Adenülaadi tsüklaas

Adenülaadi tsüklaas (inglise keeles adenylyl cyclase, rahvusvaheline lühend AC) on lüaaside klassi kuuluva ensüümiperekonna liige, mis katalüüsib rakkudes tsüklilise adenosiinmonofosfaadi (cAMP) teket adenosiintrifosfaadist. Rahvusvahelises ensüümide nomenklatuuris kuuluvad adenülaadi tsüklaasid klassi EC 4.6.1.1. 

 Klassifikatsioon 
Kuna cAMP on looduses üsna universaalne sekundaarne virgatsaine ning esineb kõikides elusorganismides, leidub kõigis rakkudes ka adenülaadi tsüklaase – eri organismide adenülaadi tsüklaasid on aga sarnasele funktsioonile vaatamata struktuurilt väga erinevad. Seepärast eristatakse järgmisi adenülaadi tsüklaaside klasse: 

 klass I leidub põhiliselt kolibakterites;
 klassi II kuuluvad mitmete patogeensete bakterite (nt Pseudomonas aeruginosa, Vibrio vulnificus) toksiinid, mida bakterid sekreteerivad organismi infektsiooni ajal ning mis on suutelised läbima infitseeritud organismis rakumembraane ja mõjutama rakusiseseid signaaliradu;
 klassi III esindajad leiduvad nii mitmetes eukarüootides (sh inimeses) kui grampositiivsetes prokarüootides (nt Kochi kepikestes);
 teistesse klassidesse kuuluvad adenülaadi tsüklaasid leiduvad üksikutes organismides – näiteks Aeromonas hydrophila bakterites ja katkubakterites (AC klass IV), Prevotella ruminicola bakterites (AC klass V) ning mügarbakterites (AC klass VI).

pisi|Põrnatõvebatsilli adenülaadi tsüklaas, mis kuulub AC klassi II. Valk on homotrimeerne ehk moodustub kolmest identsest alaühikust. Kristallstruktuuri koordinaadid: PDB 1PK0.
Allpool vaadeldakse adenülaadi tsüklaasi alatüüpe ja rolle inimorganismi kontekstis. Tsüklilise AMP tekke katalüsaatorina on adenülaadi tsüklaasid seotud mitmete eluoluliste protsessidega nii raku kui terve organismi tasandil. Näiteks geeniekspressiooni käivitamine cAMP-sõltuva proteiinkinaasi või efektorvalgu Epac kaudu vahendab mitmete hormoonide (sh luteiniseeriv hormoon, glükagoon, melanokortiinid) ja virgatsainete (sh dopamiin, serotoniin) signaaliradu.
vasakul|pisi|364x364px|TmAC skemaatiline joonis (ensüüm on näidatud rohelisena ja rakumembraan hallina). Tähistatud on membraani läbivad (ingl k transmembrane) ja tsütoplasmas paiknevad katalüütilised domeenid (ingl k cytoplasmic) ning valgu N-terminaal.

 AC transmembraansed alatüübid 
Inimese genoom kodeerib kokku 9 transmembraanset adenülaadi tsüklaasi (tmAC), mis ekspresseeruvad eri määral organismi eri kudedes. Kõigi tmAC-de ruumiline struktuur on sarnane: need sisaldavad kaht hüdrofoobset domeeni ning kaht katalüütilist domeeni. Hüdrofoobsed domeenid moodustuvad alfaheeliksitest, mis läbivad rakumembraani; katalüütilised domeenid vastutavad ensümaatilise funktsiooni eest, kusjuures mõlema katalüütilise domeeni olemasolu on cAMP tootmiseks hädavajalik.
pisi|G-valkudega seotud retseptorid (GPCR) võivad olenevalt G-valgu alatüübist adenülaadi tsüklaasi aktiivsust kas tõsta või langetada. Pildil on GPCR näitena kasutatud inimese koorioni gonadotropiini retseptorit.
TmAC aktiveerumise klassikaline mudel on seotud raku reageerimisega väliskeskkonnast saabunud impulsile, millele reageerib mõni Gαs-valguga seotud retseptor. Aktiveerunud retseptorilt dissotsieerunud Gαs-tüüpi valk seondub tmAC-ga ning muudab viimases katalüütiliste domeenide asendit teineteise suhtes, soosides kokkuvõttes katalüüsi. Gαi-valguga seotud retseptorid on aga suutelised blokeerima tmAC aktiivsuse baastaset: sel juhul takistab Gαi-tüüpi valgu seondumine tmAC katalüütiliste domeenide omavahelisi vastastikmõjusid. Nii Gαs kui ka Gαi toime adenülaadi tsüklaasile on aga ajutine, kuna seondumine tmAC-ga stimuleerib G-valkudele omast GTP-aasset aktiivsust ning GTP hüdrolüüsiga kaasneb G-valgu inaktiveerumine ja algse olukorra taastumine rakus.

