Фермент разветвления гликогена - Glycogen debranching enzyme
| 4-α-глюканотрансфераза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 2.4.1.25 | ||||||||
| Количество CAS | 9032-09-1 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| амило-α-1,6-глюкозидаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 3.2.1.33 | ||||||||
| Количество CAS | 9012-47-9 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
А расщепляющий фермент это молекула, которая помогает облегчить авария из гликоген, который служит хранилищем глюкозы в организме благодаря активности глюкозилтрансферазы и глюкозидазы. Вместе с фосфорилазы, расщепляющие ферменты мобилизуют глюкоза резервы от отложений гликогена в мышцах и печени. Это является основным источником запасов энергии для большинства организмов. Распад гликогена строго регулируется в организме, особенно в печень, различными гормонами, включая инсулин и глюкагон, чтобы поддерживать гомеостатический баланс уровня глюкозы в крови.[5] Когда распад гликогена нарушается мутациями в ферменте, разветвляющем гликоген, метаболические заболевания, такие как Болезнь накопления гликогена III типа может привести.[6][7]
Глюкозилтрансфераза и глюкозидаза выполняются одним фермент у млекопитающих, дрожжей и некоторых бактерий, но двумя разными ферментами в Кишечная палочка и другие бактерии, усложняющие номенклатуру. Белки, которые катализируют обе функции, называются ферментами, разветвляющими гликоген (GDE). Когда глюкозилтрансфераза и глюкозидаза катализируются разными ферментами, термин «фермент, расщепляющий гликоген» обычно относится к глюкозидазе. фермент. В некоторой литературе фермент, способный действовать только на глюкозидазу, называется «ферментом разветвления».[8]
Функция
Вместе с фосфорилаза, ферменты, разветвляющие гликоген, действуют в распад гликогена и мобилизация глюкозы. Когда фосфорилаза переварила ветвь гликогена до четырех остатков глюкозы, она не удалит другие остатки. Ферменты, разветвляющие гликоген, помогают фосфорилазе, первичному ферменту, участвующему в распад гликогена, в мобилизации запасов гликогена. Фосфорилаза может только расщеплять α-1,4-гликозидную связь между соседними молекулами глюкозы в гликогене, но разветвления также существуют в виде α-1,6-связей. Когда фосфорилаза достигает четырех остатков от точки ветвления, она перестает расщепляться; поскольку 1 из 10 остатков является разветвленным, расщепления одной фосфорилазой было бы недостаточно для мобилизации запасов гликогена.[9][10] Прежде чем фосфорилаза сможет возобновить катаболизм, расщепляющие ферменты выполняют две функции:
- 4-α-D-глюканотрансфераза (EC 2.4.1.25 ), или же глюкозилтрансфераза переносит три глюкозы остатки от ветви гликогена с четырьмя остатками к ближайшей ветви. Это открывает единственный остаток глюкозы, присоединенный к цепи глюкозы через α -1,6 гликозидную связь.[9]
- Амило-α-1,6-глюкозидаза (EC 3.2.1.33 ), или же глюкозидаза, расщепляет оставшуюся связь альфа-1,6, производя глюкозу и линейную цепь гликогена.[9] Механизм, с помощью которого глюкозидаза расщепляет α -1,6-связь, полностью не известен, поскольку аминокислоты в активный сайт еще не идентифицированы. Предполагается, что он будет работать через двухступенчатый механизм кислотно-основного типа помощи с оксокарбений промежуточный ион и сохранение конфигурации в глюкозе.[11] Это распространенный метод расщепления связей с помощью кислоты ниже участка гидролиз предоставить протон и основание, указанные выше, для депротинирования воды, которая затем может действовать как нуклеофил. Эти кислоты и основания представляют собой боковые цепи аминокислот в активном центре фермента. Схема механизма представлена на рисунке ниже.[12]
Таким образом, ферменты разветвления, трансфераза и α-1,6-глюкозидаза превращают разветвленную структуру гликогена в линейную, открывая путь для дальнейшего расщепления фосфорилазой.
