Кіріспе

Метаболистік фермент. Фосфоглюкомутаза – α D глюкоза мономеріндегі фосфат тобын 1-ден 6-ға алға бағытта немесе 6-дан 1-ге кері бағытта жылдыратын фермент. Нақтырақ айтқанда, ол глюкоза-1-фосфаты мен глюкоза-6-фосфатының бір-біріне өтуіне көмектеседі.

Гликогенолиздегі рөлі

Гликоген фосфорилаза гликоген полимерінен глюкозил қалдығының фосфоролиздік бөлінуін катализдейді, нәтижесінде босатылған глюкозаның 1-көміртегіне фосфат тобы қосылады. Бұл глюкоза-1-фосфат молекуласының өзі тиімді метаболизмдік аралық зат емес, бірақ фосфоглюкомутаза осы глюкоза-1-фосфатты глюкоза-6-фосфатқа айналдыруын катализдейді (осы реакцияның механизмі төменде қарастырылған). Глюкоза-6-фосфаттың метаболизмдік тағдыры оның пайда болған сәттегі жасушаның қажеттіліктеріне байланысты. Егер жасушада энергия жеткіліксіз болса, глюкоза-6-фосфат гликолиз жолымен өтеді, соның нәтижесінде аденозин трифосфатының екі молекуласы түзіледі. Егер жасушаға биосинтездік аралық заттар қажет болса, глюкоза-6-фосфат пентоза-фосфат жолына енеді, онда ол жасуша жағдайларына байланысты рибозалар және/немесе НАДФ+ алу үшін бірқатар реакцияларға түседі. Егер гликогенолиз бауырда жүрсе, глюкоза-6-фосфат глюкоза-6-фосфатаза ферменті арқылы глюкозаға айналуы мүмкін; бауырда түзілген глюкоза кейін басқа органдардың пайдалануы үшін қан ағынына жіберіледі. Бұлшық ет жасушаларында глюкоза-6-фосфатаза ферменті болмайды, сондықтан олар гликоген қорын организммен бөлісе алмайды.

Гликогенездегі рөлі

Фосфоглюкомутаза қандағы глюкоза деңгейі жоғары болғанда да керісінше әрекет етеді. Осы жағдайда фосфоглюкомутаза глюкоза-6-фосфатын (глюкозадан гексокиназаның әсерімен оңай түзіледі) глюкоза-1-фосфатына айналдыруды катализдейді. Бұл глюкоза-1-фосфат UTP-мен реакцияласып, UDP-глюкозаны түзетінеді, бұл реакция UDP-глюкоза пирофосфорилазасымен катализделеді. Егер инсулинмен белсендірілсе, гликоген синтетазасы UDP-глюкоза кешенінен глюкозаны алып, гликоген полимеріне қосады.

Реакция механизмі

Фосфоглюкомутаза субстратпен фосфорил тобын алмастыру арқылы фосфорил тобының орын ауысуына әсер етеді. Изотоптық белгілеу эксперименттері бұл реакцияның глюкоза 1,6-бисфосфат аралық қосылысы арқылы жүретінін растады. Тікелей реакцияның бірінші қадамы – ферменттен фосфорил тобын глюкоза-1-фосфатқа беру, нәтижесінде глюкоза-1,6-бисфосфат пайда болып, ферменттің дефосфорилденген түрі қалады. Субстрат жылдамдығының қатынастары және күшті тасымалдау сынақтары дефосфорилденген ферменттің глюкоза 1,6-бисфосфат аралық қосылысынан ферментке фосфорил тобын беруын жеңілдететінін көрсетті, бұл фосфорилденген фосфоглюкомутазаны жаңартып, глюкоза 6-фосфатты (тікелей бағытта) шығарады. Кейінгі құрылымдық зерттеулер ферменттегі фосфорилирленген және дефосфорилирленген жалғыз орынның активті орынның серин қалдығының оттегі екенін растады (төмендегі схеманы қараңыз). Ферменттік белсенділік үшін еківалентті металл ионы, әдетте магний немесе кадмий қажет, және ол активті орынның сериніне этерификацияланған фосфорил тобымен тікелей кешендесетіні көрсетілді. Глюкоза 1,6-бисфосфат аралық қосылысының пайда болуы, фосфоглицерат мутазасымен катализделген 2-фосфоглицерат пен 3-фосфоглицераттың өзара түрленуіне ұқсас, онда 2,3-бисфосфоглицерат аралық қосылыс ретінде пайда болады.

