Helmichs Biologie-Lexikon

Adenylatcyclase

Die Adenylatcyclase ist ein wichtiges Enzym, das aus dem universellen Energieträger ATP den second messenger cAMP (cylisches Adenosinmonophosphat) herstellt.

Adenylatcyclasen (AC) katalysieren die Reaktion von ATP zu cAMP und PPi
Autor: Ulrich Helmich 11/2023, Lizenz: CC BY-NC-SA 4.0

Aktiviert wird die Adenylatcyclase, die auf der Innenseite der Zellmembran sitzt, normalerweise durch ein G-Protein, das seinerseits durch einen Rezeptor in der Zellmembran aktiviert wird. Eine wichtige Rolle bei der Arbeit des Enzyms spielen auch Mg2+-Ionen, die dabei helfen, das Pyrophosphat PPi abzuspalten.

Beispiel Riechprozess

Ein klassisches Beispiel ist der Riechprozess in den Riechsinneszellen. Wenn ein Duftstoff-Molekül an den passenden Rezeptor auf der Membranaußenseite andockt, wird ein G-Protein auf der Membraninnenseite aktiviert. Dieses aktiviert dann die Adenylatcyclase auf der Innenseite, und der second messenger cAMP wird gebildet. Die cAMP-Moleküle setzen sich dann in chemisch gesteuerte Natrium-Kanäle, öffnen diese, so dass Na+-Ionen einströmen und die Zelle depolarisieren.

Text
Bensaccount at English Wikipedia, Public domain, via Wikimedia Commons

Hier sehen wir die Struktur einer Adenylatcyclase. Das Protein besteht aus vier Domänen:

  1. Transmembrandomäne M1 mit sechs α-Helices
  2. Cytoplasmadomäne C1
  3. Transmembrandomäne M2 mit sechs weitern α-Helices
  4. Cytoplasmadomäne C2

Die beiden Abschnitte C1a und C2a sind homolog und bilden ein intramolekulares Dimer, das die aktive Region der Adenylatcyclase darstellt.

Zehn Klassen von Adenylatcyclasen

Beim Menschen gibt es insgesamt zehn verschiedene Klassen von Adenylatcyclasen, die als AC1 bis AC10 bezeichnet werden. In verschiedenen Geweben werden dann unterschiedliche Adenylatcyclasen exprimiert. Die Adenylatcyclase AC1 wird beispielsweise nur im Gehirn und in den Nebennieren gebildet, AC2 in Gehirn, Lunge und Skelettmuskulatur und so weiter (Einzelheiten siehe "Adenylylcyclasen" in der Wikipedia. Auffällig ist, dass im Gehirn fast alle Adenylatcyclasen exprimiert werden, außer AC10, die nur in den Keimzellen hergestellt wird.

Regulation der Adenylatcyclasen
Aktivierung

Nahezu alle Adenylatcyclasen werden von G-Proteinen der Klasse Gs/olf aktiviert. Eine Ausnahme ist wieder AC10, diese Adenylatcyclase wird durch Ca2+/Calmodulin aktiviert.

Hemmung

Das NucleosidAdenosin hemmt alle Adenylatcyclasen. Experimentell kann man alle Adenylatcyclasen außer A9 und A10 durch die Verbindung Forskolin hemmen. Diese Verbindung wird daher in der biochemischen Forschung oft eingesetzt. Auch G-Proteine der Klasse die Klasse Gi/o sind der Lage, einige Adenylatcyclasen zu hemmen.

Quellen:

  1. engl. Wikipedia, Artikel "Adenylate cyclase"
  2. dt. Wikipedia, Artikel "Adenylylcyclasen"