Adenylatzyklase

Als Leitenzym der Zellmembran ist die Adenylatzyklase ein G-Protein-reguliertes Protein an der Membraninnenseite. Es besitzt zwölf Transmembrandomänen, wobei zwischen der sechsten und siebten Transmembrandomäne jeweils eine überlange Schleife vorhanden ist, an der wahrscheinlich die Interaktionen mit G-Proteinen stattfinden.

Es sind mehrere Isoenzyme der Adenylatzyklase bekannt. In neuronalem Gewebe findet man die Adenylatzyklase Typ I; in Leber, Lunge, Herz und Niere sind dagegen die Typen IV, V und VI zu finden.

Die Adenylatzyklase gehört in die Hauptgruppe der Lyasen, da sie Bindungsspaltungen katalysiert. Es erfolgt pro Katalyse die Bindungsspaltung eines Substrates.

Die durchgeführte Reaktion ist die Bildung von zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) aus 5'-Adenosintriphosphat (ATP). Dabei entsteht zusätzlich Pyrophosphat, welches sofort in zwei anorganische Phosphate zersetzt wird und so die Reaktion irreversibel macht.

Second messenger

cAMP als Produkt der Adenylatzyklase übernimmt als second messenger viele Aufgaben im Stoffwechsel und der Signalübertragung. Es aktiviert die Proteinkinase A, welche wiederum weitere Proteine wie Enzyme oder Transkriptionsfaktoren phosphoryliert und so Stoffwechselfunktionen beeinflusst. Ob die Phosphorylierung eine Aktivierung oder Inaktivierung der entsprechenden Enzyme induziert, ist von dem betroffenen Enzym und seiner speziellen Aufgabe abhängig.

Genexpression

Des Weiteren wird durch cAMP auch die Genexpression einiger Enzyme und Hormone, wie z.B. Somatostatin, PEP-Carboxykinase, Parathormon oder Vasoaktives intestinales Peptid (VIP), reguliert.

Variabilität

Je nachdem, an welchen Rezeptor der entsprechende Botenstoff bindet, kann es zu einer Aktivierung der Adenylatzyklase über ein stimulierendes G-Protein oder zu einer Hemmung der Adenylatzyklase über ein inhibierendes G-Protein, genauer gesagt durch die jeweilige alpha-Untereinheit des G-Proteins, kommen.

Zu den G-Protein-gekoppelten Adenylatzyklase-assoziierten Hormonen bzw. Botenstoffen gehören unter anderem ACTH, Dopamin, Glucagon, Adrenalin und Noradrenalin, Histamin, Oxytocin und weitere, die je nach Art der Rezeptorbindung in verschiedenen Zellen verschiedene Prozesse auslösen können.

Das Choleratoxin bewirkt eine Blockierung der GTPase, was eine Daueraktivierung der Adenylatzyklase und daher einen dauerhaft erhöhten cAMP-Spiegel durch eine unterbleibende Deaktivierung des hormonell aktivierten G-Proteins zur Folge hat.

Im Falle des Pertussis-Toxins kommt es ebenfalls zu einem dauerhaft erhöhten cAMP-Spiegel mit entsprechenden Folgen, allerdings kommt es hier auch zu einer Hemmung des inhibitorischen G-Proteins, was eine Enthemmung der Adenylatzyklase bewirkt.