Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой .
Глюкозо-6-фосфатаза.
Идентификаторы
Номер ЕС3.1.3.9
Количество CAS9001-39-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Глюкозо-6-фосфат
Глюкоза

Глюкозо-6-фосфатаза ( EC 3.1.3.9 , G6Pase) - это фермент, который гидролизует глюкозо-6-фосфат , что приводит к образованию фосфатной группы и свободной глюкозы. Затем глюкоза выводится из клетки через мембранные белки-переносчики глюкозы . [1] Этот катализ завершает последний этап глюконеогенеза и, следовательно, играет ключевую роль в гомеостатической регуляции уровня глюкозы в крови. [2]

Глюкозо-6-фосфатаза представляет собой комплекс многокомпонентных белков, включая переносчики G6P, глюкозы и фосфата. Основную функцию фосфатазы выполняет каталитическая субъединица глюкозо-6-фосфатазы. У человека существует три изофермента каталитической субъединицы: глюкозо-6-фосфатаза-α, кодируемая G6PC ; IGRP, кодируемый G6PC2 ; и глюкозо-6-фосфатаза-β, кодируемая G6PC3 . [3]

Глюкозо-6-фосфатаза-α и глюкозо-6-фосфатаза-β являются функциональными фосфогидролазами и имеют схожую структуру активного центра, топологию, механизм действия и кинетические свойства в отношении гидролиза G6P. [4] Напротив, IGRP практически не имеет гидролазной активности и может играть иную роль в стимуляции секреции инсулина поджелудочной железы. [5]

Фермент хлоропероксидаза, содержащий ванадий, аминокислотные остатки показаны цветом. Ванадийсодержащая хлоропероксидаза имеет такую ​​же структуру и активный центр, что и глюкозо-6-фосфатаза (из pdb 1IDQ).
Положение аминокислотных остатков активного центра ванадийсодержащей хлоропероксидазы показано по отношению к поверхности фермента (из pdb 1IDQ)
Активный центр ванадийсодержащей хлоропероксидазы. Остатки Lys353, Arg360, Arg490, His404 и His496 соответствуют Lys76, Arg83, Arg170, His119 и His176 в Glc 6-Pase. (Из pdb 1IDQ)

Структура и функции [ править ]

Хотя четкого консенсуса достичь не удалось, большое количество ученых придерживаются модели транспорта субстрата для объяснения каталитических свойств глюкозо-6-фосфатазы. В этой модели глюкозо-6-фосфатаза имеет низкую степень селективности. Перенос глюкозо-6-фосфата осуществляется белком-переносчиком (T1), а эндоплазматический ретикулум (ER) содержит структуры, обеспечивающие выход фосфатной группы (T2) и глюкозы (T3). [6]

Глюкозо-6-фосфатаза состоит из 357 аминокислот и прикреплена к эндоплазматическому ретикулуму (ER) девятью трансмембранными спиралями. Его N-конец и активный сайт находятся на стороне просвета ER, а его C-конец выступает в цитоплазму. Из-за его тесной связи с ER точная структура глюкозо-6-фосфатазы остается неизвестной. Однако выравнивание последовательностей показало, что глюкозо-6-фосфатаза структурно сходна с активным центром ванадийсодержащей хлоропероксидазы, обнаруженной у Curvularia inaequalis. [7]

На основании исследований pH-кинетики катализа глюкозо-6-фосфатазы-α было предложено, чтобы гидролиз глюкозо-6-фосфата завершался через промежуточное соединение ковалентного фосфогистидина и глюкозо-6-фосфата. Активный центр глюкозо-6-фосфатазы-α был первоначально идентифицирован по присутствию консервативного мотива фосфатной сигнатуры, обычно обнаруживаемого в липид-фосфатазах, кислых фосфатазах и галопероксидазах ванадия. [4]

