Cyclisches Adenosinmonophosphat

cAMP-Synthese und -Abbau

Durch Aktivierung eines G-Protein-gekoppelten Rezeptors durch ein Hormon (z. B. Glucagon), einen Neurotransmitter (z. B. Noradrenalin) oder einen Geruchsstoff wird die membranständige Adenylylcyclase stimuliert. Diese wandelt zelluläres ATP zu cAMP um. Ein bekannter direkter Stimulator der Adenylylcyclase ist Forskolin.

Der Abbau von cAMP zu AMP (Adenosinmonophosphat) wird durch einige Mitglieder aus der Enzymgruppe der Phosphodiesterasen katalysiert. Coffein ist ein unselektiver Inhibitor dieser Enzymgruppe.

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Funktionen

Zusammenfassung

Kontext

Aktivierung von Proteinkinasen

cAMP aktiviert Proteinkinasen vom Typ A (PKA). Diese führen über eine Phosphorylierung verschiedener zellulärer Proteine zu vielfältigen Effekten, z. B.:

Phosphorylierung von Ca²⁺-Kanälen, was wiederum die Öffnung derselben bewirkt
Phosphorylierung der Myosin-Leichtketten-Kinase, was eine Relaxation der glatten Muskulatur bewirkt (Diese Aussage ist nicht mehr aktuell. Es wurde zwar in vitro nachgewiesen, dass PKA durch Hemmung der Myosin-Leichtketten-Kinase die Ca²⁺-Sensitivität der glatten Muskulatur reduzieren kann, jedoch ist es fraglich, ob dieser Mechanismus in vivo relevant ist)^[4]
Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren, wie z. B. CREB, was die Transkription cAMP-induzierbarer Gene bewirkt

Aktivierung cAMP-regulierter Ionenkanäle

cAMP bindet neben cGMP an eine Gruppe von CNG-Ionenkanälen, die eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung olfaktorischer Signale spielen.^[5]

Aktivierung von EPAC

EPAC (Exchange Protein activated by cAMP) sind cAMP-bindende Proteine, die als EPAC/cAMP-Komplex den Austausch von GDP gegen GTP katalysieren und somit direkt kleine GTPasen der Ras-Familie (Rap1 und Rap2) aktivieren, was dazu führt, dass MAP-Kinasen aktiviert werden.

Weitere Funktionen des Komplexes beziehen sich u. a. auf die Insulinsekretion aus den B-Zellen des Pankreas.^[6]

Stoffwechselregulation

Durch Aktivierung von Proteinkinasen werden zahlreiche Stoffwechselfunktionen reguliert. Beispiele sind der Glykogen-Abbau zu Glucose, die Lipolyse und die Ausschüttung von Gewebshormonen wie Somatostatin.

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cAMP in Bakterien

Zusammenfassung

Kontext

cAMP ist bereits bei Bakterien als Hungersignal (Glucose-Mangelsignal) zu finden, jedoch ist seine Wirkungsweise hier eine völlig andere: das Molekül ist Teil einer Glucose-Repression der Lactose-Verwertung des genannten Regelkreises.

Ist nämlich Glucose (Glc) im Medium vorhanden, so sind die Gene des Lactose-Operons (lac-Operons) ruhiggestellt. Dies ist sinnvoll, da die Verwertung von Lactose (Lac) unter diesen Idealbedingungen überflüssig wäre.

Es zeigte sich, dass in Gegenwart von Glc die Konzentration an cAMP gering ist;
Nach Glc-Entzug steigt sie hingegen durch die Aktivierung einer bakteriellen Adenylylcyclase (AC) stark an.
- Unter diesen Bedingungen ist ein Glc-Transportprotein (TP) phosphoryliert (TP-P). Es bildet einen Komplex mit AC und aktiviert dadurch dieselbe. Bei Glc-Überschuss wäre TP-P durch Phosphat-Übertragung an der Entstehung von Glucose-6-phosphat (G-6P) beteiligt und würde (als TP) seinen Einfluss auf die AC verlieren.
cAMP bindet sodann an das CAP (Katabolit-Aktivator-Protein), auch als CRP (cAMP-Rezeptor-Protein) bezeichnet, das nun als Transkriptionsfaktor die zum lac-Operon gehörigen Gene aktiviert. Dies leitet die Lactose-Aufnahme unter „Hungerbedingungen“ ein.