Struktur
Diesen second messenger kennen Sie bestimmt schon aus dem Biologie-Unterricht der gymnasialen Oberstufe. Wir wollen uns zunächst einmal anschauen, wie cAMP aussieht:
cAMP
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: Public domain
Hier sehen wir die Strukturformel des cAMP-Moleküls. Interessant ist hier, dass die Phosphatgruppe (unten links) durch zwei (!) kovalente Bindungen mit dem Zucker Ribose verbunden ist. Es entsteht also eine neue Ringstruktur aus drei C-Atomen, zwei O-Atomen und einem P-Atom. Diese Ringstruktur gibt der Verbindung den Namenszusatz "cyclisches". Die Ribose ist - wie bei der Stammform ATP - mit einem Adeninrest verbunden. Und da nur eine Phosphatgruppe im Molekül vorhanden ist, erklärt das auch den Namensbestandteil "mono" - cylisches Adenosinmonophosphat oder kurz cAMP.
Auf der cAMP-Seite im DocCheck Flexikon finden Sie ein mit der Maus oder dem Finger drehbares Modell des cAMP-Moleküls. Probieren Sie es aus!
Synthese
Das cyclische Adenosinmonophosphat cAMP wird aus Adenosintriphosphat ATP hergestellt, und zwar vom Enzym Adenylatcyclase. Betrachten wir dazu die Reaktion etwas näher:
Die Bildung von cAMP aus ATP
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: Public domain
Als Nebenprodukt entsteht Pyrophosphat (PPi). Es gibt in den Zellen der Vertebraten und Invertebraten viele verschiedene Varianten des Enzyms Adenylatcyclase (Isoenzyme = Enzyme mit abweichender Aminosäuresequenz, aber gleicher Funktion). Einige dieser Isoenzyme setzen bis zu 100 ATP-Moleküle pro Sekunde zu cAMP und PPi um.
Aktivierung / Hemmung der Adenylatcyclasen
Die Adenylatcyclasen werden normalerweise durch bestimmte G-Proteine aktiviert, nämlich durch G-Proteine der Klasse Gas. Das "a" steht für die alpha-Einheit des G-Proteins, das "s" für stimulierend.
Es gibt aber auch G-Proteine, die in der Lage sind, Adenylatcyclasen zu hemmen. Diese G-Proteine gehören dann zur Klasse Gai. Das "a" steht wieder für die alpha-Einheit, das "i" steht für "inhibitorisch" (also hemmend).
Auf dieser Lexikonseite erfahren Sie mehr über die Adenylatcyclasen.
Außerdem können Adenylatcyclasen und somit die cAMP-Bildung durch Adenosin gehemmt werden, das ja auch Bestandteil von cAMP ist.
Abbau von cAMP
Die cAMP-Konzentration in der Zelle unterliegt einer strikten Regulation, der cAMP-Level muss auf einer niedrigen Konzentration gehalten werden, damit das Molekül überhaupt als second messenger arbeiten kann. Das von der Adenylatcyclase gebildete cAMP muss also schnell wieder abgebaut werden, wenn es "seine Schuldigkeit getan hat". Diese Aufgabe übernimmt das Enzym Phosphodiesterase.
Die Hydrolyse von cAMP zu AMP durch die Phosphodiesterase
Autor: Ulrich Helmich 11/2023, Lizenz: siehe Seitenende
Als Endprodukt des cAMP-Abbaus entsteht AMP, also das bekannte Adenosinmonophosphat.
Funktion von cAMP
Eine der Hauptfunktionen von cAMP ist die Aktivierung bestimmter Proteinkinasen, nämlich von Proteinkinasen des Typs A (Proteinkinase A, PKA).
Quellen:
- Alberts, Bruce et al. Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie, 5. Auflage, Weinheim 2021.
- Alberts et al. Molekularbiologie der Zelle, 6. Auflage, Weinheim 2017.
- Berg, Tymoczko, Gatto jr., Stryer: Stryer Biochemie, 8. Auflage, Springer Berlin Heidelberg 2018.
- Nelson, Cox: LEHNINGER Principles of Biochemistry. Macmillan Learning, New York 2021.
- Lodish et al. Molecular Cell Biology, New York 2004
- Plattner, Hentschel. Zellbiologie, 5. Auflage. Stuttgart 2017.