Существенные остатки в активном центре галопероксидазы ванадия включают: Lys353, Arg360, Arg490, His404 и His496. Соответствующие остатки в активном центре глюкозо-6-фосфатазы-α включают Arg170 и Arg83, которые отдают ионы водорода фосфату, стабилизируя переходное состояние, His119, который обеспечивает протон дефосфорилированному кислороду, присоединенному к глюкозе, и His176, который завершает нуклеофильная атака на фосфат с образованием ковалентно связанного промежуточного фосфорильного фермента. [1]Было обнаружено, что в составе ванадий-содержащей хлоропероксидазы Lys353 стабилизирует фосфат в переходном состоянии. Однако соответствующий остаток в глюкозо-6-фосфатазе-α (Lys76) находится внутри мембраны ER, и его функция, если таковая имеется, в настоящее время не определена. За исключением Lys76, все эти остатки расположены на просветной стороне мембраны ER. [4]

Глюкозо 6-фосфатаза-β представляет собой повсеместно экспрессируемый мембранный белок из 346 аминокислот, который имеет 36% идентичность последовательности с глюкозо-6-фосфатазой-α. В ферменте глюкозо-6-фосфатаза-β выравнивание последовательностей предсказывает, что его активный сайт содержит His167, His114 и Arg79. Подобно активному сайту глюкозо-6-фосфатазы-α, His167 является остатком, который обеспечивает нуклеофильную атаку, а His114 и Arg79 являются донорами водорода. Глюкозо-6-фосфатаза-β также локализуется в мембране ER, хотя ее ориентация неизвестна. [4]

Механизм [ править ]

Гидролиз глюкозо-6-фосфата начинается с нуклеофильной атаки His176 на связанный с сахаром фосфат, что приводит к образованию фосфогистидиновой связи и деградации карбонила. Отрицательно заряженный кислород затем передает свои электроны, преобразовывая карбонил и разрывая его связь с глюкозой. Отрицательно заряженный кислород, связанный с глюкозой, затем протонируется His119, образуя свободную глюкозу. Промежуточное соединение фосфора, образующееся в результате реакции между His176 и фосфатной группой, затем разрушается гидрофильной атакой; после добавления другого гидроксида и разложения карбонила карбонил реформируется, отбрасывая электроны, первоначально отданные остатком His176, тем самым создавая свободную фосфатную группу и завершая гидролиз. [1]

Выражение [ править ]

Гены, кодирующие фермент, в основном экспрессируются в печени, в коре почек и (в меньшей степени) в β-клетках островков поджелудочной железы и слизистой оболочки кишечника (особенно во время голодания). [6] Согласно Сурхолту и Ньюсхолму, Glc 6-Pase присутствует в самых разных мышцах животного мира, хотя и в очень низких концентрациях. [8] Таким образом, гликоген, который накапливается в мышцах, обычно недоступен для остальных клеток организма, поскольку глюкозо-6-фосфат не может проникать через сарколемму.если он не дефосфорилирован. Фермент играет важную роль в периоды голодания и при низком уровне глюкозы. Было показано, что голодание и диабет вызывают увеличение активности глюкозо-6-фосфатазы в печени в два-три раза. [6] Активность Glc 6-Pase также резко возрастает при рождении, когда организм становится независимым от материнского источника глюкозы. Ген Glc 6-Pase человека содержит пять экзонов, охватывающих ДНК длиной примерно 125,5 т.п.н., расположенных на хромосоме 17q21. [9]

Клиническое значение [ править ]

Мутации в системе глюкозо-6-фосфатазы, а именно субъединицы глюкозо-6-фосфатазы-α (глюкозо-6-фосфатаза-α), переносчика глюкозы-6 (G6PT) и глюкозо-6-фосфатазы-β (глюкозо-6-фосфатаза-α). β или G6PC3) субъединицы приводят к недостаткам в поддержании межрандиального гомеостаза глюкозы, а также функции и гомеостаза нейтрофилов . [10] [11] Мутации как в глюкозо-6-фосфатазе-α, так и в G6PT приводят к болезни накопления гликогена I типа (GSD 1, болезнь фон Гирке). [12] Если быть точным, мутации глюкозо-6-фосфатазы-α приводят к болезни накопления гликогена типа 1a, которая характеризуется накоплением гликогена и жира в печени и почках, что приводит к гепатомегалии.и реномегалия. [13] GSD-1a составляет примерно 80% клинических случаев GSD-1. [14] Отсутствие G6PT приводит к GSD-1b (GSD-1b), который характеризуется отсутствием G6PT и составляет 20% клинических случаев. [14] [15]

