環腺苷酸

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環腺苷酸，是指一種重要的細胞信號傳導的第二信使。細胞膜上的受體與配基結合後，激活G蛋白，進而激活腺苷酸環化酶，催化ATP生成環腺苷酸，有廣泛的生理功能。當細胞受到外界刺激時，胞外信號分子首先與受體結合形成複合體，然後激活細胞膜上的Gs-蛋白，被激活的Gs-蛋白再激活細胞膜上的腺苷酸環化酶（AC），催化ATP脫去一個焦磷酸而生成cAMP。生成的cAMP作為第二信使通過激活APK（cAMP依賴性蛋白激酶），使靶細胞蛋白磷酸化，從而調節細胞反應，cAMP最終又被磷酸二酯酶（PDE）水解成AMP而失活。cAMP生成和分解過程依賴的存在。

目錄

簡介

「腺苷-3',5'-環化一磷酸」的簡稱。亦稱「環化腺核苷一磷酸」，「環腺一磷」，「環磷酸腺苷」。

一種環狀核苷酸，。

以微量存在於動植物細胞和微生物中。體內多種激素作用於細胞時，可促使細胞生成此物，轉而調節細胞的生理活動與物質代謝。

有人稱其為細胞內的第二信使，而稱激素為「第一信使」。

環腺苷酸之所以稱為細胞內的第二信使，是由於某些激素或其它分子信號刺激激活腺苷酸環化酶催化ATP環化形成的。

生理功能

環腺苷酸對細胞代謝的調節CAMP調節細胞的許多代謝過程是通過調節酶的活性來實現的。在有ATP存在的條件下，PKA可以激活細胞內許多代謝關鍵酶活性（如脂肪酶）或抑制某些酶的活性（如有活性的糖原合成酶I），最終導致某些代謝反應的加速或抑制（易健華，1981）。1962年Krebs等人研究了cAMP對糖原合成和糖原分解酶系的調節。腎上腺素及胰高血糖素等激素可使CAMP水平升高，激活PKA，PKA進而激活糖原磷酸化激酶，使糖原磷酸化酶磷酸化，從而糖原磷酸化酶從無活性的b形式轉變為有活性的a形式，後者催化糖原分解為1－P一葡萄糖。cAMP可通過PKA使糖原合成酶磷酸化，導致具有活性的糖原合成酶a轉變為無活性的糖原合成酶b，從而抑制糖原的合成。cAMP還能激活糖酵解中的一個關鍵酶——磷酸果糖激酶，催化6一磷酸果糖生成1，6－H磷酸果糖。另外，cAMP還能阻止ATP對磷酸果糖的抑制。此外，CAMP還可通過PKA激活脂肪蛋白激酶，使脂肪水解關鍵酶——脂肪酸磷酸化而激活，從而促進脂肪水解為甘油和游離脂肪酸。脂肪酸被轉移到血液中，結合在血清白蛋白立，然後被轉運到其他組織中，特別是心臟、肌肉、腎等組織，進入氧化和三羧酸循環，產生ATP，作為細胞的能源。cAMP還可激活碳酸酐蛋白激酶，後者可使碳酸酐酶磷酸化而激活，催化CO2形成碳酸，碳酸再分解放出H+，對調節細胞的酸鹼平衡有重要作用，而且此過程可使胃酸增多，有利於消化（易健華，1981；孫大業等，1997）。

環腺苷酸對激素合成和分泌的影響

cAMP具有調節神經遞質合成，促進激素分泌的作用（Gerosa，1980）。大量試驗表明，一些二級促激素促進次級激素合成是通過cAMP途徑調節的。促腎上腺皮質激素結合到腎上腺皮質細胞後，激活AC，增加 cAMP濃度，激活PKA，後者磷酸化激活皮質酮、醛甾酮的合成酶。在卵巢細胞中，也有類似的情況，促濾泡激素通過cAMP途徑增加雌二醇、孕酮的合成（孫大業等，1997）。cAMP能誘導GH的釋放，從而促進肝臟內蛋白質、DNA和RNA的合成，並能加強脂肪分解，刺激機體蛋白質的合成（Dana等，1989；Canoed等，1985）。

環腺苷酸對免疫功能的影響

阮暉等（2001）在探討家禽在遭受病原微生物感染，細胞信使物質對免疫功能的調節作用時發現，以傳染性法氏囊病病毒（IBDV）強毒株攻擊後，肉雞垂體——背上腺軸活動加強，並發生針對IBDV的特異性免疫反應，血清cAMP含量上升，提示垂體——腎上腺軸活動加強使cAMP上升與執IBDV特異性免疫細胞內效應大分子的合成有關。