Структура и деятельность
Два фермента
В Кишечная палочка и другие бактерии, функции глюкозилтрансферазы и глюкозидазы выполняются двумя разными ферментами. В Кишечная палочкаПеренос глюкозы осуществляется 4-альфа-глюканотрансферазой, белком 78,5 кДа, кодируемым геном malQ.[13] Второй белок, называемый ферментом разветвления, выполняет расщепление α-1,6-глюкозы. Этот фермент имеет молекулярную массу 73,6 кДа и кодируется геном glgX.[14] Активность двух ферментов не всегда сопряжена. В Кишечная палочка glgX избирательно катализирует расщепление 4-субъединичных ответвлений без действия глюканотрансферазы. Продукт этого раскола, мальтотетраоза, далее разлагается мальтодекстринфосфорилазой.[6][15]
Кишечная палочка GlgX структурно похож на белок изоамилаза. Мономерный белок содержит центральный домен, в котором восемь параллельных бета-цепей окружены восемью параллельными альфа-цепями. Примечательной в этой структуре является бороздка длиной 26 ангстрем и шириной 9 ангстрем, содержащая ароматические остатки, которые, как считается, стабилизируют четырехглюкозную ветвь перед расщеплением.[6]
Гликоген-разрушающий фермент археи Sulfolobus solfataricus, treX, представляет собой интересный пример использования одного активного сайта для двух активностей: активности амилозидазы и глюканотрансферазы. TreX структурно похож на glgX, имеет массу 80 кДа и один активный сайт.[8][16] Однако, в отличие от glgX, treX существует в растворе в виде димера и тетрамера. Олигомерная форма TreX, по-видимому, играет важную роль в изменении как формы, так и функции фермента. Считается, что димеризация стабилизирует «гибкую петлю», расположенную рядом с активным центром. Это может быть ключом к объяснению того, почему treX (а не glgX) проявляет активность глюкозилтрансферазы. Как тетрамер, каталитическая эффективность treX увеличивается в четыре раза по сравнению с его димерной формой.[6][17]
Один фермент с двумя каталитическими центрами
У млекопитающих и дрожжи, один фермент выполняет обе функции разветвления.[18] Фермент разветвления гликогена человека (ген: AGL) представляет собой мономер с молекулярной массой 175 кДа. Было показано, что два каталитических действия AGL могут функционировать независимо друг от друга, демонстрируя наличие нескольких активных центров. Эта идея была подкреплена ингибиторами активного центра, такими как полигидроксиамин, которые, как было обнаружено, ингибируют активность глюкозидазы, в то время как активность трансферазы не претерпевала заметных изменений.[19] Фермент разветвления гликогена - единственный известный эукариотический фермент, который содержит несколько каталитических центров и активен как мономер.[20][21]
Некоторые исследования показали, что C-концевая половина дрожжевого GDE связана с активностью глюкозидазы, тогда как N-концевая половина связана с активностью глюкозилтрансферазы.[18] В дополнение к этим двум активные сайты, AGL, по-видимому, содержит третий активный сайт, который позволяет ему связываться с полимером гликогена.[22] Считается, что он связывается с шестью молекулами глюкозы в цепи, а также с разветвленной глюкозой, что соответствует 7 субъединицам в активном центре, как показано на рисунке ниже.[23]
Структура Candida glabrata Сообщалось о GDE.[24] Структура показала, что отдельные домены в GDE кодируют глюканотрансферазную и глюкозидазную активности. Их катализаторы аналогичны катализаторам альфа-амилазы и глюкоамилазы соответственно. Их активные центры избирательны по отношению к соответствующим субстратам, обеспечивая правильную активацию GDE. Помимо активных сайтов GDE имеет дополнительные сайты связывания для гликогена, которые важны для его рекрутирования на гликоген. Картирование болезнетворных мутаций в структуре GDE дало представление о болезни накопления гликогена типа III.
