Глюкозо-6-фосфатаза

Глюкозо-6-фосфатаза (EC 3.1.3.9, G6Pase) - это фермент, который гидролизует глюкозо-6-фосфат, в результате чего фосфатной группы и свободной глюкозы. Затем глюкоза выводится из клетки через мембранные белки-переносчики глюкозы. Этот катализ завершает последний этап глюконеогенеза и, следовательно, играет ключевую роль в гомеостатической регуляции уровней глюкозы в крови.

Глюкозо-6-фосфатаза представляет собой комплекс многокомпонентных белков, включая переносчики для G6P, глюкоза и фосфат. Основную функцию фосфатазы выполняет каталитическая субъединица глюкозо-6-фосфатазы. У человека существует три изофермента каталитической субъединицы: глюкозо-6-фосфатаза-α, кодируемая G6PC ; IGRP, закодированный G6PC2 ; и глюкозо-6-фосфатаза-β, кодируемая G6PC3..

Глюкозо-6-фосфатаза-α и глюкозо-6-фосфатаза-β являются функциональными фосфогидролазами и имеют схожую структуру активного центра, топологию, механизм действия и кинетику. свойства по отношению к гидролизу G6P. Напротив, IGRP почти не имеет гидролазной активности и может играть иную роль в стимуляции секреции инсулина поджелудочной железы.

Ванадийсодержащий фермент хлоропероксидаза с аминокислотными остатками, показанными цветом. Ванадийсодержащая хлоропероксидаза имеет аналогичную структуру и активный центр, что и глюкозо-6-фосфатаза. (Из pdb 1IDQ)

Показано положение аминокислотных остатков активного центра ванадийсодержащей хлоропероксидазы 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)

Содержание

1 Структура и функция
2 Механизм
3 Выражение
4 Клиническая значимость
5 См. Также
6 Примечания
7 Ссылки
8 Внешние ссылки

Структура и функции

Хотя четкого консенсуса достичь не удалось, большое количество ученых придерживаются модели транспорта субстрата, чтобы учесть каталитические свойства глюкозо-6-фосфатаза. 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).

Глюкоза. 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 подобна активному центру ванадийсодержащей хлоропероксидазы, обнаруженной у Curvularia inaequalis.

На основании кинетических исследований pH-кинетического катализа глюкозо-6-фосфатазы-α, это Было высказано предположение, что гидролиз глюкозо-6-фосфата завершался через ковалентный фосфогистидин-глюкозо-6-фосфатный промежуточный продукт. 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.

Основные остатки в активном центре галопероксидаз 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. 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.

Глюкозо-6-фосфатаза-β представляет собой повсеместно экспрессируемый мембранный белок из 346 аминокислот, который имеет 36% идентичности последовательности с глюкозо-6-фосфатаза-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 локализована в мембране ER, хотя ее ориентация неизвестна.

Механизм

Гидролиз глюкозо-6-фосфата начинается с нуклеофильной атаки на связанный с сахаром фосфат His176, что приводит к образованию фосфогистидиновой связи и разложению 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. Промежуточный фосфат, образующийся 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.

Экспрессия

Гены, кодирующие поскольку этот фермент в первую очередь экспрессируется в печени, в коре почек и (в меньшей степени) в β-клетках островков поджелудочной железы и слизистой оболочки кишечника (особенно во время голодания). Согласно Сурхолту и Ньюсхолму, Glc 6-Pase присутствует в самых разных мышцах животного царства, хотя и в очень низких концентрациях. Таким образом, гликоген, который накапливается в мышцах, обычно недоступен для остальных клеток организма, поскольку глюкозо-6-фосфат не может пересечь 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. 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 приблизительно 125,5 т.п.н. ДНК, расположенных на хромосоме 17q21.

Клиническое значение

Мутации глюкозо-6-фосфатазной системы, а именно глюкозо-6-фосфатазы. субъединица фосфатазы-α (глюкозо-6-фосфатаза-α), глюкозо-6-переносчик (G6PT) и субъединицы глюкозо-6-фосфатазы-β (глюкозо-6-фосфатаза-β или G6PC3) приводят к дефициту в поддержании межрандиального отдела гомеостаз глюкозы и функция и гомеостаз нейтрофилов. Мутации как в глюкозо-6-фосфатазе-α, так и в G6PT приводят к болезни накопления гликогена типа I (GSD 1, болезнь фон Гирке). Точнее говоря, мутации глюкозо-6-фосфатазы-α приводят к заболеванию накопления гликогена типа 1a, которое характеризуется накоплением гликогена и жира в печени и почках, что приводит к гепатомегалии и реномегалии. GSD-1a составляет примерно 80% клинических случаев GSD-1. Отсутствие G6PT приводит к GSD-1b (GSD-1b), который характеризуется отсутствием G6PT и составляет 20% клинических случаев..

Распад различных компонентов 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 возникают на генетическом уровне. Миссенс-мутации влияют на две большие люминальные петли и трансмембранные спирали глюкозо-6-фосфатазы-α, отменяя или значительно снижая активность фермента. Специфическая 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. Эти мутации приводят к преобладанию GSD-1, предотвращая транспорт глюкозо-6-фосфата (G6P) в просветную часть ER, а также ингибируя превращение G6P в глюкоза, которая будет использоваться клеткой.

Третий тип дефицита глюкозо-6-фосфатазы, дефицит глюкозо-6-фосфатазы-β, характеризуется врожденным синдромом нейтропении, при котором нейтрофилы проявляют повышенный стресс эндоплазматического ретикулума (ER), повышенный апоптоз, нарушение энергетического гомеостаза и функциональные нарушения. Это также может привести к сердечным и урогенитальным порокам. 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. Кроме того, недавние исследования выявили эту область сходства между обоими недостатками и показали, что аберрантное гликозилирование происходит при обоих недостатках. Гликозилирование нейтрофилов оказывает сильное влияние на активность нейтрофилов и, таким образом, также может быть классифицировано как врожденное нарушение гликозилирования.

Было установлено, что основная функция глюкозо-6-фосфатазы-β - обеспечивать переработанную глюкозу в цитоплазму. нейтрофилов для поддержания нормальной функции. Нарушение соотношения глюкозы к G6P из-за значительного снижения уровней внутриклеточной глюкозы вызывает значительное нарушение гликолиза и HMS. Если не противодействовать поглощению внеклеточной глюкозы, этот дефицит приводит к дисфункции нейтрофилов.

Было показано, что соединения ванадия, такие как ванадилсульфат, ингибируют фермент и, таким образом, повышают чувствительность к инсулину in vivo у диабетиков., согласно оценке с помощью гиперинсулинемической техники зажима, которая может иметь потенциальное терапевтическое значение

См. также

Примечания

Молекулярные графические изображения были получены с использованием UCSF Chimera.

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с глюкозо-6-фосфатазой.

Глюкозо-6-фосфатаза в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)
G6PC, G6PC2, G6PC3, G6PR
EC 3.1.3.9