環腺苷酸對膜蛋白活性的調節

cAMP可促使非神經細胞膜上某些蛋白的磷酸化，使其構型發生改變，從而調節膜對一些物質的通透性。例如在紅細胞中，cAMP激活細胞膜上的蛋白激酶，使膜上的Spectin蛋白磷酸化後，對紅細胞膜的理化性質及紅細胞的形態產生極為重要的調節作用。在血小板中，cAMP可通過APK有效地刺激膜上的一種分子量為22000的蛋白磷酸化，並通過對鈣攝入的影響，調節血小板聚集、收縮等功能。在心肌細胞中，cAMP可使心肌細胞鈣通道發生磷酸化，使膜對 Ca2+的通透性增強，導致 Ca2+內流增加而使心肌收縮力增加，心率加快。在腎臟的試驗中證明，加壓素等通過cAMP使細胞膜物理性質改變，增加對水的吸收（易健華，1981；孫大業等，1997）。

環腺苷酸對神經細胞的作用

McAfee（1971）首先證明cAMP參與神經節突觸傳遞。目前認為：當某些神經細胞興奮時，突觸前神經末梢釋放遞質作用於突觸後膜上相應的受體並激活AC，在突觸後膜合成cAMP，進而激活PKA，通過膜蛋白的磷酸化改變膜對離子的通透性，從而影響神經細胞的興奮性。神經組織內含有高水平的cAMP及其代謝調節酶。在腦、脊髓、腦脊液和外周神經中都有大量cAMP存在。在脊椎動物腦中， cAMP含量最高，非神經組織約高10倍， AC和cAMP磷酸二酯酶含量也比其他組織高10～20倍。以上說明在神經組織中CAMP的合成和分解速度遠遠高於其他組織，cAMP在神經組織中起重要作用（孫大業等，1997）。

環腺苷酸對基因表達的調節

AMP是一個重要的基因表達調控物質（Monall，1991）。在原核生物中cAMP被認為是直接活化RNA聚合酶以促進轉錄，即通過該酶的6因子的磷酸化來實現促進InRNA轉錄。近年來的研究表明，真核細胞中cAMP的作用與轉錄因子調節有關。Montndny等（1986）發現許多cAMP誘導轉錄的真核基因的啟動子周圍多含有一致或近乎一致的8個鹼基對的迴文序列5』－TGACGTCA－3』，並命名為cAMP反應序列（cAM－responsi、 ele。nt，CRE），是這些基因識別cAMP信號的重要部位。同時，他們還發現cAMP誘導的靶基因表達還需要PKA的激活。cAMP水平增高激活PKA，PKA又可能通過使某些特異的轉錄因子進行磷酸化，介導cAMP引起的基因表達（Montndny等，1986）。許多試驗表明，PKA可使組蛋白磷酸化，磷酸化的組蛋白由於帶電狀態及構象的改變，與DNA結合鬆弛而分離，從而解除了組蛋白對這段基因的抑制，使轉錄得以進行。另有試驗發現，在體外PKA可使非組蛋白磷酸化，磷酸化的酸性蛋白酸性增強，帶有較多的負電荷，與帶正電荷的組蛋白有較強的親和力而相互結合，使組蛋白與DNA分離，解除組蛋白對DNA的阻抑而進行轉錄（易健華，1981；孫大業等，1997）。

環腺苷酸對細胞增殖與分化的調節細胞的增殖與分化是細胞的兩個基本特徵。增殖包括細胞的生長、DNA複製和細胞分裂，是通過細胞周期來實現的。分化意味着細胞內的DNA通過轉錄生成InRNA，再進一步合成專一性的蛋白質（酶），最終導致細胞形態、結構、生化組成和功能等各種差異。細胞增殖與分化是一對既相聯繫又相矛盾的過程，cAMP在調節這對矛盾中起着重要的作用（ Burgering等，1995 ；Dumont等，1989）。cAMP對離體細胞有抑制細胞分裂、促進分化的作用。因此，凡能使細胞內cAMP含量升高的因素均能降低細胞的生長速度，抑制細胞的增殖，而促進細胞的分化。Miyasaki（1992）認為，cAMP對細胞增殖具有雙重效應，即在GO或早G1期時對細胞增殖具有促進作用，而在晚G1期時則起抑制作用。

另外，cAMP與腫瘤有一定的關係，正常細胞和腫瘤細胞中的cAMP含量是有差異的，在腫瘤細胞內cAMP一般低於正常細胞水平。

生成和分解

當細胞受到外界刺激時，胞外信號分子首先與受體結合形成複合體，然後激活細胞膜上的Gs一蛋白，被激活的Gs一蛋白再激活細胞膜上的腺苷酸環化酶（AC），催化ATP脫去一個焦磷酸而生成cAMP。生成的 cAMP作為第H信使通過激活APK（cAMP依賴性蛋白激酶），使靶細胞蛋白磷酸化，從而調節細胞反應，cAMP最終又被磷酸二酯酶（PDE）水解成5』－AMP而失活。cAMP生成和分解過程依賴 Mg2+的存在。AC和PDE可以從兩個不同方面調節細胞內cAMP濃度，從而影響細胞、組織、器官的功能。當AC的活性升高時，cAMP濃度升高，當PDE濃度增高時，cAMP濃度降低。PDE對cAMP的調控，不僅取決於PDE的活化、抑制因素，還取決於細胞內PDE的組成、亞細胞分布。