Нарушение различных компонентов дефицита системы глюкозо-6-фосфатазы

Конкретная причина GSD-1a проистекает из бессмысленных мутаций, вставок / делеций со сдвигом рамки считывания или без него, или мутаций сайта сплайсинга, которые происходят на генетическом уровне. [6] Миссенс-мутации влияют на две большие люминальные петли и трансмембранные спирали глюкозо-6-фосфатазы-α, отменяя или значительно снижая активность фермента. [6] Конкретная причина GSD-1b проистекает из «тяжелых» мутаций, таких как мутации сайта сплайсинга, мутации со сдвигом рамки считывания и замены высококонсервативного остатка, которые полностью разрушают активность G6PT. [6] Эти мутации приводят к преобладанию GSD-1, предотвращая транспорт глюкозо-6-фосфата (G6P) в просветную частьER, а также ингибирование превращения G6P в глюкозу, которая будет использоваться клеткой.

Третий тип дефицита глюкозо-6-фосфатазы, дефицит глюкозо-6-фосфатазы-β, характеризуется синдромом врожденной нейтропении, при котором нейтрофилы проявляют повышенный стресс эндоплазматического ретикулума (ER), повышенный апоптоз, нарушение энергетического гомеостаза и нарушение функциональности. [16] Это также может привести к сердечным и урогенитальным порокам. [17] На этот третий класс дефицита также влияет дефицит G6PT, поскольку глюкозо-6-фосфатаза-β также находится в просвете ER и, таким образом, может приводить к аналогичным симптомам дефицита глюкозо-6-фосфатазы-β, связанным с GSD- 1b. [15] Кроме того, недавние исследования выяснили эту область сходства между обоими недостатками и показали, что аберрантное гликозилированиевозникает при обоих недостатках. [18] Гликозилирование нейтрофилов оказывает сильное влияние на активность нейтрофилов и, таким образом, также может быть классифицировано как врожденное нарушение гликозилирования. [18]

Было установлено, что основная функция глюкозо-6-фосфатазы-β заключается в обеспечении рециклированной глюкозы в цитоплазме нейтрофилов для поддержания нормальной функции. Нарушение соотношения глюкозы к G6P из-за значительного снижения внутриклеточных уровней глюкозы вызывает значительное нарушение гликолиза и HMS . [11] Если не противодействовать поглощению внеклеточной глюкозы, этот дефицит приводит к дисфункции нейтрофилов. [11]

Было показано, что соединения ванадия, такие как ванадилсульфат , ингибируют фермент и, таким образом, повышают чувствительность к инсулину in vivo у диабетиков, по оценке гиперинсулинемического зажима , что может иметь потенциальное терапевтическое значение [19] [20]

См. Также [ править ]

  • Гексокиназа
  • G6PC
  • G6PC2
  • G6PC3

Примечания [ править ]