Генетическое расположение
Официальное название гена - «амило-α- 1,6-глюкозидаза, 4- α-глюканотрансфераза» с официальным обозначением AGL. AGL - аутосомный ген, обнаруженный на хромосоме lp21.[10] Ген AGL предоставляет инструкции для создания нескольких различных версий, известных как изоформы, фермента, разветвляющего гликоген. Эти изоформы различаются по размеру и экспрессируются в разных тканях, таких как печень и мышцы. Этот ген был детально изучен, поскольку мутация в этом гене является причиной болезни накопления гликогена III типа.[25]Ген имеет длину 85 kb, имеет 35 экзоны и кодирует мРНК размером 7,0 т.п.н. Трансляция гена начинается с экзона 3, который кодирует первые 27 аминокислот гена AGL, поскольку первые два экзона (68kb) содержат 5'-нетранслируемую область. Экзоны 4-35 кодируют оставшиеся 1505 аминокислот гена AGL.[7]Исследования, проведенные кафедрой педиатрии Университета Дьюка, предполагают, что ген AGL человека содержит как минимум 2 промоторных региона, сайты, где начинается транскрипция гена, что приводит к дифференциальной экспрессии изоформы, различных форм одного и того же белка, мРНК в способ, специфичный для разных тканей.[22][26]
Клиническое значение
Когда активность GDE нарушена, организм не может эффективно высвобождать накопленный гликоген, что может привести к заболеванию накопления гликогена III типа (дефицит отщепляющегося материала), аутосомно-рецессивному заболеванию. В GSD III распад гликогена неполный и наблюдается накопление аномального гликогена с короткими внешними ветвями.[27]
У большинства пациентов наблюдается дефицит GDE как в печени, так и в мышцах (тип IIIa), хотя у 15% пациентов GDE сохраняется в мышцах, в то время как он отсутствует в печени (тип IIIb).[10] В зависимости от мутация локализации, разные мутации в гене AGL могут влиять на разные изоформы экспрессия гена. Например, мутации, происходящие в экзоне 3, влияют на форму, которая влияет на изоформа что в первую очередь выражается в печени; это привело бы к GSD типа III.[28]
Эти разные проявления вызывают различные симптомы, которые могут быть почти неотличимы от GSD I типа, включая: гепатомегалия, гипогликемия у детей низкий рост, миопатия, и кардиомиопатия.[7][29] Пациенты типа IIIa часто проявляют симптомы, связанные с заболеванием печени и прогрессирующим поражением мышц, с вариациями, обусловленными возрастом начала, скоростью прогрессирования заболевания и тяжестью. У пациентов с типом IIIb симптомы обычно связаны с заболеванием печени.[30] Пациенты типа III отличаются повышенным уровнем ферментов печени, с нормальным мочевая кислота и уровни лактата в крови, отличные от других форм GSD.[28] У пациентов с поражением мышц типа IIIa мышечная слабость становится преобладающей в зрелом возрасте и может привести к желудочковому поражению. гипертрофия истощение дистальных мышц.[28]
Рекомендации
- ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000162688 - Ансамбль, Май 2017
- ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000033400 - Ансамбль, Май 2017
- ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
- ^ «Ссылка на Mouse PubMed:». Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
- ^ Hers HG, Verhue W, Van hoof F (октябрь 1967). «Определение амило-1,6-глюкозидазы». Евро. J. Biochem. 2 (3): 257–64. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1967.tb00133.x. PMID 6078537.
- ^ а б c d Сон Х.Н., Чон Ти, Пак Джей Ти, Парк BC, Мён П. К., Боос В., Ву Э. Дж., Пак К. Х. (июнь 2010 г.). «Структурное обоснование специфичности короткого разветвленного субстрата гликогена, разветвляющего фермент GlgX». Белки. 78 (8): 1847–55. Дои:10.1002 / prot.22697. PMID 20187119.
