Фосфоглюкомутаза ( EC 5.4.2.2 ) представляет собой фермент, который переносит фосфатную группу на мономере α-D- глюкозы из положения 1 в положение 6 в прямом направлении или из положения 6 в положение 1 в обратном направлении.
Фосфоглюкомутаза | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
ЕС нет. | 5.4.2.2 | |||||||
№ CAS | 9001-81-4 | |||||||
Базы данных | ||||||||
IntEnz | Просмотр IntEnz | |||||||
BRENDA | BRENDA запись | |||||||
ExPASy | Просмотр NiceZyme | |||||||
КЕГГ | Запись в KEGG | |||||||
MetaCyc | метаболический путь | |||||||
ПРИАМ | профиль | |||||||
Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
|
Точнее, он способствует взаимному превращению глюкозо-1-фосфата и глюкозо-6-фосфата .
Биологическая функция
Роль в гликогенолизе
После того, как гликогенфосфорилаза катализирует фосфоролитическое отщепление глюкозильного остатка от полимера гликогена , освобожденная глюкоза имеет фосфатную группу на своем атоме углерода с 1 атомом углерода. Эта молекула глюкозо-1-фосфата сама по себе не является полезным промежуточным продуктом метаболизма, но фосфоглюкомутаза катализирует превращение этого глюкозо-1-фосфата в глюкозо-6-фосфат (механизм этой реакции см. Ниже).
Метаболическая судьба глюкозо-6-фосфата зависит от потребностей клетки во время его образования. Если у клетки мало энергии, то глюкозо-6-фосфат будет перемещаться по гликолитическому пути , в конечном итоге давая две молекулы аденозинтрифосфата . Если клетке необходимы промежуточные продукты биосинтеза, глюкозо-6-фосфат войдет в пентозофосфатный путь , где он подвергнется ряду реакций с образованием рибоз и / или НАДФН , в зависимости от клеточных условий.
Если в печени происходит гликогенолиз, глюкозо-6-фосфат может превращаться в глюкозу с помощью фермента глюкозо-6-фосфатазы ; глюкоза, производимая в печени, затем попадает в кровоток для использования в других органах. Мышечные клетки, напротив, не имеют фермента глюкозо-6-фосфатазы, поэтому они не могут делиться своими запасами гликогена с остальным телом.
Роль в гликогенезе
Фосфоглюкомутаза также действует противоположным образом при высоком уровне глюкозы в крови. В этом случае фосфоглюкомутаза катализирует превращение глюкозо-6-фосфата (который легко образуется из глюкозы под действием гексокиназы ) в глюкозо-1-фосфат.
Этот глюкозо-1-фосфат может затем реагировать с UTP с образованием UDP-глюкозы в реакции, катализируемой UDP-глюкозо-пирофосфорилазой . Если активирован инсулин , гликоген - синтазы будет продолжаться , чтобы обрезать глюкозу от UDP-глюкозы комплекса на гликоген полимера.
