Фермент , разветвляющий гликоген , у человека представляет собой белок, кодируемый геном AGL . [ 5 ] Этот фермент необходим для расщепления гликогена , который служит хранилищем глюкозы в организме. Он обладает отдельной глюкозилтрансферазной и глюкозидазной активностью. [ 6 ] [ 7 ]
Вместе с фосфорилазами фермент мобилизует запасы глюкозы из отложений гликогена в мышцах и печени. Это является основным источником энергетических запасов у 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. [ 8 ] Когда распад гликогена нарушается мутациями в ферменте, разветвляющем гликоген, могут возникнуть метаболические заболевания, такие как болезнь накопления гликогена типа III . [ 6 ] [ 7 ]
Два этапа расщепления гликогена, глюкозилтрансфераза и глюкозидаза, у млекопитающих, дрожжей и некоторых бактерий выполняются одним ферментом , а у E. coli и других бактерий - двумя разными ферментами, что усложняет номенклатуру. Белки, которые катализируют обе функции, называются ферментами, разветвляющими гликоген (GDE). Когда глюкозилтрансфераза и глюкозидаза катализируются разными ферментами, ферментом, разветвляющим гликоген, обычно называют фермент глюкозидазу . В некоторой литературе фермент, способный только к глюкозидазе, называется деветвящим ферментом . [ 9 ]
Вместе с фосфорилазой ферменты, разветвляющие гликоген, участвуют в расщеплении гликогена и мобилизации глюкозы. Когда фосфорилаза расщепила ветвь гликогена до четырех остатков глюкозы, она не будет удалять дальнейшие остатки. Ферменты, разветвляющие гликоген, помогают фосфорилазе, основному ферменту, участвующему в расщеплении гликогена , в мобилизации запасов гликогена. Фосфорилаза может расщеплять только α-1,4-гликозидную связь между соседними молекулами глюкозы в гликогене, но ответвления существуют также в виде α-1,6-связей. Когда фосфорилаза достигает четырех остатков от точки ветвления, она перестает расщеплять; поскольку 1 из 10 остатков является разветвленным, расщепления только фосфорилазой будет недостаточно для мобилизации запасов гликогена. [ 10 ] [ 11 ] Прежде чем фосфорилаза сможет возобновить катаболизм, разветвляющие ферменты выполняют две функции:
4-α-D-глюканотрансфераза ( EC 2.4.1.25 ), или глюкозилтрансфераза , переносит три остатка глюкозы из ветви гликогена с четырьмя остатками в соседнюю ветвь. При этом обнажается единственный остаток глюкозы, присоединенный к цепи глюкозы посредством гликозидной связи α-1,6. [ 10 ]
Механизм разрыва связи альфа-1,6. Амило-α-1,6-глюкозидаза ( EC 3.2.1.33 ), или глюкозидаза , расщепляет оставшуюся альфа-1,6-связь, образуя глюкозу и линейную цепь гликогена. [ 10 ] Механизм, с помощью которого глюкозидаза расщепляет α-1,6-связь, до конца не известен, поскольку аминокислоты в активном центре еще не идентифицированы. Считается, что это происходит через двухэтапный механизм кислотно-основного типа с промежуточным соединением иона оксокарбения и сохранением конфигурации в глюкозе. [ 12 ] Это распространенный метод расщепления связей: кислота ниже места гидролиза дает протон, а основание 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. [ 13 ]
Таким образом, расщепляющие ферменты трансфераза и α-1,6-глюкозидаза преобразуют разветвленную структуру гликогена в линейную, открывая путь для дальнейшего расщепления фосфорилазой.