- ^ а б c Бао Ю., Доусон Т.Л., Чен Ю.Т. (декабрь 1996 г.). «Ген фермента разветвления гликогена человека (AGL): полная структурная организация и характеристика 5'-фланкирующей области». Геномика. 38 (2): 155–65. Дои:10.1006 / geno.1996.0611. PMID 8954797.
- ^ а б Woo EJ, Lee S, Cha H, Park JT, Yoon SM, Song HN, Park KH (октябрь 2008 г.). «Структурное понимание бифункционального механизма гликоген-разветвленного фермента TreX из археи Sulfolobus solfataricus». J. Biol. Chem. 283 (42): 28641–8. Дои:10.1074 / jbc.M802560200. ЧВК 2661413. PMID 18703518.
- ^ а б c Страйер Л., Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л. (2007). Биохимия (6-е изд.). Сан-Франциско: W.H. Фримен. ISBN 978-0-7167-8724-2.
- ^ а б c Хондо Х., Сабури У., Мори Х. и др. (Май 2008 г.). «Механизм распознавания субстрата фермента, гидролизующего альфа-1,6-глюкозидные связи, декстранглюкозидазы из Streptococcus mutans». J. Mol. Биол. 378 (4): 913–22. Дои:10.1016 / j.jmb.2008.03.016. PMID 18395742.
- ^ Чиба С. (август 1997 г.). «Молекулярный механизм в альфа-глюкозидазе и глюкоамилазе». Biosci. Biotechnol. Биохим. 61 (8): 1233–9. Дои:10.1271 / bbb.61.1233. PMID 9301101.
- ^ Маккартер Дж. Д., Уизерс С. Г. (декабрь 1994 г.). «Механизмы ферментативного гидролиза гликозидов». Curr. Мнение. Struct. Биол. 4 (6): 885–92. Дои:10.1016 / 0959-440X (94) 90271-2. PMID 7712292.
- ^ «4-альфа-глюканотрансфераза - Escherichia coli (штамм К12)».
- ^ «Фермент разветвления гликогена - Escherichia coli O139: H28 (штамм E24377A / ETEC)». UniProt.
- ^ Dauvillée D, Kinderf IS, Li Z, Kosar-Hashemi B, Samuel MS, Rampling L, Ball S, Morell MK (февраль 2005 г.). «Роль гена glgX Escherichia coli в метаболизме гликогена». J. Bacteriol. 187 (4): 1465–73. Дои:10.1128 / JB.187.4.1465-1473.2005. ЧВК 545640. PMID 15687211.
- ^ "TreX - Actinoplanes sp. SN223 / 29". UniProt.
- ^ Пак Дж. Т., Пак Х. С., Кан Х. К., Хонг Дж. С., Ча Х, Ву ЭДж, Ким Дж. У., Ким МД, Боос В., Ли С., Пак К. Х. (2008). «Олигомерные и функциональные свойства фермента разветвления (TreX) из археи Sulfobus solfataricus P2». Биокатализ и биотрансформация. 26 (1–2): 76–85. Дои:10.1080/10242420701806652.
- ^ а б Накаяма А., Ямамото К., Табата С. (август 2001 г.). «Идентификация каталитических остатков бифункционального фермента, разветвляющего гликоген». J. Biol. Chem. 276 (31): 28824–8. Дои:10.1074 / jbc.M102192200. PMID 11375985.
- ^ Гиллард Б.К., Уайт Р.С., Зингаро Р.А., Нельсон Т.Э. (сентябрь 1980 г.). «Амило-1,6-глюкозидаза / 4-альфа-глюканотрансфераза. Реакция фермента разветвления мышц кролика с активным сайт-направленным необратимым ингибитором, 1-S-диметиларсино-1-тио-бета-D-глюкопиранозидом». J. Biol. Chem. 255 (18): 8451–7. PMID 6447697.