Lisaks klassikalistele mehhanismidele saavad eri tüüpi tmAC aktiivsust reguleerida veel kahevalentsed katioonid (nt Ca2+ või Zn2+) ning fosforüülimine. Näiteks kaltsiumi- ja kalmoduliinsõltuva proteiinkinaaside perekonna CaMKII poolt vahendatud tmAC fosforüülimine on oluline sünapside kestva tugevnemise jaoks, mis omakorda tagab närviraku tasandil õppimise ja mälu toimimisega seotud protsesse.

Fundamentaalteaduslikes uuringutes kasutatakse tmAC aktiveerimiseks laialdaselt diterpeeni forskoliini, mida looduslikult toodavad õistaimed Coleus barbatus. Foskoliin läbib rakumembraani ning selle mikromolaarne kontsentratsioon aktiveerib peaaegu kõiki tmAc alatüüpe, välja arvatud AC9.

Kaudselt võib tmAC aktivaatorina vaadelda ka läkaköha bakteri Bordetella pertussis toksiini. Toksiin siseneb rakku endotsütoosi teel ning katalüüsib Gαi-tüüpi valkude translatsioonijärgset modifitseerimist (ADP-ribosüülimine). Tulemusena ei suuda Gαi-tüüpi valgud moodustada vastastikmõjusid retseptoritega ning lukustuvad mitteaktiivsesse olekusse, suutmata realiseerida oma inhibeerivat toimet tmAC-dele rakus.
pisi|Lahustuva adenülaadi tsüklaasi struktuur. Homotrimeeri alaühikud on näidatud eri värvidega. Kristallstruktuuri koordinaadid: PDB 4CLW.

 AC lahustuv alatüüp 
Inimese genoom kodeerib ainult ühte lahustuvat ehk tsütosoolset adenülaaditsüklaasi (AC10), mida erialases kirjanduses tähistatakse sageli sAC (s tuleneb ingliskeelsest soluble). Struktuuri poolest on tmAC ja sAC katalüütilised domeenid sarnased, kuid sAC ei sisalda hüdrofoobseid domeene ning seepärast ei ole seotud ka rakumembraaniga. Erinevalt tmAC-dest on sAC tundetu Gαs ja Gαi-tüüpi valkude ning forskoliini suhtes ning sAC aktivaatoriteks on hoopis vesinikkarbonaatioonid ja kaltsiumiioonid.

Tundlikkus vesinikkarbonaadi suhtes seob sAC aktiivsust vahetult veres esineva karbonaatpuhvri süsteemiga, mis osaleb vere pH tagamisel. Nii on sAC-l oluline roll ajus neuronite ajutise toimimise tagamisel hapnikuvaeguse tingimustes, mis võib juhtuda näiteks insuldi ajal. Hapnikupuuduse taustal suureneb veres rakulise hingamise tulemusena süsihappegaasi sisaldus ning seega ka vesinikkarbonaadi sisaldus; viimane aktiveerib astrotsüütides sAC-d ning seeläbi cAMP tootmist. Astrotsüütides on cAMP rada seotud muuhulgas varuaine glükogeeni lagundamisega laktaadiks; moodustunud laktaat levib difusiooni teel neuronitesse, mis saavad seda kasutada ajutise energiaallikana.

 Viited 

Kategooria:Ensüümid