Những nghiờn cứu đầu tiờn của Earl Sutherland trong thập niờn 1950 đó đưa đến một tiến bộ lớn trong nhận thức của chỳng ta về việc cỏc hormon hoạt động như thế nào ở mức độ phõn tử. Mục đớch trước tiờn là xỏc định epinephrine (một catechol-amin bắt nguồn từ Tyrosine) và glucagon (một peptit cú 29 acid amin) đúng vai trũ là những tớn hiệu phõn giải glycogen, một dạng dự trữ của glucose ở cơ thểđộng vật xảy ra như thế nào. ễng đó phỏt hiện ra rằng cỏc hormon này liờn kết với cỏc thụ thể bề mặt tế bào, khởi đầu cho sự hỡnh thành của AMP vũng (cAMP) – một nucleotit nhỏ bắt nguồn từ ATP. Bản thõn cỏc hormon khụng xõm nhập vào tế bào sống mà tất cả cỏc ảnh hưởng của chỳng đến tế bào đều được thực hiện thụng qua cAMP. Như vậy, hormon đúng vai trũ là chất truyền tin thứ nhất (từ tế bào này đến tế bào khỏc) cũn cAMP đúng vai trũ là chất truyền tin thứ hai (bờn trong một tế bào).
CAMP được tổng hợp nhờ chu trỡnh biến đổi ATP: trong đú cú vai trũ của adenylate cyclase (hỡnh 6.4).
Hỡnh 6.4
Sự tổng hợp và phõn giải cAMP nhờ cỏc enzym
Nhúm 3’OH của đường ribose gắn vào nhúm α-phosphoryl của AMP để tạo ra một liờn kết 3’, 5’ phosphodieste, cựng với việc giải phúng của pyrophosphate. Adenylate cyclase là một protein màng cú kớch thước 120 kDa với nhiều đoạn chuyển màng, xỳc tỏc cho phản ứng nội phõn tử đú. Quỏ trỡnh tổng hợp cAMP, cũng giống như cGMP, là phản ứng thu nhiệt nhẹ (ΔG0’= +1,6 kcal/mol). Năng lượng được sinh ra là do sự thuỷ phõn tiếp theo của pyrophosphate dưới sự xỳc tỏc của pyrophosphatase. Sự thuỷ phõn của cả cAMP và cGMP đều là những phản ứng toả nhiệt lớn (ΔG0’= −12 kcal/mol).
Người ta đó sử dụng nhiều tiờu chuẩn thớ nghiệm để xỏc định xem cAMP cú đúng vai trũ như một chất truyền tin thứ hai trong hoạt động của một loại hormon cụ thể hay khụng.
1. Adenylate cyclase trong một tế bào đớch sẽ được kớch thớch bởi cỏc hormon tỏc động lờn thụ thể tế bào đú. Hoạt tớnh cyclase củacỏc tế bào khụng đỏp ứng sẽ khụng được kớch thớch khi khụng bổ sung hormon.
2. Sự thay đổi nồng độ cAMP trong tế bào đớch sẽ xảy ra trước hoặc cựng thời điểm cuối cựng của sự kớch thớch hormon. Sự thay đổi về lượng hormon sẽ dẫn tới sự thay đổi về nồng độ cAMP.
3. Cỏc chất ức chế phosphodiesterase cú thể hoạt động cựng với cỏc hormon làm cho cAMP như một chất truyền tin thứ hai.
4. Sự bổ sung cAMP hoặc một chất tương tự vào cỏc tế bào đớch cũng cú hiệu quả sinh học tương tự như của hormon. Thực tế cAMP khụng được sử dụng theo cỏch này vỡ lượng cAMP xõm nhập vào tế bào là rất ớt. Tuy nhiờn cỏc dẫn xuất ớt phõn cực của cAMP như dibutyryl cAMP lại cú khả năng thấm vào tế bào, thuỷ phõn cỏc liờn kết este và giải phúng cAMP.
Cỏc thớ nghiệm dựa trờn cỏc tiờu chuẩn đú đó cho thấy cAMP là một chất truyền tin thứ hai cho rất nhiều loại hormon như epinephrine và glucagon và nhiều loại khỏc (bảng 6.1).
Bảng 6.1
Cỏc hormon sử dụng cAMP như một chất truyền tin thứ hai
STT Cỏc hormon sử dụng cAMP như một chất truyền tin thứ hai 1Canx itonin 2 Chorionic gonadotropin 3 Corticotropin 4Epin ephri ne(a
dren aline) 5Cỏc horm on kớch thớch bao noón 6Gluc agon 7 Lipotropin 8Cỏc hor mon tạo thể vàn g 9Cỏc horm on kớch thớch cỏc tế bào tạo sắc tố đen 10 Norepinephrine (noradrenaline) 11Cỏc horm on tuyến cận giỏp
12 Cỏc hormon kớch thớch tuyến giỏp 13 Vasopressin
Như vậy cAMP cú ảnh hưởng rất lớn đến nhiều quỏ trỡnh diễn ra trong tế bào. Vớ dụ: nú phõn giải cỏc nhiờn liệu dự trữ, tăng sự bài tiết của cỏc acid ở màng dạ dày, dẫn đến sự
phõn tỏn của cỏc hạt sắc tốđen, làm giảm sự ngưng kết tiểu cầu, gõy ra sự mở của cỏc kờnh ion Cl-.