У E. coli и других бактерий функции глюкозилтрансферазы и глюкозидазы выполняются двумя разными белками. В E. coli перенос глюкозы осуществляется 4-альфа-глюканотрансферазой, белком массой 78,5 кДа, кодируемым геном malQ. [ 14 ] Второй белок, называемый расщепляющим ферментом, осуществляет расщепление α-1,6-глюкозы. Этот фермент имеет молекулярную массу 73,6 кДа и кодируется геном glgX. [ 15 ] Активность двух ферментов не всегда обязательно связана. В E. coli glgX избирательно катализирует расщепление 4-субъединичных ветвей без действия глюканотрансферазы. Продукт этого расщепления, мальтотетраоза , далее разлагается мальтодекстринфосфорилазой. [ 6 ] [ 16 ]
E. coli GlgX структурно подобен белку изоамилазе . Мономерный белок содержит центральный домен, в котором восемь параллельных бета-цепей окружены восемью параллельными альфа-нитями. В этой структуре примечательна бороздка длиной 26 ангстрем и шириной 9 ангстрем, содержащая ароматические остатки, которые, как полагают, стабилизируют четырехглюкозную ветвь перед расщеплением. [ 6 ]
Разлагающий гликоген фермент архей Sulfolobus solfataricus , treX, представляет собой интересный пример использования одного активного центра для двух видов активности: амилозидазной и глюканотрансферазной активности. TreX структурно подобен glgX, имеет массу 80 кДа и один активный сайт. [ 9 ] [ 17 ] Однако, в отличие от glgX, treX существует в растворе в виде димера и тетрамера. Олигомерная форма TreX, по-видимому, играет значительную роль в изменении формы 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 увеличена в четыре раза по сравнению с его димерной формой. [ 6 ] [ 18 ]
У млекопитающих и дрожжей один фермент выполняет обе функции разветвления. [ 19 ] Фермент, разветвляющий гликоген 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, ингибировали активность глюкозидазы, в то время как активность трансферазы заметно не менялась. [ 20 ] Фермент, разветвляющий гликоген, - единственный известный эукариотический фермент, который содержит несколько каталитических центров и активен как мономер. [ 21 ] [ 22 ]
Некоторые исследования показали, что С-концевая половина дрожжевого GDE связана с активностью глюкозидазы, тогда как N-концевая половина связана с активностью глюкозилтрансферазы. [ 19 ] В дополнение к этим двум активным сайтам AGL, по-видимому, содержит третий активный сайт, который позволяет ему связываться с полимером гликогена. [ 23 ] 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. [ 24 ]
Гипотетические сайты связывания боковой цепи
структуре GDE Candida glabrata . Сообщается о [ 25 ] Структура показала, что отдельные домены в GDE кодируют активность глюканотрансферазы и глюкозидазы. Их катализ аналогичен катализу альфа-амилазы и глюкоамилазы соответственно. Их активные центры селективны по отношению к соответствующим субстратам, обеспечивая правильную активацию GDE. Помимо активных центров GDE имеет дополнительные сайты связывания гликогена, которые важны для его рекрутирования в гликоген. Картирование вызывающих заболевание мутаций в структуре GDE позволило получить представление о болезни накопления гликогена типа III.