Изображения молекулярной графики были получены с использованием UCSF Chimera. [21]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Гош А., Ши Дж. Дж., Пан Си Джей, Сан М. С., Чжоу Дж. Й. (сентябрь 2002 г.). «Каталитический центр глюкозо-6-фосфатазы. HIS176 представляет собой нуклеофил, образующий промежуточное соединение фосфогистидин-фермент во время катализа» . Журнал биологической химии . 277 (36): 32837–42. DOI : 10.1074 / jbc.M201853200 . PMID  12093795 .
  2. ^ Нордли Р. и др. (1985). Ферменты биологических мембран, 2-е издание . Нью-Йорк: Пленум Пресс. С. 349–398. ISBN 0-306-41453-8.
  3. ^ Hutton JC, O'Brien RM (октябрь 2009). «Семейство генов каталитической субъединицы глюкозо-6-фосфатазы» . Журнал биологической химии . 284 (43): 29241–5. DOI : 10.1074 / jbc.R109.025544 . PMC 2785553 . PMID 19700406 .  
  4. ^ a b c d Ghosh A, Shieh JJ, Pan CJ, Chou JY (март 2004 г.). «Гистидин 167 является акцептором фосфата в глюкозо-6-фосфатазе-бета, образуя промежуточный фермент фосфогистидин во время катализа» . Журнал биологической химии . 279 (13): 12479–83. DOI : 10.1074 / jbc.M313271200 . PMID 14718531 . 
  5. ^ Shieh JJ, Pan CJ, Mansfield BC, Chou JY (сентябрь 2005). «В специфическом для островков белке, родственном глюкозо-6-фосфатазе, антигенная последовательность бета-клеток, на которую нацелена при диабете, не ответственна за потерю активности фосфогидролазы» . Диабетология . 48 (9): 1851–9. DOI : 10.1007 / s00125-005-1848-6 . PMID 16012821 . 
  6. ^ a b c d e f van Schaftingen E, Gerin I (март 2002). «Глюкозо-6-фосфатазная система» . Биохимический журнал . 362 (Pt 3): 513–32. DOI : 10.1042 / 0264-6021: 3620513 . PMC 1222414 . PMID 11879177 .  
  7. ^ Pan CJ, Lei KJ, Аннаби B, Hemrika W, Chou JY (март 1998). «Трансмембранная топология глюкозо-6-фосфатазы» . Журнал биологической химии . 273 (11): 6144–8. DOI : 10.1074 / jbc.273.11.6144 . PMID 9497333 . 
  8. ^ Surholt, B; Ньюсхолм, EA (15 сентября 1981 г.). «Максимальная активность и свойства глюкозо-6-фосфатазы в мышцах позвоночных и беспозвоночных» . Биохимический журнал . 198 (3): 621–9. DOI : 10.1042 / bj1980621 . PMC 1163310 . PMID 6275855 .  
  9. ^ Angaroni CJ де Кремер RD, Argaraña CE, Paschini-Capra А.Е., Гинер-Айала А.Н., Pezza RJ, Пан CJ, Chou JY (ноябрь 2004 г.). «Болезнь накопления гликогена типа Ia в Аргентине: две новые мутации глюкозо-6-фосфатазы, влияющие на стабильность белка». Молекулярная генетика и метаболизм . 83 (3): 276–9. DOI : 10.1016 / j.ymgme.2004.06.010 . PMID 15542400 . 
  10. ^ Chou JY, июнь HS, Mansfield BC (декабрь 2010). «Болезнь накопления гликогена типа I и дефицит глюкозо-6-фосфатазы-β: этиология и терапия» . Обзоры природы. Эндокринология . 6 (12): 676–88. DOI : 10.1038 / nrendo.2010.189 . PMC 4178929 . PMID 20975743 .  
  11. ^ a b c Jun HS, Lee YM, Cheung YY, McDermott DH, Murphy PM, De Ravin SS, Mansfield BC, Chou JY (октябрь 2010 г.). «Отсутствие рециркуляции глюкозы между эндоплазматическим ретикулумом и цитоплазмой лежит в основе клеточной дисфункции глюкозо-6-фосфатаз-бета-дефицитных нейтрофилов при синдроме врожденной нейтропении» . Кровь . 116 (15): 2783–92. DOI : 10.1182 / кровь-2009-12-258491 . PMC 2974586 . PMID 20498302 .  
