La l'adénylate cyclase ou alors adényl cyclase est l'enzyme responsable de la conversion de l'ATP, une molécule à haute énergie, en AMP cyclique, une molécule de signalisation importante qui active diverses protéines AMP cycliques dépendantes avec des fonctions physiologiques importantes.
Son activité est contrôlée par divers facteurs tels que, par exemple, l'action concertée d'hormones, de neurotransmetteurs et d'autres molécules régulatrices de nature différente (ions calcium divalents et protéines G, pour n'en citer que quelques-uns)..
L'importance principale de cette enzyme réside dans l'importance du produit de la réaction qu'elle catalyse, l'AMP cyclique, car elle participe au contrôle de nombreux phénomènes cellulaires liés au métabolisme et au développement, ainsi qu'à la réponse à différents stimuli externes..
Dans la nature, les organismes unicellulaires (relativement simples) et les animaux multicellulaires grands et complexes utilisent l'AMP cyclique comme second messager, et donc les enzymes qui le produisent..
Des études phylogénétiques établissent que ces enzymes dérivent d'un ancêtre commun avant la séparation des eubactéries et des eucaryotes, suggérant que l'AMP cyclique avait des fonctions différentes, peut-être liées à la production d'ATP..
Il est possible d'accepter une telle affirmation, car la réaction catalysée par l'adénylate cyclase est facilement réversible, ce qui peut être noté à la constante d'équilibre pour la synthèse d'ATP (Keq ≈ 2,1 ± 0,2 10-9 Mdeux).
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La plupart des enzymes adénylate cyclase eucaryotes sont associées à la membrane plasmique, mais dans les bactéries et les spermatozoïdes de mammifères, elles se trouvent sous forme de protéines solubles dans le cytosol.
Dans la levure et certaines bactéries, ce sont des protéines membranaires périphériques, tandis que dans certaines espèces d'amibes, ce sont des molécules avec un seul segment transmembranaire.
Ce sont des protéines composées de grandes chaînes polypeptidiques (de plus de 1000 résidus d'acides aminés), qui traversent la membrane plasmique 12 fois à travers deux régions composées de six domaines transmembranaires de conformation en hélice alpha..
Chaque région transmembranaire est séparée par un grand domaine cytosolique, qui est responsable de l'activité catalytique..
Parmi les organismes eucaryotes, il existe des motifs conservés dans un fragment de la région amino-terminale de ces enzymes, ainsi qu'un domaine cytoplasmique d'environ 40 kDa, qui est délimité par les sections hydrophobes.
La réaction que ces enzymes catalysent, c'est-à-dire la formation d'une liaison diester par une attaque nucléophile du groupe OH en position 3 'au groupe phosphate du nucléoside triphosphate en position 5', dépend d'un motif structurel commun connu sous le nom de domaine Palm ".
Ce domaine de "palmier" est composé d'un motif "βαβααβ"(" Β "signifiant les feuilles pliées en β et" α "les hélices alpha) et possède deux résidus d'acide aspartique invariants qui coordonnent les deux ions métalliques responsables de la catalyse, qui peuvent être des ions magnésium ou magnésium divalents. Zinc.
De nombreuses études liées à la structure quaternaire de ces enzymes ont révélé que leur unité catalytique existe sous la forme d'un dimère dont la formation dépend des segments transmembranaires, qui se rejoignent dans le réticulum endoplasmique lors de la formation de la protéine..
Se ha determinado que al igual que muchas proteínas integrales de membrana, como el caso de las proteínas G, aquellas con anclas de fosfatidilinositol y muchas otras, las adenilciclasas se encuentran en regiones o micro dominios especiales de membrana conocidos como “balsas lipídicas” (del Anglais "Radeau lipidique").
Ces domaines membranaires peuvent atteindre des centaines de nanomètres de diamètre et sont composés principalement de cholestérol et de sphingolipides avec des chaînes d'acides gras longues et majoritairement saturées, ce qui les rend moins fluides et permet l'accommodation de segments transmembranaires de différentes protéines.
