Adenylatzyklase (AC) ist ein Enzym, das an der Regulierung der Reaktion einer Zelle auf viele Hormone beteiligt ist. Es synthetisiert einen wichtigen zellulären Regulator, der hilft, Signale von außerhalb der Zelle zu verstärken. Dieses Enzym ist auch als Adenylylcyclase oder Adenylcyclase bekannt.
Einige Hormone können nicht in Zellen eindringen und binden sich an Rezeptoren auf der Zellmembran, um ihre Wirkung zu entfalten. Der Hormon-Rezeptor-Komplex überträgt ein Signal an eine Komponente innerhalb der Zelle. Wenn beispielsweise Adrenalin an die Zellmembran bindet, bindet sein Rezeptorkomplex an ein G-Protein. Dadurch verändert sich die Struktur des G-Proteins, das dann an inaktive Adenylatcyclase bindet. Wenn das G-Protein ein stimulierender Typ ist, aktiviert diese Bindung die Adenylatcyclase, um die Synthese von zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) aus Adenosintriphosphat (ATP) zu katalysieren.
cAMP ist eine im Zellstoffwechsel weit verbreitete Verbindung, die beispielsweise den Abbau eines gespeicherten Glukosepolymers zu Glukosemolekülen anregt, die im Blut zirkulieren. Es ist als intrazellulärer sekundärer Botenstoff bekannt, weil es Signale von außerhalb der Zelle an die intrazelluläre Maschinerie überträgt. Die Aktivität vieler Enzyme wird durch die Zugabe einer Phosphatgruppe reguliert, und eine der Aktivitäten von cAMP besteht darin, eine Gruppe von Enzymen zu aktivieren, die als Proteinkinase A bekannt ist und Phosphatgruppen an andere Enzyme anfügt. Die Anlagerung einer Phosphatgruppe wird als Phosphorylierung bezeichnet und kann die Aktivität eines Enzyms aktivieren oder unterdrücken.
Jedes cAMP-Molekül kann ungefähr 100 Moleküle Proteinkinase A aktivieren. Dann kann dieses aktivierte Enzym etwa die gleiche Anzahl zusätzlicher Enzyme phosphorylieren, die dann andere Enzyme phosphorylieren. Wenn das Signal übertragen wird, nimmt seine Stärke daher stark zu. Ein Adrenalinmolekül, das durch die Adenylatcyclase wirkt, kann zur Aktivierung von Hunderttausenden von Enzymen in der Zelle führen. Diese Erhöhung wird als Verstärkung bezeichnet.
Bisher wurden zehn verschiedene Arten von Adenylatcyclase bei Säugetieren identifiziert. Sie variieren stark in ihrem Regulationsmodus und der Art des Gewebes, in dem sie exprimiert werden. Dies zeigt die große Komplexität des aktivierenden Systems der Adenylatcyclase. Einige der Enzyme benötigen zusätzlich zu den G-Proteinen Calcium, um ihre Aktivität zu stimulieren. Andere G-Proteine sind hemmend.
Eine große Anzahl von Hormonen wirkt, um die cAMP-Konzentration entweder zu erhöhen oder zu verringern. Weitere Hormone, die durch Adenylatcyclase wirken, umfassen Glucagon, Gastrin, Sekretin, Hypophysenhormone und Calcitonin. Für den Stoffwechsel der Zelle ist es wichtig, dass der cAMP-Spiegel streng reguliert wird.
Viele pathogene Bakterien stören die Konzentrationen von cAMP, indem sie Toxine absondern. Cholera-Toxin stimuliert beispielsweise die Adenylatcyclase. Seine anhaltende Aktivität führt zu extremer Dehydration, die tödlich sein kann.