Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Функция и структура эукариотического фермента разветвления гликогена
AGL
Идентификаторы
ПсевдонимыAGL , GDE, амило-альфа-1, 6-глюкозидаза, 4-альфа-глюканотрансфераза
Внешние идентификаторыOMIM : 610860 MGI : 1924809 HomoloGene : 536 GeneCards : AGL
Расположение гена ( человек )
Хромосома 1 (человек)
Chr.Хромосома 1 (человека) [1]
Хромосома 1 (человек)
Геномное расположение AGL
Геномное расположение AGL
Группа1п21.2Начинать99 850 361 п.н. [1]
Конец99 924 023 п.н. [1]
Расположение гена ( Мышь )
Хромосома 3 (мышь)
Chr.Хромосома 3 (мышь) [2]
Хромосома 3 (мышь)
Геномное расположение AGL
Геномное расположение AGL
Группа3 | 3 G1Начинать116 739 999 п.н. [2]
Конец116 808 166 п.н. [2]
Генная онтология
Молекулярная функция• трансферазной активность
• трансферазной активность, передающих группы гликозильных
• гидролазы активность, действующие на гликозильной облигаций
• GO: связывание белка 0001948
• каталитической активности
• гидролазы активности
• 4-альфа-активности glucanotransferase
• amylo-альфа-1,6-глюкозидазы
• гликоген сучьев активность фермента
• углеводного связывания
• полисахарид связывания
• связывание полиубиквитиновый модификация-зависимого белка
• 4-альфа-glucanotransferase активность бета-мальтозы
Сотовый компонент• цитоплазма
• цитозоль
• комплекс изоамилазы
• внеклеточная область
• просвет секреторной гранулы
• просвет гранулы, богатый фиколином-1
• ядро клетки
• тельце включения
• саркоплазматический ретикулум
Биологический процесс• процесс биосинтеза гликогена
• катаболический процесс гликогена
• метаболизм
• дегрануляция нейтрофилов
• процесс метаболизма гликогена
• ответ на питательные вещества
• ответ на гормон
• ответ на глюкокортикоид
Источники: Amigo / QuickGO
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Entrez

178

77559

Ансамбль

ENSG00000162688

ENSMUSG00000033400

UniProt

P35573

н / д

RefSeq (мРНК)
NM_000028
NM_000642
NM_000643
NM_000644
NM_000645

NM_000646

NM_001081326
NM_001362367

RefSeq (белок)

NP_000019
NP_000633
NP_000634
NP_000635
NP_000637

н / д

Расположение (UCSC)Chr 1: 99,85 - 99,92 МбChr 3: 116,74 - 116,81 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши
4-α-глюканотрансфераза
Идентификаторы
Номер ЕС2.4.1.25
Количество CAS9032-09-1
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
амило-α-1,6-глюкозидаза
Идентификаторы
Номер ЕС3.2.1.33
Количество CAS9012-47-9
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Сучьев фермент представляет собой молекулу , которая помогает облегчить распад в гликоген , который служит в качестве хранилища глюкозы в организме, через глюкозилтрансферазы и глюкозидазы. Наряду с фосфорилазами ферменты разветвления мобилизуют запасы глюкозы из отложений гликогена в мышцах и печени. Это является основным источником запасов энергии для большинства организмов. Распад гликогена строго регулируется в организме, особенно в печени , различными гормонами, включая инсулин и глюкагон , для поддержания гомеостатического баланса уровней глюкозы в крови. [5]Когда распад гликогена нарушается мутациями в ферменте разветвления гликогена, могут возникнуть метаболические заболевания, такие как болезнь накопления гликогена III типа . [6] [7]

Глюкозилтрансфераза и глюкозидаза выполняются одним ферментом у млекопитающих, дрожжей и некоторых бактерий, но двумя разными ферментами у E. coli и других бактерий, что усложняет номенклатуру. Белки, которые катализируют обе функции, называются ферментами, разветвляющими гликоген (GDE). Когда глюкозилтрансфераза и глюкозидаза катализируются разными ферментами, «фермент, разветвляющий гликоген» обычно относится к ферменту глюкозидазы . В некоторой литературе фермент, способный действовать только на глюкозидазу, называют «ферментом разветвления». [8]

Функция [ править ]