Официальное название гена — «амило-α-1,6-глюкозидаза, 4-α-глюканотрансфераза» с официальным обозначением AGL. AGL — это аутосомный ген, обнаруженный на хромосоме 1p21. [ 11 ] Ген AGL предоставляет инструкции для создания нескольких различных версий, известных как изоформы, фермента, разветвляющего гликоген. Эти изоформы различаются по размеру и экспрессируются в различных тканях, таких как печень и мышцы. Этот ген был изучен очень подробно, поскольку мутация в этом гене является причиной болезни накопления гликогена III типа. [ 5 ]
Ген имеет длину 85 т.п.н., имеет 35 экзонов и кодирует мРНК длиной 7,0 т.п.н. Трансляция гена начинается с экзона 3, который кодирует первые 27 аминокислот гена AGL, поскольку первые два экзона (68 т.п.н.) содержат 5'-нетранслируемую область. Экзоны 4–35 кодируют оставшиеся 1505 аминокислот гена AGL. [ 7 ]
Исследования, проведенные кафедрой педиатрии Университета Дьюка, показывают, что ген AGL человека содержит как минимум 2 промоторные области, места, где начинается транскрипция гена, что приводит к дифференциальной экспрессии изоформ, различных форм одного и того же белка, мРНК в механизм, специфичный для разных тканей. [ 23 ] [ 26 ]
Когда активность GDE нарушена, организм не может эффективно высвобождать накопленный гликоген, что может привести к болезни накопления гликогена III типа (дефицит дебранчера), аутосомно-рецессивному заболеванию. При GSD III распад гликогена неполный и наблюдается накопление аномального гликогена с короткими внешними ответвлениями. [ 27 ]
У большинства пациентов наблюдается дефицит GDE как в печени, так и в мышцах (тип IIIa), хотя у 15% пациентов сохраняется GDE в мышцах, но отсутствует в печени (тип IIIb). [ 11 ] В зависимости от местоположения мутации различные мутации в гене AGL могут влиять на разные изоформы экспрессии гена . Например, мутации, возникающие в экзоне 3, влияют на форму, которая затрагивает изоформу , которая преимущественно экспрессируется в печени; это приведет 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 ] У пациентов с типом IIIa часто наблюдаются симптомы, связанные с заболеванием печени и прогрессирующим поражением мышц, причем различия зависят от возраста начала, скорости прогрессирования и тяжести заболевания. Пациенты с типом IIIb обычно имеют симптомы, связанные с заболеванием печени. [ 30 ] Больных III типа отличают повышенные показатели печеночных ферментов при нормальном уровне мочевой кислоты и лактата в крови, в отличие от других форм ЖКБ. [ 28 ] У пациентов с поражением мышц типа IIIa мышечная слабость становится преобладающей в зрелом возрасте и может привести к гипертрофии желудочков и атрофии дистальных мышц. [ 28 ]
^ Перейти обратно: а б с Хонох Х., Сабури В., Мори Х., Окуяма М., Накада Т., Мацуура Ю. и др. (май 2008 г.). «Механизм распознавания субстрата фермента, гидролизующего альфа-1,6-глюкозидную связь, декстранглюкозидазы из Streptococcus mutans». Журнал молекулярной биологии . 378 (4): 913–922. дои : 10.1016/j.jmb.2008.03.016 . ПМИД 18395742 .
^ Перейти обратно: а б Гиллард Б.К., Нельсон Т.Е. (сентябрь 1977 г.). «Амило-1,6-глюкозидаза / 4-альфа-глюканотрансфераза: использование ингибиторов модели обратимого субстрата для изучения связывания и активных участков фермента, разветвляющего мышцы кролика». Биохимия . 16 (18): 3978–3987. дои : 10.1021/bi00637a007 . ПМИД 269742 .
^ Ямамото Э., Макино Ю., Омичи К. (май 2007 г.). «Картирование активного сайта амило-альфа-1,6-глюкозидазы в ферменте, разветвляющем гликоген печени свиньи, с использованием флуорогенных 6-O-альфа-глюкозил-мальтоолигосахаридов». Журнал биохимии . 141 (5): 627–634. дои : 10.1093/jb/mvm065 . ПМИД 17317688 .
^ Дин Дж.Х., де Барси Т., Браун Б.И., Коулман Р.А., Чен Ю.Т. (январь 1990 г.). «Иммуноблот-анализ фермента, разветвляющего гликоген, при различных подтипах болезни накопления гликогена типа III». Журнал педиатрии . 116 (1): 95–100. дои : 10.1016/S0022-3476(05)81652-X . ПМИД 2295969 .
^ Монга СП (2010). Молекулярная патология заболеваний печени (Библиотека молекулярной патологии) . Берлин: Шпрингер. ISBN 978-1-4419-7106-7 .
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: f2bb0f8d1272e115c20dd9838e691537__1722824760 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f2/37/f2bb0f8d1272e115c20dd9838e691537.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Glycogen debranching enzyme - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)
