Glicóxeno sintase
A glicóxeno sintase (ou UDP-glicosa-glicóxeno glicosiltransferase) é un encima que cataliza a unión de unidades de glicosa a unha cadea de glicóxeno en crecemento. O encima toma curtos polímeros de glicosa e convérteos en polímeros longos engadindo unha a unha unidades de glicosa que chegan en forma de UDP-glicosa (en humanos).
| glicóxeno (amidón) sintase | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
| Estrutura cristalina da glicóxeno sintase 1 de Agrobacterium tumefaciens[1] | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Número EC | 2.4.1.11 | ||||||||
| Número CAS | 9014-56-6 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | entrada de BRENDA | ||||||||
| ExPASy | vista de NiceZyme | ||||||||
| KEGG | entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCyc | vía metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum | ||||||||
| Gene Ontology | AmiGO / EGO | ||||||||
| |||||||||
É un encima glicosiltransferase (EC 2.4.1.11) que cataliza a reacción:
O ΔG0 ' da reacción é de 13,4kJmol−1. O encima establece enlaces glicosídicos α-1,4 no extremo redutor das cadeas en crecemento de glicóxeno ramificado. Tamén corta o enlace éster entre a posición C1 da glicosa e o pirofosfato da UDP-glicosa. A glicóxeno sintetase non cataliza a formación dos puntos de ramificación do glicóxeno (con enlace glicosídico α-1,6), do cal se encarga o encima ramificador do glicóxeno, que é unha glicosil transferase especial, pero unha vez que este encima fai o inicio dunha nova rama, a glicóxeno sintase pode agrandar esa rama.
O encima converte o exceso de residuos de glicosa nunha cadea polimérica de glicóxeno para o seu almacenamento. A súa presenza é máxima 30-60 minutos [2] despois do exercicio intenso para recuperar as reservas de glicóxeno gastadas. É un encima chave na glicoxenoxénese.
Estrutura
editarAínda que se fixeron moitos estudos sobre o encima que degrada o glicóxeno, a glicóxeno fosforilase [3] téñense feito moitos menos sobre o encima que o sintetiza, a glicóxeno sintase. Porén, a estrutura cristalina da glicóxeno sintase de Agrobacterium tumefaciens, foi determinada a unha resolución de 2,3 Å.[4] Na súa forma asimétrica, a glicóxeno sintase atópase en forma de dímero, con monómeros compostos por dous dominios con pregamento rossman. Esta propiedade estrutural, entre outras, é compartida con encimas relacionados, como a glicóxeno fosforilase e outras glicosiltransferases da superfamilia GT-B.[5]
Os encimas do tipo da glicóxeno sintases poden clasificarse en dúas grandes familias proteicas segundo a especie de que procedan. A primeira familia (GT3), que é propia de mamíferos e lévedos, ten un peso de aproximadamente 80 kDa, utiliza a UDP-glicosa como doante de azucre, e é regulada por fosforilación e unión de ligandos.[6] A segunda familia (GT5), que é propia de bacterias e plantas, é de aproximdamente 50 kDA, e utiliza a ADP-glicosa como doante de azucre, e non está regulada [7]; nas bacterias produce glicóxeno e amidón (chámase glicóxeno (amidón) sintase ou amidón sintase EC 2.4.1.21) e nas plantas amidón (amidón sintase).
Mecanismo
editarAínda non se coñecen ben os mecanismos catalíticos utilizados pola glicóxeno sintase. As similitudes estruturais coa glicóxeno fosforilase nos sitios catalítico e de unión ao substrato suxiren que o mecanismo de síntese é similar en ambos os encimas.[4]
Función
editarSintetiza o glicóxeno e xoga un importante papel biolóxico na regulación dos niveis de glicóxeno/glicosa.
Nun recente estudo con ratos modificados xeneticamente, o sobreexpresión da glicóxeno sintase [8] e a sobreexpresión da fosfatase [9] orixinaban uns niveis excesivos de almacenemento de glicóxeno.
Isoencimas
editarNos humanos hai dous isoencimas parálogos da glicóxeno sintase:
| isoencima | distribución nos tecidos | xene |
|---|---|---|
| glicóxeno sintase 1 | músculo e outros tecidos | GYS1 [10] |
| glicóxeno sintase 2 | fígado | GYS2[11] |
O isoencima hepático só se expresa no fígado, pero o isoencima muscular está amplamente distribuído. O glicóxeno do fígado serve como un reservorio para manter os niveis de glicosa sanguíneos durante o xaxún, mentres que para a síntese de glicóxeno muscular utilízase ata o 90% da glicosa inxerida, e funciona como unha reserva que proporciona enerxía durante a actividade intensa.[12]
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Regulación
editarA actividade deste encima está moi regulada por efectores alostéricos como a glicosa 6-fosfato, por reaccións de fosforilación, e desencadeada indirectamente pola hormona insulina, que segrega o páncreas. A fosforilación da glicóxeno sintase fai decrecer a súa actividade.
