Glukoza 6-fosfataza (EC broj 3.1.3.9) je enzim koji hidrolizira glukoza-6-fosfat, što rezultira stvaranjem fosfatne grupe i slobodne glukoze. Glukoza zatim izlazi iz ćelije preko glukoza transportera membranskih proteina. Završni korak ova kataliza je glukoneogeneza i glikokogenoliza i stoga igra ključnu ulogu u homeostatskoj regulaciji nivoa glukoze u krvi.[1][2][3][4][5]
Glukoza-6-fosfataza je kompleks više proteinskih komponenti, uključujući i transporter za G6P, glukozu i fosfat. Glavnu fosfataznu funkciju obavljaju glukoza-6-fosfatazne katalitske podjedinice. Kod ljudi, postoje tri izoenzimske katalitske podjedinice: glukoza-6-fosfataza-α, kodirana G6PC, IGRP, kodirana G6PC2 i glukoza-6-fosfataza-β, kodirana G6PC3.[6]
 | Neke riječi u sljedećem pasusu trebaju prijevod na bosanski jezik. |
This catalysis completes the final step in gluconeogenesis and glycogenolysis and therefore plays a key role in the homeostatic regulation of blood glucose levels.[7][8] Glukoza-6-fosfataza-α i glukoza-6-fosfataza-β su i funkcijske fosfohidrolaze, jer imaju sličnu strukturu aktivnog mjesta, topologiju, mehanizam djelovanja i kinetička svojstva, u odnosu na G6P hidrolaze. Za razliku od toga, IGRP gotovo da nema hidrolaznu aktivnost, a može imati i drugačiju ulogu u podsticanju pankreasa na lučenje insulina. Hloroperoksidaze sadrže aktivno mjesto vanadija. Ostaci Lys353, Arg360, Arg490, His404, i His496 odgovaraju Lys76, Arg83, Arg170, His119, i His176 u Glc 6-Pase. (Iz PDB 1IDQ) [9] In contrast, IGRP has almost no hydrolase activity, and may play a different role in stimulating pancreatic insulin secretion.[10]
Struktura i funkcija
Iako nije postignut jasan konsenzus, većina naučnika prodržava model odgovornosti glukoze-6-fosfataza za katalitska svojstva transporta podloge. U ovom modelu, glukoza-6-fosfataza ima nizak stupanj selektivnosti. Prijenos glukoze 6-fosfata obavlja transporterski protein (T1) i endoplazmatski retikulum (ER), koji sadrži strukture za omogućavnje izlaza iz fosfata grupe (T2) i glukoze (T3). Glukoza-6-fosfataza se sastoji od 357 aminokiselina, a usidrena je na endoplazmatfkom retikulumu (ER) od devet transmembranskih helikoida. Njen N-kraj i aktivno mjesto se nalaze na strni lumena ER i njegovih C-ktajeva u citoplazmi. Tačna struktura glukoze-6-fosfataze ostaje nepoznata, zbog njene čvrste asocijacije na ER. Međutim, usklađivanje sekvenci je pokazalo da je glukoza-6-fosfataza strukturno slična sadržaju aktivnog mjesta hloroperoksidaze vanadija u Curvularia inaequalis. Kinetičkim istraživanjima pH glukoza-6-fosfataza-α katalize, utvrđeno je da se hidroliza glukoza-6-fosfata završava preko kovalentnog međuprodukta fosfohistidin glukoza-6-fosfata. Aktivno mjesto site glukoze-6-fosfataza-α je prvobitno identificirano prisustvom znaka konzerviranog fosfatnog motiva, koji se obično nalazi u lipid fosfataz, kiseloj fosfatazi i vanadij haloperokidazama.
Essencijski ostatak u aktivnom mjestu, vanadij haloperoksidaze uključuju: Lys353, Arg360, Arg490, His404, i His496. Odgovarajući ostaci u aktivnom mjestu glukoze-6-fosfataza-α uključuju Arg170 i Arg83, koji doniraju ionom vodika na fosfatu, stabilizirajući tranziciju stanja, His119, koja daje proton na defosforilizirani kisik vezan za glukozu, te His176, koji kompletira nukleofilni napad na fosfat da se formira kovalentno vezani fosforil enzimski međuprodukt. Za vanadij kojeg sadrže hloroperoksidaze Lys353 jutvrđeno je da stabilizira fosfat u fazi tranzicije. Međutim, odgovarajući ostatak glukoza-6-fosfataza-α (Lys76) nalazi se u ER membrani, a njegove funkcije, ako ih ima, dosad su neutvrđene. Uz izuzetak Lys76, ovi ostaci nalaze se na lumena strani ER membrane. Glukoza-6-fosfataza-β je sveprisutno izražena, 346-aminokiselina membranskog proteina koji dijeli identitet 36% sekvenci s glukoza-6-fosfatazom-α. U glukoza-6-fosfataza-β enzimu, sekvenca poravnavanja predviđa aktivno mjesto stranica sadrži His167, His114, i Arg79. Slično kao i kod aktivnog mjesta glukoza-6-fosfataza-α, His167 je ostatak koji ima nukleofilni napad i His114, donor vodika je Arg79. Glukoza-6-fosfataza-β je također lokaliziran u membrani endoplazmatskog retikuluma, iako je njena orijentacija nepoznata.
Mehanizam djelovanja
Hidrolizom glukoza-6-fosfata počinje nukleofilni napad na šećer koji je vezan za fosfat His176, što rezultira u formiranjem fosfohistidinske veze i degradacije karbonila. Negativno nabijeni kisik onda prenosi svoje elektrone preoblikujući karbonil i razbijajući svoje veze sa glukozom. Negativno nabijeni kisik koji je vezan za glukozu se tada protonizira pomoću od His119, uz formiranje slobodne glukoze. U fosfo-međuproizvodu, reakcijom između His176 i fosfatne grupe je tada prekinuta hidrofilni napad; nakon toga drugog hidroksid i razgradnje karbonila, ovaj se reformira odbcivanjem elektrona prvobitno doniranih His176 ostataka, stvarajući fosfatnu grupu, uz završetak hidrolize.