Механизм реакции
Фосфоглюкомутаза влияет на сдвиг фосфорильной группы, обменивая фосфорильную группу с субстратом . [1] Эксперименты по изотопному мечению подтвердили, что эта реакция протекает через промежуточный глюкозо-1,6-бисфосфат . [2]
Первым этапом прямой реакции является перенос фосфорильной группы от фермента на глюкозо-1-фосфат с образованием глюкозо-1,6-бисфосфата и выходом дефосфорилированной формы фермента. [2] Затем фермент подвергается быстрой диффузионной переориентации, чтобы правильно расположить 1-фосфат бисфосфатного промежуточного соединения относительно дефосфорилированного фермента. [3] Взаимосвязь субстрата и скорости и тесты индуцированного транспорта показали, что дефосфорилированный фермент затем облегчает перенос фосфорильной группы от промежуточного глюкозо-1,6-бисфосфата к ферменту, регенерируя фосфорилированную фосфоглюкомутазу и давая глюкозо-6-фосфат (в прямое направление). [4] [5] Более поздние структурные исследования подтвердили, что единственным участком фермента, который становится фосфорилированным и дефосфорилируемым, является кислород серинового остатка активного центра (см. Диаграмму ниже). [6] [7] Ион двухвалентного металла , обычно магния или кадмия , необходим для ферментативной активности, и было показано, что он непосредственно образует комплекс с фосфорильной группой, этерифицированной до серина в активном центре. [8]
Это образование промежуточного глюкозо-1,6-бисфосфата аналогично взаимному превращению 2-фосфоглицерата и 3-фосфоглицерата, катализируемому фосфоглицератмутазой , в котором 2,3-бисфосфоглицерат образуется в качестве промежуточного продукта. [9]
Состав
В то время как фосфоглюкомутаза из мышц кролика послужила прототипом для большей части выяснения структуры этого фермента, более новые кристаллические структуры, полученные из бактерий, демонстрируют многие из тех же определяющих характеристик. [10] Каждый мономер фосфоглюкомутазы можно разделить на четыре домена последовательности, I-IV, в зависимости от пространственной конфигурации фермента по умолчанию (см. Изображение справа). [11]
Каждый мономер состоит из четырех различных структурных единиц α / β, каждая из которых содержит одну из четырех цепей в β-листе каждого мономера и состоит только из остатков в данном домене последовательности (см. Изображение справа). [11] Захоронение активного центра (включая Ser-116, критический остаток на ферменте, который фосфорилируется и дефосфорилируется) в гидрофобной внутренней части фермента служит для исключения контрпродуктивного гидролиза критических фосфоэфирных связей водой, в то же время позволяя субстрату взаимодействовать доступ к активному сайту. [12]
Актуальность болезни
Мышцы человека содержат две фосфоглюкомутазы с почти идентичными каталитическими свойствами, PGM I и PGM II. [13] Одна или другая из этих форм отсутствует у некоторых людей врожденно. [14]
Дефицит PGM - чрезвычайно редкое заболевание, не имеющее набора хорошо описанных физиологических симптомов. Это состояние может быть обнаружено с помощью исследования анаэробного гликолиза in vitro, которое выявляет блокировку пути производства молочной кислоты после глюкозо-1-фосфата, но до глюкозо-6-фосфата. [15]
Дефицит PGM1 известен как синдром CDG типа 1t (CDG1T, ранее известный как болезнь накопления гликогена типа 14 (GSD XIV). [16]
Гены
- PGM1 , PGM2 , PGM3 , PGM5
Смотрите также
- Мутаза
- Бета-фосфоглюкомутаза
Рекомендации
- Перейти ↑ Jagannathan V, Luck JM (июнь 1949 г.). «Фосфоглюкомутаза: II механизм действия» . Журнал биологической химии . 179 (2): 569–75. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 51252-2 . PMID 18149991 .
- ^ а б Наджар В.А., Пуллман М.Э. (май 1954 г.). «Возникновение группового переноса с участием фермента (фосфоглюкомутаза) и субстрата». Наука . 119 (3097): 631–634. Bibcode : 1954Sci ... 119..631N . DOI : 10.1126 / science.119.3097.631 . PMID 13156640 .
- ^ Рэй-младший WJ, Пек EJ (1972). «Фосфомутазы». В Boyer PD (ред.). Ферменты . Vol. 6 (3-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press. С. 407–477. DOI : 10.1016 / S1874-6047 (08) 60047-5 . ISBN 978-0-12-122706-7.
|volume=
есть дополнительный текст ( справка ) - ^ Рэй WJ, Roscelli GA (апрель 1964 г.). «Кинетическое исследование пути фосфоглюкомутазы» . Журнал биологической химии . 239 (4): 1228–36. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 91416-X . PMID 14165931 .