O control da glicóxeno sintase é un paso chave na regulación do metabolismo do glicóxeno e o almacenamento da glicosa. A glicóxeno sintase está regulada indirectamente pola glicóxeno sintase quinase 3 (GSK-3), a proteína quinase activada por AMP (AMPK) e a proteína quinase A (PKA). Cada unha destas proteína quinases fan que a glicóxeno sintase se fosforile e quede inactiva cataliticamente. Os sitios de fosforilación da glicóxeno sintase son os que se resumen abaixo:
| Nome | Sitio de fosforilación | Quinase | Referencia(s) |
|---|---|---|---|
| Sitio 1a | PKA | ,[13][14] | |
| Sitio 1b | PKA | ,[13][14] | |
| Sitio 2 | Serina 7 | AMPK | ,[15][16] |
| Sitio 2a | Serina 10 | CK2 | |
| Sitio 3a | Serina 641 | GSK3 | [17] |
| Sitio 3b | Serina 645 | GSK3 | [17] |
| Sitio 3c | Serina 649 | GSK3 | [17] |
| Sitio 3d | Serina 653 | GSK3 | [17] |
| Sitio 4 | Serina 727 |
Estas quinases regulatorias inactivan a glicóxeno sintase fosforilándoa no residuo 25 N-terminal e no 120 C-terminal.[4] A glicóxeno sintase é tamén regulada pola proteína fosfatase 1 (PP1), que a activa por desfosforilación.[18] A proteína fosfatase 1 (PP1) é dirixida ao gránulo de glicóxeno por catro subunidades seguintes: GM, GL, PTG e R6. Estes encimas regulatorios están regulados polas vías de sinalización da insulina e o glicagón.
Patoloxía
editarAs mutacións no xene GYS2 están asociadas coa enfermidade de almacenamento de glicóxeno de tipo 0.[19] Nos humanos, os defectos no control estrito da captación e consumo de glicosa están tamén asociados coa diabetes e hiperglicemia. Os pacientes con diabetes tipo 2 normalmente mostran baixos niveis de almacenamento de glicóxeno debido a impedimentos na síntese de glicóxeno estimulado pola insulina e a supresión da glicoxenólise. A insulina estimula a glicóxeno sintase inhibindo as glicóxeno sintase qiinases ou/e activando a proteína fosfatase 1 (PP1) entre outros mecanismos.[18]
Organismos modelo
editar| Característica | Fenotipo |
|---|---|
| Viabilidade do homocigoto | Normal |
| Fertilidade | Normal |
| Peso corporal | Normal |
| Ansiedade | Normal |
| Valoración neurolóxica | Normal |
| Forza de agarre | Normal |
| Proba da placa quente (dor) | Normal |
| Anormalidades morfolóxicas | Normal |
| Calorimetría indirecta | Normal |
| Proba de tolerancia á glicosa | Anormal |
| Resposta auditiva no tronco cerebral | Normal |
| DEXA | Normal |
| Radiografía | Normal |
| Temperatura corporal | Normal |
| Morfoloxía ocular | Normal |
| Química clínica | Anormal[20] |
| Inmunoglobulinas do plasma | Normal |
| Hematoloxía | Normal |
| Linfocitos no sangue periférico | Normal |
| Proba do micronúcleo | Normal |
| Peso do corazón | Normal |
| Histopatoloxía cutánea | Normal |
| Histopatoloxía cerebral | Normal |
| Histopatoloxía ocular | Normal |
| Infección por Salmonella | Normal[21] |
| Infección por Citrobacter | Normal[22] |
| Todos as probas e análises de [23][24] |
Para o estudo da función do xene GYS2 utilizáronse organismos modelo. Creouse unha liña de ratos knockout condicional, chamada Gys2tm1a(KOMP)Wtsi[25][26] como parte do programa Consorcio dos Ratos Knockout Internacional, un proxecto para utilizar a mutaxénese de alto rendemento para xerar e distribuír animais modelo de doenzas aos científicos interesados.[27][28][29] Os animais machos e femias foron sometidos a un exame fenotípico estandarizado para determinar os efectos das delecións.[23][30] Realizáronse 26 probas e atopáronse dous fenotipos interesantes. Ratos macho adultos mutantes homocigóticos mostraban unha tolerancia á glicosa alterada, e as femias presentaban unha diminución significativa da glicosa circulante determinada na química clínica (despregar cadro).[23]
Notas
editar- ↑ PDB 1RZU; Buschazzio A, Ugalde JE, Guerin ME, Shepard W, Ugalde RA, Alzari PM (2004). "Crystal structure of glycogen synthase: homologous enzymes catalyze glycogen synthesis and degradation". EMBO J. 23 (16): 3196–3205. PMC 514502. PMID 15272305. doi:10.1038/sj.emboj.7600324.; rendered using PyMOL.