Вместе с фосфорилазой ферменты, разветвляющие гликоген, участвуют в расщеплении гликогена и мобилизации глюкозы. Когда фосфорилаза переваривает гликогеновую ветвь до четырех остатков глюкозы, она не удаляет другие остатки. Ферменты, разветвляющие гликоген, помогают фосфорилазе, первичному ферменту, участвующему в расщеплении гликогена , мобилизации запасов гликогена. Фосфорилаза может только расщеплять α-1,4-гликозидную связь между соседними молекулами глюкозы в гликогене, но ответвления 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 только фосфорилазой будет 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 глюкозилтрансфераза переносит три остатка глюкозы от ветви гликогена с четырьмя остатками к соседней ветви. Это открывает единственный остаток глюкозы, присоединенный к цепи глюкозы через гликозидную связь α -1,6 [9]
  • Амило-α-1,6-глюкозидаза ( EC 3.2.1.33 ) или глюкозидаза расщепляет оставшуюся связь альфа-1,6, производя глюкозу и линейную цепь гликогена. [9] Механизм, с помощью которого глюкозидаза расщепляет -1,6-связь, полностью не известен, поскольку аминокислоты в активном сайте еще не идентифицированы. Считается, что он осуществляется через двухступенчатый механизм кислотно-основного типа с промежуточным ионом оксокарбения и с сохранением конфигурации в глюкозе. [11] Это распространенный метод расщепления связей кислотой ниже места гидролиза.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 [ править ]

Два фермента [ править ]

У E. coli и других бактерий функции глюкозилтрансферазы и глюкозидазы выполняются двумя разными ферментами. В E. coli перенос 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 E. coli glgX избирательно катализирует расщепление 4-субъединичных ветвей без действия глюканотрансферазы. Продукт этого расщепления, мальтотетраоза , дополнительно разлагается мальтодекстринфосфорилазой.[6] [15]

E. coli GlgX структурно похож на протеин изоамилазу . 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 ветвь из четырех глюкоз перед расщеплением. [6]

Гликоген-деградирующий фермент архей 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 [ править ]

У млекопитающих и дрожжей 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] Разветвляющий гликоген фермент - 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 активным сайтам , 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]

Сообщалось о структуре GDE Candida glabrata . [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 понимание болезни накопления гликогена типа III.

Генетическое местонахождение [ править ]

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 по созданию нескольких различных версий, известных как изоформы, фермента разветвления гликогена. Эти изоформы различаются по размеру и экспрессируются в разных тканях, таких как печень и мышцы. Этот ген изучен очень подробно, поскольку мутация в этом гене является причиной болезни накопления гликогена III типа. [25] Ген длиной 85 т.п.н., имеет 35 экзонов.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 промоторные области, участки, где начинается транскрипция гена, что приводит к дифференциальной экспрессии изоформы, различных форм одного и того же белка, мРНК специфическим образом для разных тканей. [22] [26]

Клиническое значение [ править ]

Основная статья: болезнь накопления гликогена III типа

Когда активность GDE нарушена, организм не может эффективно высвобождать накопленный гликоген, что может привести к заболеванию накопления гликогена III типа (дефицит отщепляющего вещества), 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 местоположения мутации разные мутации в гене AGL могут влиять на разные изоформы экспрессии гена . Например, мутации, происходящие в экзоне 3, влияют на форму, которая влияет на изоформу, которая в первую очередь экспрессируется в печени; это привело бы к GSD типа III. [28]