- ^ Бриттон Х. Г., Кларк Дж. Б. (ноябрь 1968 г.). «Механизм фосфоглюкомутазной реакции. Исследования фосфоглюкомутазы мышц кролика с помощью флюсовых методов» . Биохимический журнал . 110 (2): 161–80. DOI : 10.1042 / bj1100161 . PMC 1187194 . PMID 5726186 .
- ^ Рэй В.Дж., Милдван А.С., Груцнер Дж.Б. (декабрь 1977 г.). «Ядерно-магнитно-резонансные исследования фосфоглюкомутазы и ее комплексов с ионами металлов». Архивы биохимии и биофизики . 184 (2): 453–63. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (77) 90455-6 . PMID 23074 .
- ^ Рэй WJ, Hermodson MA, Puvathingal JM, Mahoney WC (август 1983). «Полная аминокислотная последовательность фосфоглюкомутазы мышц кролика» . Журнал биологической химии . 258 (15): 9166–74. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (17) 44646-1 . PMID 6223925 .
- ^ Рью Г.И., Рэй В.Дж., Маркли Д.Л. (январь 1984 г.). «Ферментно-связанные промежуточные продукты в превращении глюкозо-1-фосфата в глюкозо-6-фосфат фосфоглюкомутазой. Исследования ЯМР фосфора». Биохимия . 23 (2): 252–60. DOI : 10.1021 / bi00297a013 . PMID 6230103 .
- ^ Сазерленд EW, Кон M (октябрь 1949). «Механизм фосфоглюкомутазной реакции» . Журнал биологической химии . 180 (3): 1285–95. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 51242-X . PMID 18148026 .
- ^ Мехра-Чаудхари Р., Мик Дж., Таннер Дж. Дж., Хензл М. Т., Бимер Л. Дж. (Апрель 2011 г.). «Кристаллическая структура бактериальной фосфоглюкомутазы, фермента, участвующего в вирулентности множества патогенов человека» . Белки . 79 (4): 1215–29. DOI : 10.1002 / prot.22957 . PMC 3066478 . PMID 21246636 .
- ^ а б Дай Дж. Б., Лю Ю., Рэй В. Дж., Конно М. (март 1992 г.). «Кристаллическая структура мышечной фосфоглюкомутазы уточнена с разрешением 2,7 ангстрем» . Журнал биологической химии . 267 (9): 6322–37. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 42699-3 . PMID 1532581 .
- ^ Рэй В.Дж., Пуватингал Дж.М., Лю Ю.В. (июль 1991 г.). «Образование комплексов субстрата и аналога переходного состояния в кристаллах фосфоглюкомутазы после удаления кристаллизационной соли». Биохимия . 30 (28): 6875–85. DOI : 10.1021 / bi00242a011 . PMID 1829964 .
- ^ Джоши Дж. Г., Хендлер П. (июнь 1969 г.). «Фосфоглюкомутаза. VI. Очистка и свойства фосфоглюкомутаз из мышц человека» . Журнал биологической химии . 244 (12): 3343–51. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 93132-7 . PMID 4978319 .
- ^ Браун Д.Х. (1986). «Метаболизм гликогена и гликолиз в мышцах». Миология: фундаментальная и клиническая . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 673–95. ISBN 978-0-07-079570-9.
- ^ Суги Х., Кобаяши Дж., Суги Й., Ичимура М., Миямото Р., Ито Т. и др. (Апрель 1988 г.). «Инфантильная болезнь накопления гликогена в мышцах: дефицит фосфоглюкомутазы с пониженным уровнем карнитина в мышцах и сыворотке». Неврология . 38 (4): 602–5. DOI : 10,1212 / WNL.38.4.602 . PMID 2965317 . S2CID 11491932 .
- ^ «Orphanet: болезнь накопления гликогена из-за дефицита фосфоглюкомутазы» . www.orpha.net . Проверено 13 мая 2021 года .
Внешние ссылки
- Фосфоглюкомутаза в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)