Ekspresija
Geni koji kodiraju enzime se prvenstveno ispoljavaju u jetri, u korteksu bubrega i (u manjoj mjeri) u β-ćelijama pankreasnih otočića i crijevnoj sluznici (naročito tokom gladovanja). Prema Surholtu i Newsholmu, Glc 6-Paza je prisutna u širokom spektru mišića širom životinjskog carstva, iako sa vrlo niskim koncentracijama. Dakle, glikogen za aktivnost mišića, obično nije dostupan za ostatak ćelija organizma, jer glukoza-6-fosfat ne može preći sarkolemu osim ako se ne defosforilizira. Enzim ima važnu ulogu u periodima posta i kada je niska zazina glukoze. Dokazano je da je glad i dijabetes izaziva ji 2-3 puta veću aktivnost glukoza-6-fosfataze u jetri. Glc 6-Pazna aktivnost se također dramatično povećava po rođenju kada organizam postaje nezavisna od izvora majčine glukoze. Gen za GLC 6-Pazu čovjeka sadrži pet egzona raspona oko 125.5 kb DNA hromosoma 17:pozicija 17q21.[11]
Klinički značaj
Mutacije glukoza-6-fosfataza sistem, preciznije podjedinica glukoza-6-fosfataze-α (glukoza-6-fosfataza-α), glukoza-6-transportera (G6PT) i glukoza-6-fosfataza-β ( glukoza-6-fosfataza-β ili G6PC3) dovode do nedostataka u održavanju homeostaze glukoze između obroka i funkcije neutrofila i homeostaze. Mutacije i u glukoza-6-fosfatazi-α i G6PT dovode do bolesti skladištenja glikogena tip -1 (GSD-1) koja se zove von Gierkeova bolest . Specifične mutacije u glukoza-6-fosfataza-α uvjetuju pojavu skladištenja glikogena tip-1a, koja se odlikuje nakupljanjem glikogena i masti u jetri i bubrezima, što rezultira hepatomegalijom i renomegalijom. GSD-1a čini oko 80% GSD-1 kliničkih slučajeva. Nedostatak G6PT dovodi do GSD-1B (GSD-1B), koja se odlikuje nedostatkom G6PT i predstavlja 20% slučajeva koji se klinički ispoljavaju.[12][13][14][15][16]
Specifičan uzrok GSD-1a proizlazi iz nonsens mutacija, insercije / delecija, sa ili bez promjena u sekvenci za očitavanje ili spoja mutacija]] koje se pojavljuju na genetičkoj razini. Missens mutacije utiču na dva velika lumena petlje i transmembranske helikse glukoze-6-fosfataze-α, ukidanje ili značajno smanjuje aktivnosti enzima. Specifični uzrok GSD-1b proizlazi iz "teških" mutacija, kao što su mutacije mjesta prerade RNK, mutacije ram-transfere i zamjena visoko konzerviranih ostataka koji u potpunosti uništavaju aktivnost G6PT. Ove mutacije dovode do prevalenciju GSD-1, sprečavanjem transporta glukoza-6-fosfata (G6P) u lumenski dio endoplazmatskog retikuluma i inhibicijom konverziju G6P u glukozu koja se koristi u ćeliji.
Treći tip nedostatka glukoze-6-fosfataza, nedostatak glukoza-6-fosfataza-β, izaziva urođena neutropenija, sindrom u kojem neutrofili ispoljavaju povećan stres endoplazmatskog retikuluma (ER), povećanu apoptozau, poremećaj energetske homeostaze i ostalih funkcija. To može dovesti do srčanih i urogenitalnih malformacija. Ova treća klasa nedostatka je također pogođena nedostatkom G6PT, koji, u obliku glukoza-6-fosfataza-β, leži u lumenu ER i na taj način može dovesti do sličnih simptoma nedostatku glukoza-6-fosfataza-β, što može biti povezano sa GSD-1B. Osim toga, nedavne studije su u ovom području razjašnile sličnosti između oba nedostatke i pokazale da se u oba nedostataka javlja devijantna glikozilacija. Neutrofili glikozilacije ima veliki uticaj na neutrofilnu aktivnost i na taj način mogu se svrstati kao urođeni poremećaji glikozilacije.[17] GSD-1a constitutes approximately 80% of GSD-1 cases that present clinically.[18] Absence of G6PT leads to GSD-1b (GSD-1b), which is characterized by the lack of a G6PT and represents 20% of the cases that present clinically.[19][20]
Utvrđeno je da je glavna funkcija glukoza-6-fosfataza-β da omogućava recikliranje glukoze u citoplazmi neutrofila, u cilju održavanje normalne funkcije. Prekid odnoxsa glukoze u G6P zbog značajnog smanjenja unutarćelijske razine glukoze uzrokuje značajne poremećaje glikolize i HMS. Osim suprotstavljanja uzimanju vanćelijske glukoze, ovaj nedostatak dovodi do disfunkcije neutrofila.[21] It can also lead to cardiac and urogenital malformations.[22]
Zanimljivo je da su spojevi vanadija kao što je vanadil sulfat pokazali da inhibiraju enzim, i na taj način povećavaju osjetljivost insulina in vivo kod dijabetičara, što se ocjenjuje tehnikom koja se zove hiperinsulinemijska spona , što potencijalno može imati terapeutske implikacije.
Također pogledajte
- Heksoza kinaza
- G6PC
Reference
Vanjski linkovi
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
