Cyclisches Adenosinmonophosphat


Cyclisches Adenosinmonophosphat

Strukturformel
Strukturformel des cyclischen Adenosinmonophosphats
Allgemeines
Name Cyclisches Adenosinmonophosphat
Andere Namen
  • Adenosin-3′,5′-monophosphat
  • cyclisches AMP
  • cyclo-AMP
  • cAMP
Summenformel C10H12N5O6P
CAS-Nummer 60-92-4
PubChem 6076
Kurzbeschreibung

farbloser Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 329,21 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

260 °C (Zersetzung)[2]

Löslichkeit

schlecht in Wasser[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4][2]
Ätzend
Ätzend
(C)
R- und S-Sätze R: 34
S: 26-36/37/39-45
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Cyclisches Adenosinmonophosphat (cAMP) ist ein biochemisch vom Adenosintriphosphat (ATP) abgeleitetes Molekül, welches als Second Messenger bei der zellulären Signaltransduktion dient und insbesondere zur Aktivierung von Proteinkinasen führt.

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 das Enzym Phosphodiesterase katalysiert. Koffein ist ein Inhibitor dieses Enzyms.

Funktionen

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.)[5]
  • Phosphorylierung der Myosin-Leichte-Ketten-Phosphatase, was eine Relaxation der glatten Muskulatur bewirkt [5]
  • Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren, wie z.B. CREB, was die Transkription cAMP-induzierbarer Gene bewirkt.

Stoffwechselregulation

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

cAMP in Bakterien

cAMP ist bereits bei Bakterien als Hungersignal (Glucose-Mangelsignal) zu finden, jedoch ist seine Wirkungsweise hier eine völlig andere: das Molekül ist Teil eines Glucose-Repression der Lactose-Verwertung 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 nicht nur aufwändig, sondern auch 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 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 anschaltet. Dies leitet die Lactose-Aufnahme unter „Hungerbedingungen“ ein.
Lactose-Operon: cAMP als Hungersignal in Bakterien. Zum Überleben bei Glucose (Glc-) Mangelsituationen besitzt das Bakterium (Escherichia coli) eine kontrollierbare Gen-Einheit (Operon), die bei Bedarf die Aufnahme und Verwertung von Lactose (Lac) ermöglicht. Dieser Vorgang erfordert zwei Signale:
1. cAMP aktiviert bei Glc-Mangel das CAP-Protein, welches direkt am Promotor (p) bindet und dessen Aktivierung unterstützt;
2. Lac bindet an ein Repressorprotein (REP); dieses löst sich daraufhin von der Operator-Sequenz (o) und gibt die Transkription der Geneinheit lacZYA frei.
Bei Verfügbarkeit von Glc sinkt der cAMP-Spiegel durch Inhibition der Adenylylzyklase (AC). Die Rolle eines Glucose-Transportproteins (TP) bei diesem Vorgang wird im Text beschrieben.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 Ullrich Jahn, in: Roempp Online - Version 3.5, 2009, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
  2. 2,0 2,1 Datenblatt Cyclisches Adenosinmonophosphat bei Acros, abgerufen am 20. Februar 2010..
  3. Datenblatt Adenosine 3′,5′-cyclic monophosphate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 5. Mai 2011.
  4. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  5. 5,0 5,1 Robert F. Schmidt (Herausgeber), Florian Lang (Herausgeber), Manfred Heckmann (Herausgeber): Physiologie des Menschen. Springer Berlin Heidelberg; Auflage: 30., (2007)