Эти различные проявления вызывают различные симптомы, которые могут быть почти неотличимы от GSD I типа, включая гепатомегалию , гипогликемию у детей, низкий рост, миопатию и кардиомиопатию . [7] [29] Пациенты с типом 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 с типом III отличаются повышенным уровнем ферментов печени, нормальным уровнем мочевой кислоты и лактата в крови, что отличается от других форм GSD. [28]У пациентов с поражением мышц типа IIIa мышечная слабость становится преобладающей в зрелом возрасте и может привести к гипертрофии желудочков и истощению дистальных мышц. [28]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c GRCh38: Ensembl, выпуск 89: ENSG00000162688 - Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ a b c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000033400 - Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:" . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Hers HG, Verhue W, Ван копыто F (октябрь 1967). «Определение амило-1,6-глюкозидазы». Евро. J. Biochem . 2 (3): 257–64. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1967.tb00133.x . PMID 6078537 . 
  6. ^ a b c d Song HN, Jung TY, Park JT, Park BC, Myung PK, Boos W, Woo EJ, Park KH (июнь 2010 г.). «Структурное обоснование специфичности короткого разветвленного субстрата гликогена, разветвляющего фермент GlgX». Белки . 78 (8): 1847–55. DOI : 10.1002 / prot.22697 . PMID 20187119 . S2CID 28334066 .  
  7. ^ a b c Бао Y, 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. DOI : 10.1006 / geno.1996.0611 . PMID 8954797 . 
  8. ↑ a b 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. DOI : 10.1074 / jbc.M802560200 . PMC 2661413 . PMID 18703518 .  
  9. ^ a b c Страйер Л., Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л. (2007). Биохимия (6-е изд.). Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-8724-2.
  10. ^ a b c Hondoh H, Saburi W, Mori H 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. DOI : 10.1016 / j.jmb.2008.03.016 . PMID 18395742 . 
  11. Перейти ↑ Chiba S (август 1997 г.). «Молекулярный механизм в альфа-глюкозидазе и глюкоамилазе». Biosci. Biotechnol. Биохим . 61 (8): 1233–9. DOI : 10.1271 / bbb.61.1233 . PMID 9301101 . 
  12. ^ Маккартер JD, Холка SG (декабрь 1994). «Механизмы ферментативного гидролиза гликозидов». Curr. Opin. Struct. Биол . 4 (6): 885–92. DOI : 10.1016 / 0959-440X (94) 90271-2 . PMID 7712292 . 
  13. ^ «4-альфа-глюканотрансфераза - Escherichia coli (штамм K12)» .
  14. ^ "Фермент разветвления гликогена - Escherichia coli O139: H28 (штамм E24377A / ETEC)" . UniProt.
  15. ^ Dauvillée D, Kinderf IS, Li Z, Kosar-Хашеми B, Samuel MS, Рэмплинг L, Шар S, Морелл MK (февраль 2005). «Роль гена glgX Escherichia coli в метаболизме гликогена» . J. Bacteriol . 187 (4): 1465–73. DOI : 10.1128 / JB.187.4.1465-1473.2005 . PMC 545640 . PMID 15687211 .  
  16. ^ "TreX - Actinoplanes sp. SN223 / 29" . UniProt.
  17. ↑ Park JT, Park HS, Kang HK, Hong JS, Cha H, Woo EJ, Kim JW, Kim MJ, Boos W, Lee S, Park KH (2008). «Олигомерные и функциональные свойства фермента разветвления (TreX) из археи Sulfobus solfataricus P2». Биокатализ и биотрансформация . 26 (1–2): 76–85. DOI : 10.1080 / 10242420701806652 . S2CID 83831481 . 
  18. ^ a b Накаяма А., Ямамото К., Табата С. (август 2001 г.). «Идентификация каталитических остатков бифункционального фермента разветвления гликогена» . J. Biol. Chem . 276 (31): 28824–8. DOI : 10.1074 / jbc.M102192200 . PMID 11375985 . 
  19. ↑ Gillard BK, White RC, Zingaro RA, Nelson TE (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. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 43517-X . PMID 6447697 . 
  20. ↑ 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. PMC 1684360 . PMID 2961257 .  
  21. ^ "Фермент разветвления гликогена - Homo sapiens (Человек)" . UniProt.
  22. ^ a b Гиллард Б.К., Нельсон Т.Э. (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. DOI : 10.1021 / bi00637a007 . PMID 269742 . 
  23. ^ Yamamoto E, Макино Y, Omichi K (май 2007). «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. DOI : 10.1093 / Jb / mvm065 . PMID 17317688 . 
  24. ^ Чжай, Литинг; Фэн, Линлинг; Ся, Линь; Инь, Хуэйонг; Сян, Сун (18.04.2016). «Кристаллическая структура фермента, разветвляющего гликоген, и понимание его катализа и болезнетворных мутаций» . Nature Communications . 7 : ncomms11229. Bibcode : 2016NatCo ... 711229Z . DOI : 10.1038 / ncomms11229 . PMC 4837477 . PMID 27088557 .  
  25. ^ «Гены (Genetic Home Справочная служба американской Национальной медицинской библиотеки» . Проверено февралем +29, 2012 .
  26. ^ Дин JH, де Барсы T, Brown Б.И., Coleman RA, Чэнь YT (январь 1990). «Иммуноблот-анализ фермента разветвления гликогена при различных подтипах болезни накопления гликогена III типа». J. Pediatr . 116 (1): 95–100. DOI : 10.1016 / S0022-3476 (05) 81652-X . PMID 2295969 . 
  27. ^ Monga SP (2010). Молекулярная патология заболеваний печени (Библиотека молекулярной патологии) . Берлин: Springer. ISBN 978-1-4419-7106-7.
  28. ^ a b 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. Инвестируйте . 98 (2): 352–7. DOI : 10.1172 / JCI118799 . PMC 507437 . PMID 8755644 .  
  29. ^ Таленте GM, Коулман Р.А., Альтер С., Бейкер Л., Браун Б.И., Кэннон Р.А. и др. (Февраль 1994 г.). «Болезнь накопления гликогена у взрослых». Анна. Междунар. Med . 120 (3): 218–26. DOI : 10.7326 / 0003-4819-120-3-199402010-00008 . PMID 8273986 . S2CID 24896145 .  
  30. ^ Кишнани П.С., Остин С.Л., Арн П., Бали Д.С., Бони А., Кейс LE и др. (Июль 2010 г.). «Руководство по диагностике и лечению болезни накопления гликогена III типа» . Генетика в медицине . 12 (7): 446–63. DOI : 10.1097 / GIM.0b013e3181e655b6 . PMID 20631546 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • GeneReviews / NCBI / NIH / UW запись о заболевании накопления гликогена типа III
  • Записи OMIM о заболевании накопления гликогена типа III
  • Гликоген + разветвление + фермент в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)