環腺苷酸在動物體內的含量及分布

自1957年Sutherland首先在肝臟勻漿中發現CAMP後，人們陸續在很多組織如腎、肺、腸、冠狀動脈、支氣管、腦垂體、血小板、乳汁、睾丸、骨髓等組織或體液中發現有cAMP存在。哺乳動物除紅細胞外，所有組織中都有分布，正常情況下細胞內cAMP濃度為0．1～lμM，但在激素或應激作用下可升高到一百倍以上。血漿中CAMP濃度比細胞中低，約為 10 nMo細胞內的 cAMP可以釋放入血，說明血漿CAMP的變化可在一定程度上反映機體器官的生理變化。

生成：腺苷酸環化酶(adenylate cyclase)催化三磷酸腺苷(ATP)成cAMP， 代謝： cAMP磷酸二酯酶(PDE)水解cAMP產生5』-AMP。

在畜牧業應用

cAMP能提高動物的生產性能和改善畜產品品質。其作用機理為：cAMP作為激素的第二信使激活蛋白激酶，使代謝酶活性增強，從而加強體內蛋白的合成，增快動物的生長速度；誘導激素（如生長激素等）或酶的合成，促進機體的合成代謝。

環腺苷酸在肉畜生產上的應用

大量試驗結果表明，cAMP對豬、羊、兔等生長性能和胴體體品質影響一致，高水平cAMP能引起脂肪組織中HSL活化而使脂肪分解能力加強（Ecan等，1992）。同時cAMP還可減少胰島素與脂肪細胞的結合（till和MillS，1990），以對抗胰島素對體脂沉積的促進作用。楊在清等（1992）給豬皮下注射cAMP或氨茶鹼（PDE抑制劑），結果不但改善了胭體組成，提高了瘦肉率、眼肌面積和後腿比，而且還使血中脂質含量和脂肪酶的活性升高。提示體脂降低和血脂升高可能與cAMP的作用使體內脂肪酶活性升高引起體脂動員有關，而體脂的大量分解利用有利於降低蛋白質的分解，從而加強蛋白質

在體內的沉積（楊在清等，1992）。cAMP對幼齡家畜也有明顯的促生長作用。高士爭（1997）報道，給仔豬、羔羊和仔兔注射cAMP製備品和標準品製劑，有顯著促生長作用。李自新等（1993）對肉用仔兔注射cAMP有明顯的增重效果，但隨着使用時間的延長其效果有所下降。另外，cAMP能顯著提高羊的產毛量和毛纖維長度，改變羊毛中各種氨基酸的含量（Black等，1979）。

環腺苷酸在奶富生產上的應用

人們通過對大鼠、小鼠、豚鼠、兔和奶畜（奶牛、奶羊）等動物乳腺和乳中cAMP的研究，發現cAMP在泌乳生理過程中起着重要作用。王秋芳等（1993）報道了不同泌乳階段山羊乳中環腺苷酸的變化，分娩前波動不大，分娩後急劇升高；泌乳維持期，分娩後15d乳中cAMP濃度一直維持在較高水平；在泌乳高峰期，cAMP有所升高；泌乳減退期，停止擠奶前1個月左右羊只妊娠，產乳量顯著下降，乳中cAMP大幅度下降。他們認為cAMP主要促進乳汁分泌，cGMP主要促進乳汁生成，二者呈一種消長變化。孫延鳴等（2002）報道，在一定濃度範圍內，cAMP對體外培養的山羊乳腺上皮細胞增殖有促進作用，並呈劑量依賴性，但cAMP濃度過高時則有抑制作用。cAMP是如何調控乳腺細胞中生乳、泌乳活動的，目前尚不十分清楚。

環腺苷酸在家禽生產中的應用

外源性cAMP可顯著促進艾維茵肉仔雞生長，提高胸肌率、腿肌率，降低腹脂率，而且隨着劑量的增加而增大（張富梅等，2001）。環腺苷酸還對肉雞代謝有影響，可降低肉中的脂肪沉積，促進蛋白質積累，對肝臟組織也有類似的效果（張富梅等，2000）。cAMP對禽類脂肪代謝的作用和哺乳類動物有所不同。cAMP能促使哺乳類動物的激素敏感脂酶（HSL）活性升高，促進機體脂肪分解和血脂含量升高，從而降低肉中的脂肪沉積，改善胭體品質，而在家禽中胰高血糖素才是主要的脂解激素。牛淑玲等（1998）研究表明，外源性環腺苷酸對肉雞體內的GH的分泌、代謝有一定的促進作用，並在試驗組生長明顯快於對照組的情況下，死亡率卻低於對照組，這可能與cAMP對肉雞心血管系統具有調節作用有關，另一方面與血清中蛋白質含量顯著高於對照組，尤其是球蛋白增加有關。cAMP還可顯著提高蛋雞的產蛋性能，改善蛋殼的品質（牛淑玲等，2000）。