclase toxins. Critical Reviews in Microbiology. 2004, 30 (3): 187-196. doi:10.1080/10408410490468795.
- ^ Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. Biology 6th ed. San Francisco: Benjamin Cummings. 2002. ISBN 978-0-8053-6624-2.
- ^ Linder, Jürgen U.; Schultz, Joachim E. The class III adenylyl cyclases: multi-purpose signalling modules. Cellular Signalling. 2003-12, 15 (12) [2025-12-01]. doi:10.1016/S0898-6568(03)00130-X （英语）.
- ^ Alberts, Bruce. Essential Cell Biology. 2013.
外部链接
[编辑]- 醫學主題詞表（MeSH）：Adenylate+cyclase
- Interactive 3D views of Adenylate cyclase at Proteopedia Adenylyl_cyclase