Құрылымы

Қоянның бұлшықеттік фосфоглюкомутазасы осы ферменттің құрылымын анықтаудағы көптеген зерттеулер үшін үлгі болып келсе де, жаңа бактериялардан алынған кристалдық құрылымдар осы ферменттің негізгі ерекшеліктерін көрсетеді. Әрбір фосфоглюкомутаза мономеры ферменттің бастапқы кеңістіктік орналасуына сәйкес I-IV деп белгіленген төрт тізбектік доменге бөлінеді (оң жақтағы суретті қараңыз). Әрбір мономер төрт ерекше α/β құрылымдық бөлімшеден тұрады, олардың әрқайсысы мономердің β-жапырағындағы төрт тізбектің біреуін қамтиды және тек белгілі бір тізбектік домендегі аминқышқыл қалдықтарынан құралған (оң жақтағы суретті қараңыз).

Аурудың маңыздылығы

Адам бұлшық еттерінде фосфогликомутазаның екі изоферменті бар, олардың каталитикалық қасиеттері шамалы ғана ерекшеленеді – PGM I және PGM II. Кейбір адамдарда осы екі түрдің біреуі туа біткеннен жоқ болуы мүмкін. PGM1 жетіспеушілігі PGM1 CDG немесе CDG синдромының 1t түрі (CDG1T) деп аталады, бұрын 14-ші типті гликогенді сақтау ауруы (GSD XIV) деп белгілі болған. Бұл ауру гликогеноз және гликозилдеудің туа біткен бұзылысы болып табылады. Сонымен қатар, бұл метаболикалық миопатия және көмірсулар метаболизмінің туа біткен қатесі. PGM жетіспеушілігі – өте сирек кездесетін және жақсы сипатталған физиологиялық белгілері жоқ жағдай. Бұл жағдайды in vitro зерттеу арқылы анықтауға болады, онда глюкоза-1-фосфаттан кейін, бірақ глюкоза-6-фосфаттан бұрын сүт қышқылының өндірісіне қатысты жол тоқтатылғандығы байқалады. PGM1 CDG-нің екі түрі бар: 1) тек бұлшықетке қатысты және 2) көп жүйелік (бұлшықеттерді қоса алғанда). Аурудың фенотипі мен ауырлығы өте өзгеріш болғанымен, жиі кездесетін белгілеріне мыналар жатады: жаттығуға төзбеушілік, жаттығу кезіндегі гипераммонемия, бұлшық ет биопсиясында гликогеннің қалыптан тыс жиналуы, қан сарысуындағы креатинкиназаның (CK) деңгейінің жоғарылауы, қан сарысуындағы трансферриннің бұзылуы (толық N-гликандардың жоғалуы), бойдың кіші болуы, ауыз-жақ тірісінің айырылуы, екі бөлікті ұрықша және бауыр ауруы. Тыныш күйде бұлшықет жасушалары қандағы глюкоза мен бос май қышқылдарына тәуелді, ал күш-жігер кезінде бұлшықет гликогеніне, сондай-ақ қандағы глюкоза мен бос май қышқылдарына қажеттілік туады. Бұлшықет гликогеніне тәуелділік жоғары қарқынды аэробтық жаттығулар мен барлық анаэробтық жаттығулар кезінде артады. Осы зерттеулер көрсеткендей, жаттығу тоқтатылғанда немесе басқа отындардан (мысалы, бос май қышқылдары) жеткілікті АТФ өндірілгенде, АТФ резерві қалыпқа келеді және АМФ пен басқа нуклеотидтердің жиналуы нуклеозидтерге айналып, бұлшықет жасушасынан шығып, зәр қышқылына айналады, бұл миогенді гиперурикемия деп аталады. АМФ → ИМФ → Инозин → Гипоксантин → Ксантин → Зәр қышқылы. Алайда, PGM1 CDG бойынша жүргізілген зерттеулерде тек қан сарысуындағы аммиак пен лактат деңгейі тексерілді, сондықтан PGM1 CDG-мен ауыратын адамдарда миогенді гиперурикемияның болатыны әзірге нақты белгісіз.