cAMP ist ein zweiter Botenstoff, der für die intrazelluläre Signaltransduktion verwendet wird, z. B. die Übertragung der Wirkungen von Hormonen wie Glucagon und Adrenalin in Zellen, die die Plasmamembran nicht passieren können. Es ist auch an der Aktivierung von Proteinkinasen beteiligt. Darüber hinaus bindet und reguliert cAMP die Funktion von Ionenkanälen wie den HCN-Kanälen und einigen anderen zyklischen nukleotidbindenden Proteinen wie Epac1 und RAPGEF2.

Rolle in eukaryotischen Zellenbearbeiten

cAMP ist mit der Funktion von Kinasen in mehreren biochemischen Prozessen verbunden, einschließlich der Regulation des Glykogen-, Zucker- und Fettstoffwechsels.

In Eukaryoten aktiviert zyklisches AMP die Proteinkinase A (PKA oder cAMP-abhängige Proteinkinase). PKA ist normalerweise als tetrameres Holoenzym inaktiv und besteht aus zwei katalytischen und zwei regulatorischen Einheiten (C2R2), wobei die regulatorischen Einheiten die katalytischen Zentren der katalytischen Einheiten blockieren.

Cyclisches AMP bindet an spezifische Stellen auf den regulatorischen Einheiten der Proteinkinase und bewirkt eine Dissoziation zwischen den regulatorischen und katalytischen Untereinheiten, wodurch diese katalytischen Einheiten Substratproteine phosphorylieren können.

Die aktiven Untereinheiten katalysieren den Transfer von Phosphat von ATP zu spezifischen Serin- oder Threoninresten von Proteinsubstraten. Die phosphorylierten Proteine können direkt auf die Ionenkanäle der Zelle einwirken oder zu aktivierten oder inhibierten Enzymen werden. Proteinkinase A kann auch spezifische Proteine phosphorylieren, die an Promotorregionen der DNA binden, was zu einer Erhöhung der Transkription führt. Nicht alle Proteinkinasen reagieren auf cAMP. Mehrere Klassen von Proteinkinasen, einschließlich Proteinkinase C, sind nicht cAMP-abhängig.

Weitere Effekte hängen hauptsächlich von der cAMP-abhängigen Proteinkinase ab, die je nach Zelltyp variiert.Dennoch gibt es einige kleinere PKA-unabhängige Funktionen von cAMP, z. B. die Aktivierung von Kalziumkanälen, die einen kleinen Weg darstellen, durch den Wachstumshormon-Releasing-Hormon eine Freisetzung von Wachstumshormon verursacht.

Die Ansicht, dass die meisten Effekte von cAMP durch PKA kontrolliert werden, ist jedoch veraltet. 1998 wurde eine Familie von cAMP-sensitiven Proteinen mit Guaninnukleotidaustauschfaktor (GEF) -Aktivität entdeckt. Diese werden als Austauschproteine bezeichnet, die durch cAMP (Epac) aktiviert werden, und die Familie umfasst Epac1 und Epac2. Der Aktivierungsmechanismus ähnelt dem von PKA: Die GEF-Domäne wird normalerweise durch die N-terminale Region maskiert, die die cAMP-Bindungsdomäne enthält. Wenn cAMP bindet, dissoziiert die Domäne und legt die jetzt aktive GEF-Domäne frei, so dass Epac kleine Ras-ähnliche GTPase-Proteine wie Rap1 aktivieren kann.

Zusätzliche Rolle des sezernierten Camps in sozialen Amöbenbearbeiten

Bei der Art Dictyostelium discoideum wirkt cAMP außerhalb der Zelle als sezerniertes Signal. Die chemotaktische Aggregation von Zellen wird durch periodische Wellen von cAMP organisiert, die sich zwischen Zellen über Entfernungen von mehreren Zentimetern ausbreiten. Die Wellen sind das Ergebnis einer regulierten Produktion und Sekretion von extrazellulärem cAMP und eines spontanen biologischen Oszillators, der die Wellen in Konzentrationszentren auslöst.

Rolle in Bakterienbearbeiten

Bei Bakterien variiert der cAMP-Gehalt je nach dem für das Wachstum verwendeten Medium. Insbesondere ist cAMP niedrig, wenn Glucose die Kohlenstoffquelle ist. Dies geschieht durch Hemmung des cAMP-produzierenden Enzyms Adenylatcyclase als Nebenwirkung des Glukosetransports in die Zelle. Das Transkriptionsfaktor-cAMP-Rezeptorprotein (CRP), auch CAP (Catabolite Gene Activator Protein) genannt, bildet mit cAMP einen Komplex und wird dadurch aktiviert, um an DNA zu binden. CRP-cAMP erhöht die Expression einer großen Anzahl von Genen, einschließlich einiger kodierender Enzyme, die Energie unabhängig von Glukose liefern können.

cAMP zum Beispiel ist an der positiven Regulation des Lac-Operons beteiligt. In einer Umgebung mit niedriger Glucosekonzentration akkumuliert cAMP und bindet an die allosterische Stelle auf CRP (cAMP-Rezeptorprotein), einem Transkriptionsaktivatorprotein. Das Protein nimmt seine aktive Form an und bindet an eine spezifische Stelle stromaufwärts des lac-Promotors, was es der RNA-Polymerase erleichtert, an den benachbarten Promotor zu binden, um die Transkription des Lac-Operons zu starten, wodurch die Rate der Lac-Operon-Transkription erhöht wird. Bei einer hohen Glukosekonzentration nimmt die cAMP-Konzentration ab und das CRP löst sich vom Lac-Operon.