- ↑ Jentjens R, Jeukendrup A (2003). "Determinants of post-exercise glycogen synthesis during short-term recovery". Sports Med 33 (2): 117–44. PMID 12617691. doi:10.2165/00007256-200333020-00004.
- ↑ Buchbinder JL, Rath VL, Fletterick RJ (2001). "Structural relationships among regulated and unregulated phosphorylases". Annu Rev Biophys Biomol Struct. 30 (1): 191–209. PMID 11340058. doi:10.1146/annurev.biophys.30.1.191. Arquivado dende o orixinal o 30 de maio de 2020. Consultado o 29 de agosto de 2012.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Buschiazzo A, Ugalde JE, Guerin ME, Shepard W, Ugalde RA, Alzari PM (2004). "Crystal structure of glycogen synthase: homologous enzymes catalyze glycogen synthesis and degradation.". EMBO J. 23 (16): 3195–205. PMC 514502. PMID 15272305. doi:10.1038/sj.emboj.7600324.
- ↑ Coutinho PM, Deleury E, Davies GJ, Henrissat B (2003). "An evolving hierarchical family classification for glycosyltransferases". J. Mol. Biol. 328 (2): 307–17. PMID 12691742. doi:10.1016/S0022-2836(03)00307-3.
- ↑ Roach PJ (2002). "Glycogen and its Metabolism". Curr Mol Med 2 (2): 101–20. PMID 11949930. doi:10.2174/1566524024605761.
- ↑ Ball SG, Morell MK (2003). "From bacterial glycogen to starch: understanding the biogenesis of the plant starch granule". Annu Rev Plant Biol 54 (1): 207–33. PMID 14502990. doi:10.1146/annurev.arplant.54.031902.134927.
- ↑ Azpiazu I, Manchester J, Skurat AV, Roach PJ, Lawrence JC Jr (2000). "Control of glycogen synthesis is shared between glucose transport and glycogen synthase in skeletal muscle fibers". Am J Physiol Endocrinol Metab 278 (2): E234–43. PMID 10662707.
- ↑ Aschenbach WG, Suzuki Y, Breeden K, Prats C, Hirshman MF, Dufresne SD, Sakamoto K, Vilardo PG, Steele M, Kim JH, Jing SL, Goodyear LJ, DePaoli-Roach AA (2001). "The muscle-specific protein phosphatase PP1G/R(GL)(G(M))is essential for activation of glycogen synthase by exercise". J Biol Chem 276 (43): 39959–67. PMID 11522787. doi:10.1074/jbc.M105518200.
- ↑ Browner MF, Nakano K, Bang AG, Fletterick RJ (1989). "Human muscle glycogen synthase cDNA sequence: a negatively charged protein with an asymmetric charge distribution". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 86 (5): 1443–7. PMC 286712. PMID 2493642. doi:10.1073/pnas.86.5.1443.
- ↑ Westphal SA, Nuttall FQ (1992). "Comparative characterization of human and rat liver glycogen synthase". Archives of biochemistry and biophysics 292 (2): 479–86. PMID 1731614. doi:10.1016/0003-9861(92)90019-S.
- ↑ Kollberg G, Tulinius M, Gilljam T, Ostman-Smith I, Forsander G, Jotorp P, Oldfors A, Holme E (2007). "Cardiomyopathy and exercise intolerance in muscle glycogen storage disease 0". The New England Journal of Medicine 357 (15): 1507–14. PMID 17928598. doi:10.1056/NEJMoa066691.
- ↑ 13,0 13,1 Huang TS, Krebs EG (1977). "Amino acid sequence of a phosphorylation site in skeletal muscle glycogen synthetase". Biochem. Biophys. Res. Commun. 75 (3): 643–50. PMID 405007. doi:10.1016/0006-291X(77)91521-2.
