Войти
| Киназа фосфорилазы | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Каталитическая (гамма) субъединица киназы фосфорилазы | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 2.7. 11.19 | ||||||||
| Номер CAS | 9001-88-1 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | BRENDA entry | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | запись KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Киназа фосфорилазы (PhK) - это серин / треонин-специфическая протеинкиназа, который активирует гликогенфосфорилазу для высвобождения глюкозо-1-фосфата из гликогена. PhK фосфорилирует гликогенфосфорилазу по двум остаткам серина, вызывая конформационный сдвиг, который способствует более активной форме гликогенфосфорилазы «а» по сравнению с менее активной гликогенфосфорилазой b.
Белок представляет собой гексадекамерный голофермент - то есть гомотетрамер, в котором каждая субъединица представляет собой тетрамер, расположенный примерно в форме «бабочки». Каждая из субъединиц состоит из субъединиц α, β, γ и δ. Субъединица γ является участком каталитической активности фермента, в то время как другие три субъединицы выполняют регуляторные функции.
В неизмененном виде субъединицы α и β ингибируют катализ фермента, но фосфорилирование обеих этих субъединиц протеинкиназой A (PKA, или цАМФ -зависимая протеинкиназа) снижает их соответствующую ингибирующую активность. Субъединица δ представляет собой вездесущий эукариотический белок кальмодулин, который сам имеет 4 сайта связывания ионов кальция. Когда уровень кальция в цитозоле повышается до 10 M - субъединица δ претерпевает большие конформационные изменения, которые активируют активность киназы путем связывания с комплементарным гидрофобным участком на каталитической субъединице γ.
Фосфорилаза киназа была первой протеинкиназой, которая была выделена и подробно охарактеризована, впервые осуществленная Кребсом, Грейвсом и Фишером в 1950-х годах. В то время научное сообщество в основном не осознавало важность фосфорилирования белков в регуляции клеточных процессов, и многие специалисты в этой области отвергали фосфопротеины как биологически неважные. Поскольку ковалентная модификация путем фосфорилирования является широко распространенным и важным методом биохимической регуляции самых разных клеточных процессов, открытие этой реакции оказало огромное влияние на научное понимание регуляторных механизмов.
Субстрат PhK, гликогенфосфорилаза, был выделен Карлом и Герти Кори в 1930-х годах, которые определили, что существует две формы: неактивная форма b и активная форма a. Однако по неизвестным в то время причинам единственным способом выделить гликогенфосфорилазу а из мышечной ткани была бумажная фильтрация - другие методы, такие как центрифугирование, не работали. Это было критическое открытие со стороны Фишера и др. что именно присутствие ионов кальция в фильтровальной бумаге генерировало активную изоформу «а». Более поздние исследования показали, что ионы кальция на самом деле активируют киназу фосфорилазы через регуляторную субъединицу δ, что приводит к фосфорилированию гликогенфосфорилазы.
Точные детали каталитического механизма PhK все еще остаются в стадии изучения. Хотя это может показаться неожиданным, учитывая, что он был изолирован более 50 лет назад, существуют значительные трудности в изучении более мелких деталей структуры и механизма PhK из-за его большого размера и высокой степени сложности. В активном центре существует значительная гомология между PhK и другими так называемыми протеинкиназами P-петли, такими как протеинкиназа A (PKA, цАМФ-зависимая киназа). В отличие от этих других белков, которые обычно требуют фосфорилирования остатка серина или тирозина в каталитическом сайте, чтобы быть активным, каталитическая γ-субъединица PhK является конститутивно активной из-за наличия отрицательно заряженного остатка глутамата., Glu-182.
Структурные и биохимические данные предполагают, что один из возможных механизмов действия фосфорилирования гликогенфосфорилазы с помощью PhK включает прямой перенос фосфата из аденозинтрифосфата (АТФ) к субстрату серин.
