Signalübertragung über sekundäre Botenstoffe
Gesundheitslexikon: cAMP
In einem lebenden Organismus finden eine Vielzahl komplexer chemischer, biochemischer und physikalischer Prozesse statt, die genau aufeinander abgestimmt sind. Diese Abstimmung kann nur durch schnelle Anpassung der Prozesse an äußere und innere Veränderungen erreicht werden. Das erfolgt unter anderem durch die Signalübertragung über sekundäre Botenstoffe (Second Messenger). Das Molekül cAMP gehört zu diesen Second Messengers. cAMP ist für eine bestimmte Form der Signalübertragung und damit für spezielle Stoffwechselprozesse verantwortlich.
Was ist cAMP?
Die Bezeichnung cAMP ist die Abkürzung für cyclisches Adenosinmonophosphat. Es besteht aus den drei Bestandteilen Adenin, Ribose und Phosphat. Adenin ist eine der fünf Stickstoffbasen, die am Aufbau der Nukleinsäuren beteiligt sind - sie bewirken die Speicherung der Erbinformationen oder sind für Signalübertragungen zuständig. cAMP ist ein Bestandteil einer ähnlich aufgebauten Stoffgruppe, bei welcher jedes einzelne Molekül besondere Funktionen im Organismus erfüllt. Das nichtcyclische Adenosinmonophosphat AMP ist beispielsweise ein Baustein der RNA. Des Weiteren ist das Triphosphat Adenosintriphosphat (ATP) unentbehrlich für den Energiestoffwechsel im Körper und gleichzeitig Ausgangsmolekül für die biochemische Synthese von cAMP.
Wo kommt cAMP vor?
Cyclisches Adenosinmonophosphat kommt in jeder lebenden Zelle vor. Es wird ständig neu gebildet, weil es im Organismus wichtige Funktionen zur Signalübertragung erfüllen muss. Zur Ausübung seiner Funktionen als sekundärer Botenstoff ist eine bestimmte Konzentration in der Zelle notwendig. Als Ausgangsstoff zur Synthese von cAMP dient Adenosintriphosphat (ATP), das zentrale Molekül des Energiestoffwechsels. Die Biosynthese von cAMP wird durch bestimmte Signalmoleküle wie spezielle Hormone (Glucagon), Neurotransmitter (u. a. Noradrenalin) oder Geruchsstoffe angeregt. Dazu aktivieren diese den G-Protein-gekoppelten Rezeptor, der dann die Umwandlung von ATP in cAMP durch die Stimulierung des Enzyms Adenylylcyclase veranlasst.
Welche Funktionen übt cAMP im Organismus aus?
Das Molekül cAMP hat die Aufgabe, Proteinkinasen zu aktivieren. Proteinkinasen sind für die Phosphorylierung von Aminosäuren in Proteinen verantwortlich. Die phosphorylierten Proteine verändern dadurch ihre Eigenschaften und werden entweder in ihrer Funktion aktiviert oder inaktiviert. Es gibt mehrere Arten von Proteinkinasen. Das Molekül cAMP ist jedoch speziell für die Stimulierung der Proteinkinase A verantwortlich. Proteinkinase A gehört zu den sogenannten Serin- oder Threonin-Kinasen, bei denen die Hydroxylgruppen der Aminosäuren Serin und Threonin phosphoryliert werden. Die Aktivierung der Proteinkinase A ist von der Konzentration und dem Aufenthaltsort von cAMP in der Zelle abhängig. Sie unterliegt einem Regulationsmechanismus, bei dem der cAMP-Spiegel durch das Enzym Phosphodiesterase (PDE) kontrolliert wird.
Die durch cAMP aktivierte Proteinkinase A kann folgende biologische Funktionen ausüben:
Stimulierung des Fettabbaus zu Fettsäuren und Glycerin
Hemmung der Fettsäuresynthese durch Blockade der Acetyl-CoA-Carboxylase
Aktivierung von Genen durch die Stimulierung von Transkriptionsfaktoren
Aktivierung der Glukogenlyse (Abbau von Glukogen in Glukose)
Veränderungen von Synapsen
Überwachung der Ionenkanäle
Stimulierung der Ausschüttung von Gewebshormonen
Wenn es zur Hemmung des Enzyms Phosphodiesterase kommt, kann die Konzentration von cAMP nicht ausreichend gesenkt werden. Da Koffein einen hemmenden Einfluss auf dieses Enzym besitzt, können dessen bekannten Wirkungen auf den Organismus teilweise damit erklärt werden.