  12. ^ Страйер, Люберт; Берг, Джереми Марк; Тимочко, Джон Л. (2007). Биохимия . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-8724-2.
  13. ^ Пагон Р.А., Берд Т.Д., Долан С.Р. и др. (1993). «Заболевание накопления гликогена I типа». PMID 20301489 .  Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  14. ^ a b Chou JY, Matern D, Mansfield BC, Chen YT (март 2002). «Заболевания накопления гликогена I типа: нарушения комплекса глюкозо-6-фосфатазы». Современная молекулярная медицина . 2 (2): 121–43. DOI : 10.2174 / 1566524024605798 . PMID 11949931 . 
  15. ^ a b Фруассар Р., Пиро М., Буджемлин А.М., Виани-Сабан С., Пети Ф, Хуберт-Бурон А., Эбершвайлер П. Т., Гайдос В., Лабрун П. (2011). «Дефицит глюкозо-6-фосфатазы» . Журнал "Орфанет редких болезней" . 6 : 27. DOI : 10,1186 / 1750-1172-6-27 . PMC 3118311 . PMID 21599942 .  
  16. ↑ Jun HS, Lee YM, Song KD, Mansfield BC, Chou JY (апрель 2011 г.). «G-CSF улучшает функцию нейтрофилов, дефицитных по G6PC3, путем модуляции апоптоза и энергетического гомеостаза» . Кровь . 117 (14): 3881–92. DOI : 10.1182 / кровь-2010-08-302059 . PMC 3083300 . PMID 21292774 .  
  17. ^ Boztug К, Appaswamy G, Ashikov А, Шеффер А.А., Зальцер U, Diestelhorst Дж, Germeshausen М, Брандес G, Ли-Gossler Дж, Ноян Ж, Gatzke А.К., Минков М., Грейл Дж, Крац С, Petropoulou Т, Pellier Я , Bellanné-Chantelot C, Rezaei N, Mönkemöller K, Irani-Hakimeh N, Bakker H, Gerardy-Schahn R, Zeidler C, Grimbacher B., Welte K, Klein C (январь 2009 г.). «Синдром с врожденной нейтропенией и мутациями в G6PC3» . Медицинский журнал Новой Англии . 360 (1): 32–43. DOI : 10.1056 / NEJMoa0805051 . PMC 2778311 . PMID 19118303 .  
  18. ^ a b Hayee B, Антонопулос A, Мерфи EJ, Rahman FZ, Sewell G, Smith BN, McCartney S, Furman M, Hall G, Bloom SL, Haslam SM, Morris HR, Boztug K, Klein C, Winchester B, Pick E , Линч округ Колумбия, Гейл Р. Э., Смит А. М., Делл А., Сигал А. В. (июль 2011 г.). «Мутации G6PC3 связаны с основным дефектом гликозилирования: новым механизмом дисфункции нейтрофилов» . Гликобиология . 21 (7): 914–24. DOI : 10.1093 / glycob / cwr023 . PMC 3110488 . PMID 21385794 .  
  19. ^ «Влияние сульфата ванадила на метаболизм углеводов и липидов у пациентов с инсулинозависимым сахарным диабетом - Метаболизм - Клинические и экспериментальные» . www.metabolismjournal.com . Дата обращения 16 июня 2015 .
  20. ^ Shehzad, Saima (1 января 2013). «Потенциальное влияние соединений ванадия на глюкозо-6-фосфатазу» . Горизонты биологии . 6 : hzt002. DOI : 10.1093 / BioHorizons / hzt002 . ISSN 1754-7431 . Архивировано из оригинального 24 апреля 2016 года . Дата обращения 16 июня 2015 . 
  21. ^ Петтерсен Э. Ф., Годдард Т. Д., Хуанг CC, Диван Г. С., Гринблатт Д. М., Мэн Э. К., Феррин Т. Е. (октябрь 2004 г.). «UCSF Chimera - система визуализации для поисковых исследований и анализа» (PDF) . Журнал вычислительной химии . 25 (13): 1605–12. DOI : 10.1002 / jcc.20084 . PMID 15264254 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Глюкозо-6-фосфатаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • G6PC , G6PC2 , G6PC3 , G6PR
  • EC 3.1.3.9