cAMP

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.

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 (PP_i). 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 PP_i um.

Aktivierung / Hemmung der Adenylatcyclasen

Die Adenylatcyclasen werden normalerweise durch bestimmte G-Proteine aktiviert, nämlich durch G-Proteine der Klasse G_as. 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 G_ai. Das "a" steht wieder für die alpha-Einheit, das "i" steht für "inhibitorisch" (also hemmend).

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).