Des adénylates cyclases ont également été trouvées associées à des sous-régions de radeaux lipidiques connus sous le nom de "cavéoles" (de l'anglais "cavéoles "), qui sont plutôt des invaginations de la membrane riche en cholestérol et d'une protéine qui lui est associée appelée cavéoline.
Dans la nature, il existe trois classes bien définies d'adénylate cyclase et deux qui font actuellement l'objet de discussions..
- Classe I: ils sont présents dans de nombreuses bactéries Gram-négatives telles que E. coli, par exemple, lorsque le produit AMP cyclique de la réaction a des fonctions de ligand pour les facteurs de transcription responsables de la régulation des opérons cataboliques.
- Classe II: trouvé dans certains agents pathogènes de genres bactériens tels que Bacille ou alors Bordetella, où ils servent de toxines extracellulaires. Ce sont des protéines activées par la calmoduline hôte (absente dans les bactéries).
- Classe III: Ils sont connus comme la classe «universelle» et sont phylogénétiquement liés aux guanylate cyclases, qui remplissent des fonctions similaires. Ils se trouvent à la fois chez les procaryotes et les eucaryotes, où ils sont régulés par différentes voies.
Chez les mammifères, au moins neuf types de ces enzymes ont été clones et décrits, codés par neuf gènes indépendants et appartenant à la classe III adényl cyclase.
Ils partagent des structures complexes et des topologies membranaires, ainsi que des domaines catalytiques en double qui les caractérisent..
Pour les mammifères, la nomenclature utilisée pour désigner les isoformes correspond aux lettres AC (pour l'adénylate cyclase) et un nombre de 1 à 9 (AC1 - AC9). Deux variantes de l'enzyme AC8 ont également été rapportées.
Les isoformes présentes chez ces animaux sont homologues par rapport à la séquence de la structure primaire de leurs sites catalytiques et à la structure tridimensionnelle. L'inclusion d'une de ces enzymes dans chaque «type» est principalement liée aux mécanismes de régulation qui opèrent sur chaque isoforme.
Ils ont des modèles d'expression qui sont souvent spécifiques aux tissus. Toutes les isoformes peuvent être trouvées dans le cerveau, bien que certaines soient limitées à des zones spécifiques du système nerveux central.
La fonction principale des enzymes appartenant à la famille des adénylates cyclases est de transformer l'ATP en AMP cyclique et pour cela elles catalysent la formation d'une liaison intramoléculaire 3'-5 'diester (réaction similaire à celle catalysée par les ADN polymérases). Avec la libération d'une molécule de pyrophosphate.
Chez les mammifères, les différentes variantes réalisables sont liées à la prolifération cellulaire, à la dépendance à l'éthanol, à la plasticité synaptique, à la pharmacodépendance, au rythme circadien, à la stimulation olfactive, à l'apprentissage et à la mémoire..
Certains auteurs ont suggéré que les adénylate cyclases pourraient avoir une fonction supplémentaire en tant que molécules de transport ou, ce qui est la même chose, des protéines de canal et des transporteurs ioniques..
Cependant, ces hypothèses n'ont été testées que sur la base de l'agencement ou de la topologie des segments transmembranaires de ces enzymes, qui partagent certaines homologies ou similitudes structurelles (mais pas de séquence) avec certains canaux de transport d'ions..
L'AMP cyclique et le PPi (pyrophosphate), qui sont les produits de la réaction, ont des fonctions au niveau cellulaire; mais leur importance dépend de l'organisme où ils se trouvent.
La grande diversité structurelle parmi les adényl cyclases démontre une grande sensibilité à de multiples formes de régulation, ce qui leur permet de s'intégrer dans une grande variété de voies de signalisation cellulaire..
L'activité catalytique de certaines de ces enzymes dépend des alpha-cétoacides, tandis que d'autres ont des mécanismes de régulation beaucoup plus complexes qui impliquent des sous-unités de régulation (par stimulation ou inhibition) qui dépendent, par exemple, du calcium et d'autres facteurs généralement solubles, ainsi que d'autres protéines.
De nombreuses adénylate cyclases sont régulées négativement par des sous-unités de certaines protéines G (inhibent leur fonction), tandis que d'autres exercent des effets plus activateurs.
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