分子訊號與調控網絡

環腺苷酸(cyclic AMP,cAMP)

/ cAMP, see-AMP /

環腺苷酸是最早、也最著名的第二信使——正是這個分子首次揭示了細胞外的激素如何改變細胞內的行為。它的名字就道出了它的來歷:它是腺苷酸(AMP,一個我們熟悉的核苷酸建築塊),被一根額外的鍵彎成了一個小小的閉合環。那個環狀形狀正是關鍵所在:它使cAMP成為一個獨特的化學訊號,細胞可以飛快地把它堆起來、又飛快地把它拆掉,就像一面能瞬間升起、又瞬間降下的旗。

用樸素的步驟來看這個循環。一個訊號抵達某個GPCR;受體活化一個刺激性G蛋白;那個G蛋白被釋放出來的部件打開膜上一種叫腺苷酸環化酶的酶。腺苷酸環化酶抓住ATP——細胞的能量分子——把它折成那個環狀結構,製造出大量cAMP。升高的cAMP隨即結合並活化一個關鍵的激酶,叫蛋白激酶A(PKA)。PKA是主力:它給標靶蛋白加磷酸,把酶打開或關閉,甚至前往細胞核去改變基因表達。要結束這個訊號,一種叫磷酸二酯酶的酶會把那個環打開,讓cAMP變回普通的AMP,於是旗落下,應答停止。整個迴路——造它、起作用、銷毀它——可以在幾秒鐘內完成。

cAMP之所以重要,是因為它處在數量龐大的激素應答的核心:腎上腺素動員糖、升糖素升高血糖、許多調節心臟和腎臟的激素,全都經由cAMP和PKA運轉。它也是放大作用的一個精彩範例,並展示了一個常見信使如何讓截然不同的受體匯聚到共用的機器上。它還與日常生活相關:咖啡因讓你提神,部分靠的是抑制磷酸二酯酶,於是cAMP滯留,刺激性訊號便多保持開啟了一會兒。Earl Sutherland在1950年代末發現cAMP,開啟了整個訊息轉導領域。

當你的血糖下降時釋放的升糖素,落在肝細胞的GPCR上,把cAMP拉高。cAMP活化PKA,PKA又打開分解肝醣的那些酶,把葡萄糖釋放進血液——這是一條乾淨的從cAMP到PKA的鏈條,幫你在兩餐之間不至於低血糖。

cAMP到PKA:訊息傳遞中走得最多的一條路徑,從表面的升糖素一直到血液裡的葡萄糖。

cAMP並不總是「開啟」訊號。有些受體偶聯到一個抑制性G蛋白,它降低而非升高cAMP——於是同一個信使會因某種激素而升高、因另一種激素而降低,細胞兩個方向都讀得懂。

又稱
cAMPcyclic adenosine monophosphate3',5'-cyclic AMP环磷酸腺苷