Киназа фосфорилазы представляет собой гексадекамерный голофермент 1,3 МДа, хотя его размер может несколько варьироваться из-за замещения различных изоформ субъединиц посредством сплайсинга мРНК. Он состоит из четырех гомотетрамеров, каждый из которых состоит из четырех субъединиц (α, β, δ, γ). Известно, что только субъединица γ обладает каталитической активностью, а остальные выполняют регуляторные функции. Из-за нестабильности регуляторных субъединиц в растворе индивидуально кристаллизовалась только субъединица γ:
В целом субъединицы расположены в виде двух долей, ориентированных спина к спине, что было описано как «бабочка». ”Форма с симметрией D2. Каждая доля состоит из двух тетрамеров, каждый из которых состоит из субъединиц αβδγ, как описано ранее. Субъединица δ неотличима от клеточного кальмодулина, в то время как субъединицы α и β являются близкими гомологами друг друга, которые, как предполагается, возникли в результате дупликации гена и последующей дифференцировки.
Обзор регуляции фосфорилазокиназы. Физиологически фосфорилазокиназа играет важную роль в стимуляции распада гликогена на свободный глюкозо-1-фосфат путем фосфорилирования гликогенфосфорилазы и стабилизации ее активной конформации. Эта активность особенно важна для клеток печени и мышц, хотя и для различных целей. В то время как мышечные клетки обычно расщепляют гликоген для обеспечения своей немедленной активности, клетки печени отвечают за поддержание концентрации глюкозы в кровотоке. Таким образом, механизмы регуляции активности PhK несколько различаются в зависимости от типа клеток.
В общем, фермент регулируется аллостерически и путем обратимого фосфорилирования. Гормоны, нервные импульсы и сокращение мышц стимулируют высвобождение ионов кальция. Они действуют как аллостерический активатор, связываясь с δ-субъединицами киназы фосфорилазы и частично активируя активность фермента. Это связывание частично стабилизирует белок в активной форме. Киназа фосфорилазы полностью активируется, когда субъединицы β и α фосфорилируются протеинкиназой A и субъединица дельта связывается с ионами кальция.
В мышечных клетках результатом фосфорилирования субъединиц α и β с помощью PKA является цАМФ-опосредованного клеточного сигнального каскада, инициированного связыванием эпинефрина с β-адренергическими рецепторами на поверхности клетки. Кроме того, высвобождение ионов кальция из саркоплазматического ретикулума во время мышечного сокращения инактивирует ингибирующую субъединицу δ и полностью активирует PhK.
В клетках печени процесс несколько сложнее. И глюкагон, и адреналин могут запускать каскад цАМФ-ПКА, в то время как адреналин также связывается с рецептором, чтобы запустить каскад фосфоинозитидов, что приводит к высвобождению Са из эндоплазматического ретикулума.
Когда клетке необходимо остановить распад гликогена, PhK дефосфорилируется протеином фосфатазами 1 и 2, возвращая субъединицам α и β их исходную ингибирующую конфигурацию.
Дефекты в генах фосфорилазкиназ являются вызывает болезнь накопления гликогена типа IX (GSD типа IX) и GSD типа VI (ранее GSD типа VIII ), которые могут поражать печень и / или мышцы. Среди этих дефектов генов одними из наиболее распространенных являются болезни Х-сцепленной печени гликогеноз (XLG), которые можно подразделить на XLG I и XLG II. Клинически эти заболевания проявляются медленным развитием детского организма и аномальным увеличением печени. В XLG I активность PhK аномально снижена как в клетках крови, так и в клетках печени, тогда как в XLG II активность фермента снижена только в клетках печени. Оба эти заболевания вызваны мутациями в гене PHKA2, который кодирует α-субъединицу киназы фосфорилазы. В случае XLG I мутации часто являются бессмысленными мутациями, которые приводят к искаженным, нестабильным α-субъединицам, в то время как мутации в XLG II обычно представляют собой бессмысленные изменения, которые изменяют субъединицы менее серьезно. На основании биоинформатических и структурных данных некоторые предположили, что субъединицы α и β могут иметь каталитическую активность, аналогичную гликоамилазам, и что миссенс-мутации в этих областях субъединицы α могут вносить вклад в симптомы XLG II. Однако эта предполагаемая каталитическая активность еще не доказана напрямую.
