腺苷酸环化酶

腺苷酸环化酶（，adenyl cyclase，adenylyl cyclase，缩写AC），，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。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。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。


 分类 

 I 类 
第一类腺苷酸环化酶存在于许多细菌中，包括大肠杆菌。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。

 II 类 
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。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 
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。

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。

 IV 类、V 类和VI 类 
这些腺苷酸环化酶都在一些细菌中被发现。

 功能 
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，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 

外部链接

 Interactive 3D views of Adenylate cyclase at 

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