6-fosfataza glukozowa - Glucose 6-phosphatase

6-fosfataza glukozowa.
Identyfikatory
Nr WE 3.1.3.9
Nr CAS 9001-39-2
Bazy danych
IntEnz Widok IntEnz
BRENDA Wpis BRENDY
ExPASy Widok NiceZyme
KEGG Wpis KEGG
MetaCyc szlak metaboliczny
PRIAM profil
Struktury WPB RCSB PDB PDBe Suma PDB
Ontologia genów AmiGO / QuickGO
Glukozo-6-fosforan

Glukozo-6-fosfatazę ( EC 3.1.3.9 , G6Pazy) jest enzymem , który hydrolizuje glukozo-6-fosforanu , co prowadzi do utworzenia grupy fosforanowej i wolnej glukozy. Glukoza jest następnie eksportowana z komórki przez białka błonowe transportera glukozy . Kataliza ta kończy ostatni etap glukoneogenezy i dlatego odgrywa kluczową rolę w homeostatycznej regulacji poziomu glukozy we krwi.

6-fosfataza glukozowa to kompleks wieloskładnikowych białek, w tym transporterów dla G6P, glukozy i fosforanów. Główną funkcję fosfatazy pełni podjednostka katalityczna glukozo-6-fosfatazy. U ludzi istnieją trzy izozymy podjednostki katalitycznej: glukozo 6-fosfataza-α, kodowana przez G6PC ; IGRP, kodowany przez G6PC2 ; oraz 6-fosfataza-β glukozy, kodowana przez G6PC3 .

6-fosfataza glukozowa-α i 6-fosfataza glukozowa-β są funkcjonalnymi fosfohydrolazami i mają podobną strukturę miejsca aktywnego, topologię, mechanizm działania i właściwości kinetyczne w odniesieniu do hydrolizy G6P. W przeciwieństwie do tego, IGRP prawie nie wykazuje aktywności hydrolazy i może odgrywać inną rolę w stymulowaniu wydzielania insuliny przez trzustkę.

Wanad zawierający enzym chloroperoksydazę z resztami aminokwasowymi pokazanymi w kolorze. Chloroperoksydaza zawierająca wanad ma podobną budowę i miejsce aktywne jak 6-fosfataza glukozowa. (Z pdb 1IDQ)
Położenie reszt aminokwasowych miejsca aktywnego wanadu zawierającego chloroperoksydazę pokazano w odniesieniu do powierzchni enzymu. (Z pdb 1IDQ)
Miejsce aktywne wanadu zawierające chloroperoksydazę. Reszty Lys353, Arg360, Arg490, His404 i His496 odpowiadają Lys76, Arg83, Arg170, His119 i His176 w Glc 6-Pase. (z pdb 1IDQ)

Struktura i funkcja

Chociaż nie osiągnięto jednoznacznego konsensusu, duża liczba naukowców trzyma się modelu transportu substratu, aby uwzględnić katalityczne właściwości 6-fosfatazy glukozowej. W tym modelu 6-fosfataza glukozowa ma niski stopień selektywności. Transfer glukozo-6-fosforanu jest realizowany przez białko transportowe (T1), a retikulum endoplazmatyczne (ER) zawiera struktury umożliwiające wyjście grupy fosforanowej (T2) i glukozy (T3).

6-fosfataza glukozowa składa się z 357 aminokwasów i jest zakotwiczona w retikulum endoplazmatycznym (ER) przez dziewięć helis transbłonowych. Jego N-końcowe i aktywne miejsce znajduje się po stronie światła ER, a jego C-koniec wystaje do cytoplazmy. Ze względu na ścisłe powiązanie z ER, dokładna struktura 6-fosfatazy glukozowej pozostaje nieznana. Jednak dopasowanie sekwencji wykazało, że 6-fosfataza glukozowa jest strukturalnie podobna do miejsca aktywnego chloroperoksydazy zawierającej wanad znalezionej w Curvularia inaequalis.

W oparciu o badania kinetyki pH katalizy glukozo-6-fosfatazy-α, zaproponowano, że hydroliza glukozo-6-fosforanu była zakończona przez kowalencyjny związek pośredni fosfohistydynowo-glukozo-6-fosforanowy. Miejsce aktywne glukozowej 6-fosfatazy-α początkowo zidentyfikowano dzięki obecności konserwatywnego motywu sygnatury fosforanowej, zwykle występującego w fosfatazach lipidowych, kwaśnych fosfatazach i haloperoksydazach wanadu.

