原文链接 Molecule of the Month: Adenylyl Cyclase

腺苷酸环化酶 Adenylyl Cyclase

腺苷酸环化酶产生第二信使来扩大G-蛋白藕联受体的信号。

由冷冻电镜解析的腺苷酸环化酶的结构。细胞膜示意表示。

腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase，AC）是一个信号放大器。腺苷酸环化酶是把 激素转到为细胞反映的信号级联通路的核心。当肾上腺素 （adrenaline）或者胰高血糖素 （glucagon）等激素结合到G-蛋白藕联 受体时，他们会激活G-蛋白（G-protein）， 然后G-蛋白会激活腺苷酸环化酶。腺苷酸环化酶接下来会进行环化反应，它会切 掉ATP的两个磷酸基团，并在剩下的一个磷酸基团上产生一个额外的键。产生的 环化AMP或cAMP分子被释放，并迅速地在细胞中扩散，调控多种蛋白质的功能。 由于这样的功能，cAMP通常被称为“第二信使”，来传递激素的原始信号。一个额 外的好处是信号在处理的过程中被放大了，因为腺苷酸环化酶在激活后会产生许 多cAMP分子。

信号复合物

cAMP的信号在我们的身体中起到了重要的功能，平衡作为能量的糖的分解与合成， 调控细胞生长，发育，学习和记忆的多个过程。为了调控这么多的过程，我们的 细胞有十种不同的腺苷酸环化酶的亚型。其中的九种有着相似的结构，都有一个 跨膜部分，在膜胞质部分有环化酶结构域。PDB条目 6r3p为AC9亚型，在肺，脑，心脏和 其他组织发现分布。在这个结构中，它和一个G-蛋白结合，提供了活化状态的信 号复合物的一瞥。

第二信使

第二信使非常重要，腺苷酸环化酶在绝大多数的物种中都能找到。在细菌中，腺 苷酸环化酶产生的cAMP由分解代谢物激活蛋白（catabolite activator protein）所感受到并帮助调控细胞的整体 能量平衡。我们自身细胞有一个可溶解的腺苷酸环化酶（如PDB条目 4clk）和其他的九种膜结合型的蛋 白质相当不同，其参与到了感受碳酸氢盐和二氧化碳。有的时候这些酶也被应用 于不好的目的。例如，炭疽细菌会产生一个可以作为腺苷酸环化酶的水肿因子蛋 白，其可以扰乱被感染的人体的信号传导。

活化离子通道

环化AMP调控很多不同的蛋白质。例如PKA（cAMP-dependent protein kinase） 被cAMP激活后可以去磷酸化许多其他蛋白质并调控能量利用。 HCN1（hyperpolarization-activated ion channel）是一个参与到离子流进出 心脏节律细胞和神经细胞的电压门控通道。下面结构显示的是PDB条目 5u6p，cAMP分别和构成离子通道的 四个相同亚基结合。和cAMP结合可以增加通道的活性并最终提高心律。

超极化激活离子通道HCN1和cAMP结合的结构。在底部的cAMP结构中，有六个原子的环化的磷酸由星号标注。