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Lexikon der Biologie: Adenylat-Cyclase

Adenylat-Cyclase w, Adenyl-Cyclase, Enzym der Plasmamembran, dessen aktives Zentrum auf der Cytosolseite liegt; katalysiert die Umwandlung von ATP (Adenosintriphosphat) in zyklisches Adenosin-3´,5´-monophosphat (cyclo-AMP, cAMP; Adenosinmonophosphat). Das eukaryotische Protein wird durch spezifische membranlokalisierte Rezeptoren (vor allem β- und α2-adrenerge Rezeptoren), die nach Bindung des entsprechenden extrazellulären Liganden (vor allem Adrenalin, Noradrenalin) eine aktive Form annehmen, unter Vermittlung von G-Proteinen aktiviert bzw. inhibiert, wodurch der cAMP-Spiegel der Zelle reguliert wird. Das Gs-Protein wirkt stimulierend, das Gi-Protein inhibierend auf die Adenylat-Cyclase. Durch diese Signaltransduktion wird ein extrazelluläres Signal (Hormone, Wachstumsfaktoren und andere Regulatormoleküle wie Calmodulin, vasoaktives Intestinal-Polypeptid, Dopaminrezeptor) in ein intrazelluläres cAMP-Signal umgewandelt (sekundäre Boten). Als Antagonist der Adenylat-Cyclase wirkt eine spezifische Phosphodiesterase, welche cAMP zu Adenosin-5´-monophosphat hydrolysiert, was zu einer Absenkung des cAMP-Pegels führt. Durch den aus diesem Gleichgewicht resultierenden cAMP-Spiegel werden Enzymsysteme (Protein-Kinasen) und die Expression bestimmter Gene (Genexpression) reguliert. Da von der Adenylat-Cyclase auf einen Stimulus mehrere cAMP-Moleküle gebildet werden, erfolgt eine Verstärkung des Signals (Kaskadenmechanismus). Die Adenylat-Cyclase ist auch Angriffsort für Toxine: Die Wirkungsmechanismen von Choleratoxin und Pertussistoxin beruhen auf einer dauerhaften Aktivierung der Adenylat-Cyclase. Bei der Suchtwirkung von Opiaten dagegen erfolgt eine Hemmung der Adenylat-Cyclase durch Bindung an den Opiatrezeptor. Das bakterielle Enzym wird durch einen sehr komplexen Regulationsmechanismus kontrolliert, an dem neben einem Zuckertransportsystem (Phosphoenolpyruvat-Zucker-Phosphotransferase-System) auch der zelluläre Pool an organischem Orthophosphat beteiligt ist. In Hefe kontrollieren ras-Proteine die Adenylat-Cyclase. adrenerge Rezeptoren, Calcium, Calmodulin, cAMP-bindendes Protein, Glykogen, Hormone (Farbtafel), Ionenkanäle.

K.G./E.R.

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