Niezbędne reszty w miejscu aktywnym haloperoksydaz wanadu obejmują: Lys353, Arg360, Arg490, His404 i His496. Odpowiadające reszty w miejscu aktywnym glukozo 6-fosfatazy-α obejmują Arg170 i Arg83, które oddają jony wodorowe do fosforanu, stabilizując stan przejściowy, His119, który zapewnia proton defosforylowanemu tlenowi przyłączonemu do glukozy, oraz His176, który uzupełnia atak nukleofilowy na fosforan z wytworzeniem kowalencyjnie związanego enzymu pośredniego enzymu fosforylowego. Stwierdzono, że w obrębie chloroperoksydazy zawierającej wanad Lys353 stabilizuje fosforan w stanie przejściowym. Jednak odpowiednia reszta w glukozo 6-fosfatazie-α (Lys76) znajduje się w błonie ER, a jej funkcja, jeśli w ogóle, jest obecnie nieokreślona. Z wyjątkiem Lys76, wszystkie te reszty znajdują się po stronie luminalnej błony ER.

6-fosfataza glukozy-β jest wszechobecnie eksprymowanym, 346-aminokwasowym białkiem błonowym, które ma 36% identyczności sekwencji z 6-fosfatazą-α glukozy. W obrębie enzymu glukozo-6-fosfatazy-β, dopasowania sekwencji przewidują, że jego miejsce aktywne zawiera His167, His114 i Arg79. Podobnie do miejsca aktywnego glukozo-6-fosfatazy-α, His167 jest resztą, która zapewnia atak nukleofilowy, a His114 i Arg79 są donorami wodoru. 6-fosfataza glukozy-β jest również zlokalizowana w błonie ER, chociaż jej orientacja jest nieznana.

Mechanizm

Hydroliza glukozo-6-fosforanu rozpoczyna się nukleofilowym atakiem His176 na fosforan związany z cukrem, co skutkuje utworzeniem wiązania fosfohistydynowego i degradacją karbonylu. Ujemnie naładowany tlen przenosi następnie swoje elektrony, tworząc karbonyl i zrywając wiązanie z glukozą. Ujemnie naładowany tlen związany z glukozą jest następnie protonowany przez His119, tworząc wolną glukozę. Fosfo-półprodukt wytwarzany w reakcji między His176 a grupą fosforanową jest następnie rozbijany przez atak hydrofilowy; po dodaniu innego wodorotlenku i rozkładzie karbonylku, karbonyl jest reformowany, wyrzucając elektrony pierwotnie przekazane przez resztę His176, tworząc w ten sposób wolną grupę fosforanową i kończąc hydrolizę.

Sdfh.gif

Wyrażenie

Geny kodujące enzym są wyrażane głównie w wątrobie, korze nerkowej i (w mniejszym stopniu) w komórkach β wysp trzustkowych i błonie śluzowej jelit (zwłaszcza w okresie głodu). Według Surholta i Newsholme, 6-Pase Glc występuje w wielu różnych mięśniach w królestwie zwierząt, aczkolwiek w bardzo niskich stężeniach. Tak więc glikogen magazynowany w mięśniach nie jest zwykle dostępny dla pozostałych komórek organizmu, ponieważ glukozo-6-fosforan nie może przejść przez sarkolemmę, jeśli nie zostanie defosforylowany. Enzym odgrywa ważną rolę w okresach postu i gdy poziom glukozy jest niski. Wykazano, że głód i cukrzyca powodują dwu-, a nawet trzykrotny wzrost aktywności glukozo-6-fosfatazy w wątrobie. Aktywność 6-Pazy Glc również dramatycznie wzrasta po urodzeniu, kiedy organizm staje się niezależny od źródła glukozy matki. Ludzki gen Glc 6-Pase zawiera pięć eksonów obejmujących około 125,5 kb DNA zlokalizowanych na chromosomie 17q21.