- ↑ 14,0 14,1 Proud CG, Rylatt DB, Yeaman SJ, Cohen P (1977). "Amino acid sequences at the two sites on glycogen synthetase phosphorylated by cyclic AMP-dependent protein kinase and their dephosphorylation by protein phosphatase-III". FEBS Lett. 80 (2): 435–42. PMID 196939. doi:10.1016/0014-5793(77)80493-6.
- ↑ Rylatt DB, Cohen P (1979). "Amino acid sequence at the site on rabbit skeletal muscle glycogen synthase phosphorylated by the endogenous glycogen synthase kinase-2 activity". FEBS Lett. 98 (1): 71–5. PMID 107044. doi:10.1016/0014-5793(79)80154-4.
- ↑ Embi N, Parker PJ, Cohen P (1981). "A reinvestigation of the phosphorylation of rabbit skeletal-muscle glycogen synthase by cyclic-AMP-dependent protein kinase. Identification of the third site of phosphorylation as serine-7". Eur. J. Biochem. 115 (2): 405–13. PMID 6263629. doi:10.1111/j.1432-1033.1981.tb05252.x.
- ↑ 17,0 17,1 17,2 17,3 Rylatt DB, Aitken A, Bilham T, Condon GD, Embi N, Cohen P (1980). "Glycogen synthase from rabbit skeletal muscle. Amino acid sequence at the sites phosphorylated by glycogen synthase kinase-3, and extension of the N-terminal sequence containing the site phosphorylated by phosphorylase kinase". Eur. J. Biochem. 107 (2): 529–37. PMID 6772446. doi:10.1111/j.1432-1033.1980.tb06060.x.
- ↑ 18,0 18,1 Saltiel AR (2001). "New perspectives into the molecular pathogenesis and treatment of type 2 diabetes". Cell 104 (4): 517–29. PMID 11239409. doi:10.1016/S0092-8674(01)00239-2.
- ↑ Orho M, Bosshard NU, Buist NR, Gitzelmann R, Aynsley-Green A, Blümel P, Gannon MC, Nuttall FQ, Groop LC (1998). "Mutations in the liver glycogen synthase gene in children with hypoglycemia due to glycogen storage disease type 0". The Journal of Clinical Investigation 102 (3): 507–15. PMC 508911. PMID 9691087. doi:10.1172/JCI2890.
- ↑ "Clinical chemistry data for Gys2". Wellcome Trust Sanger Institute.
- ↑ "Salmonella infection data for Gys2". Wellcome Trust Sanger Institute.
- ↑ "Citrobacter infection data for Gys2". Wellcome Trust Sanger Institute.
- ↑ 23,0 23,1 23,2 Gerdin AK (2010). "The Sanger Mouse Genetics Programme: High throughput characterisation of knockout mice". Acta Ophthalmologica 88 (S248). doi:10.1111/j.1755-3768.2010.4142.x.
- ↑ Mouse Resources Portal, Wellcome Trust Sanger Institute.
- ↑ "International Knockout Mouse Consortium". Arquivado dende o orixinal o 20 de marzo de 2012. Consultado o 29 de agosto de 2012.
- ↑ "Mouse Genome Informatics".
- ↑ Skarnes WC, Rosen B, West AP, Koutsourakis M, Bushell W, Iyer V, Mujica AO, Thomas M, Harrow J, Cox T, Jackson D, Severin J, Biggs P, Fu J, Nefedov M, de Jong PJ, Stewart AF, Bradley A (2011). "A conditional knockout resource for the genome-wide study of mouse gene function". Nature 474 (7351): 337–342. doi:10.1038/nature10163. PMID 21677750.
- ↑ Dolgin E (2011). "Mouse library set to be knockout". Nature 474 (7351): 262–3. PMID 21677718. doi:10.1038/474262a.
- ↑ Collins FS, Rossant J, Wurst W (2007). "A mouse for all reasons". Cell 128 (1): 9–13. PMID 17218247. doi:10.1016/j.cell.2006.12.018.
- ↑ van der Weyden L, White JK, Adams DJ, Logan DW (2011). "The mouse genetics toolkit: revealing function and mechanism.". Genome Biol 12 (6): 224. PMC 3218837. PMID 21722353. doi:10.1186/gb-2011-12-6-224.
Véxase tamén
editarOutros artigos
editarLigazóns externas
editar- Newcastle University Centre for Cancer Education (October 9, 1997). "Glycogen synthetase". Consultado o 2007-11-05.