- ^ Chen YT, He JK, Ding JH, Brown BI (декабрь 1987 г.). «Фермент разветвления гликогена: очистка, характеристика антител и иммуноблот-анализ болезни накопления гликогена III типа». Являюсь. J. Hum. Genet. 41 (6): 1002–15. ЧВК 1684360. PMID 2961257.
- ^ «Фермент разветвления гликогена - Homo sapiens (Человек)». UniProt.
- ^ а б Гиллард Б.К., Нельсон Т.Е. (сентябрь 1977 г.). «Амило-1,6-глюкозидаза / 4-альфа-глюканотрансфераза: использование обратимых ингибиторов модели субстрата для изучения связывания и активных сайтов фермента, разветвляющего мышцы кролика». Биохимия. 16 (18): 3978–87. Дои:10.1021 / bi00637a007. PMID 269742.
- ^ Ямамото Е., Макино Ю., Омичи К. (май 2007 г.). «Картирование активного сайта амило-альфа-1,6-глюкозидазы в ферменте, расщепляющем гликоген печени свиньи, с использованием флуорогенных 6-O-альфа-глюкозил-мальтоолигосахаридов». J. Biochem. 141 (5): 627–34. Дои:10.1093 / jb / mvm065. PMID 17317688.
- ^ Чжай, Литинг; Фэн, Линлинг; Ся, Линь; Инь, Хуэйонг; Сян, Сун (18.04.2016). «Кристаллическая структура фермента разветвления гликогена и понимание его катализа и болезнетворных мутаций». Nature Communications. 7: ncomms11229. Дои:10.1038 / ncomms11229. ЧВК 4837477. PMID 27088557.
- ^ «Гены (справочная служба по генетическим ресурсам Национальной медицинской библиотеки США»). Получено 29 февраля, 2012.
- ^ Динг Дж. Х., де Барси Т., Браун Б. И., Коулман Р. А., Чен Ю. Т. (январь 1990 г.). «Иммуноблот-анализ фермента разветвления гликогена в различных подтипах болезни накопления гликогена III типа». J. Pediatr. 116 (1): 95–100. Дои:10.1016 / S0022-3476 (05) 81652-X. PMID 2295969.
- ^ Монга СП (2010). Молекулярная патология заболеваний печени (Библиотека молекулярной патологии). Берлин: Springer. ISBN 978-1-4419-7106-7.
- ^ а б c Шен Дж, Бао И, Лю Х.М., Ли П., Леонард Дж. В., Чен Ю. Т. (июль 1996 г.). «Мутации в экзоне 3 гена фермента, расщепляющего ответвления гликогена, связаны с болезнью накопления гликогена III типа, которая дифференциально экспрессируется в печени и мышцах». J. Clin. Вкладывать деньги. 98 (2): 352–7. Дои:10.1172 / JCI118799. ЧВК 507437. PMID 8755644.
- ^ Таленте Г.М., Колман Р.А., Альтер С., Бейкер Л., Браун Б.И., Кэннон Р.А. и др. (Февраль 1994). «Болезнь накопления гликогена у взрослых». Анна. Междунар. Med. 120 (3): 218–26. Дои:10.7326/0003-4819-120-3-199402010-00008. PMID 8273986.
- ^ Кишнани П.С., Остин С.Л., Арн П., Бали Д.С., Бони А., Кейс ЛЭ и др. (Июль 2010 г.). «Руководство по диагностике и лечению болезни накопления гликогена III типа». Генетика в медицине. 12 (7): 446–63. Дои:10.1097 / GIM.0b013e3181e655b6. PMID 20631546.
внешняя ссылка
- GeneReviews / NCBI / NIH / UW запись о болезни накопления гликогена типа III
- Записи OMIM о заболевании накопления гликогена типа III
- Гликоген + разветвление + фермент в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)