Znaczenie kliniczne

Mutacje układu glukozo-6-fosfatazy, a konkretnie podjednostki glukozo-6-fosfatazy-α (6-fosfataza glukozowa-α), transporter 6-glukozowy (G6PT) i 6-fosfataza glukozowa-β (fosfataza 6-glukozowa- Podjednostki β lub G6PC3) prowadzą do niedoborów w utrzymaniu międzyposiłkowej homeostazy glukozy oraz funkcji i homeostazy neutrofili . Mutacje zarówno w glukozo 6-fosfatazie-α, jak iw G6PT prowadzą do choroby spichrzania glikogenu typu I (GSD 1, choroba von Gierke'a). Mówiąc konkretnie, mutacje w glukozo-6-fosfatazie-α prowadzą do choroby spichrzania glikogenu typu 1a, która charakteryzuje się akumulacją glikogenu i tłuszczu w wątrobie i nerkach, co prowadzi do hepatomegalii i renomegalii. GSD-1a stanowi około 80% przypadków GSD-1 prezentujących się klinicznie. Brak G6PT prowadzi do GSD-1b (GSD-1b), który charakteryzuje się brakiem G6PT i stanowi 20% przypadków prezentujących się klinicznie.

Rozkład różnych składników niedoboru glukozo-6-fosfatazy

Konkretna przyczyna GSD-1a wynika z nonsensownych mutacji, insercji/delecji z przesunięciem ramki odczytu lub bez lub mutacji miejsca splicingu, które występują na poziomie genetycznym. Mutacje zmiany sensu wpływają na dwie duże pętle luminalne i transbłonowe helisy 6-fosfatazy glukozowej-α, znosząc lub znacznie zmniejszając aktywność enzymu. Specyficzna przyczyna GSD-1b wynika z „ciężkich” mutacji, takich jak mutacje miejsca splicingu, mutacje przesuwające ramkę i substytucje wysoce konserwatywnej reszty, która całkowicie zniszczyła aktywność G6PT. Mutacje te prowadzą do rozpowszechnienia GSD-1, zapobiegając transportowi glukozo-6-fosforanu (G6P) do części światła ER, a także hamując konwersję G6P do glukozy wykorzystywanej przez komórkę.

Trzeci rodzaj niedoboru glukozo-6-fosfatazy, niedobór glukozo-6-fosfatazy-β, charakteryzuje się zespołem wrodzonej neutropenii , w którym neutrofile wykazują zwiększony stres retikulum endoplazmatycznego (ER), zwiększoną apoptozę, upośledzoną homeostazę energetyczną i upośledzoną funkcjonalność. Może również prowadzić do wad rozwojowych serca i układu moczowo-płciowego. Na tę trzecią klasę niedoborów wpływa również niedobór G6PT, ponieważ glukozo-6-fosfataza-β również znajduje się w świetle ER, a zatem może prowadzić do podobnych objawów niedoboru glukozo-6-fosfatazy-β, które są związane z GSD-1b. Co więcej, ostatnie badania wyjaśniły ten obszar podobieństwa między obydwoma niedoborami i wykazały, że nieprawidłowa glikozylacja występuje w obu niedoborach. Glikozylacja neutrofili ma głęboki wpływ na aktywność neutrofili, a zatem może być również klasyfikowana jako wrodzone zaburzenie glikozylacji.

Ustalono, że główną funkcją glukozo-6fosfatazy-β jest dostarczanie zawróconej glukozy do cytoplazmy granulocytów obojętnochłonnych w celu utrzymania prawidłowego funkcjonowania. Zakłócenie stosunku glukozy do G6P spowodowane znacznym spadkiem wewnątrzkomórkowych poziomów glukozy powoduje znaczne zakłócenie glikolizy i HMS . O ile nie przeciwdziała temu wychwyt glukozy pozakomórkowej, niedobór ten prowadzi do dysfunkcji neutrofili.

Wykazano, że związki wanadu, takie jak siarczan wanadylu, hamują enzym, a tym samym zwiększają wrażliwość na insulinę in vivo u diabetyków, co oceniono techniką klamry hiperinsulinowej , co może mieć potencjalne implikacje terapeutyczne

Zobacz też

Uwagi

Obrazy grafiki molekularnej wytworzono przy użyciu UCSF Chimera.

Bibliografia

Zewnętrzne linki