Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ферменттер класы
Class of enzymes
Гликоген фосфорилаза – фосфорилаза ферменттерінің бірі. Гликоген фосфорилаза жануарларда гликогенолиз процесіндегі шектеуші қадамды катализдейді, терминальді альфа-1,4 гликозидтік байланысынан глюкоза-1-фосфатты босату арқылы. Гликоген фосфорилаза кері фосфорилирлеу және аллостериялық әсерлермен реттелетін модельдік ақуыз ретінде де зерттеледі.
Glycogen phosphorylase is one of the phosphorylase enzymes Glycogen phosphorylase catalyzes the rate limiting step in glycogenolysis in animals by releasing glucose 1 phosphate from the terminal alpha 1,4 glycosidic bond. Glycogen phosphorylase is also studied as a model protein regulated by both reversible phosphorylation and allosteric effects.
Құрылымы
Гликоген фосфорилаза мономеры бұлшықет жасушаларында 97,434 кДа массасы бар 842 аминқышқылынан тұратын ірі белок болып табылады. Фермент белсенді емес мономер немесе тетрамер түрінде болуы мүмкін, бірақ биологиялық активтілігі екі бірдей кішібірліктерден құралған димер ретінде көрінеді. Сүтқоректілерде гликоген фосфорилазаның негізгі изоэнзимдері бұлшықет, бауыр және мида табылады. Ми түрі ересек мида және ұрықтық тіндерде басым, ал бауыр және бұлшықет түрлері ересек бауырда және қаңқа бұлшықетінде басым болады. Гликоген фосфорилаза димерінің маңызды биологиялық аймақтарына каталитикалық орындар, гликоген байланысу орындары, аллостериялық орындар және қайтымды түрде фосфорилделген серин қалдығы жатады. Біріншіден, каталитикалық орындар белок бетінен және кішібірлік интерфейсінен 15 Å қашықтықта салыстырмалы түрде жасырылған. Каталитикалық орынға жеңіл қол жеткізілмеуі ақуыздың активтілігін реттеуге өте сезімтал етеді, себебі шағын аллостериялық әсерлер гликогеннің орынға қатынасуын айтарлықтай арттыра алады. Ең маңызды реттеуші орын – Ser14, суббірлік интерфейсіне өте жақын орналасқан қайтымды фосфорилирлеу орны. Фосфорилирлеумен және фосфорилаза b-нің фосфорилаза a-ға айналуымен байланысты құрылымдық өзгеріс – бастапқыда ретсіз 10-22 қалдықтардың α спиральдарына айналуы. Бұл өзгеріс AMP болмаған жағдайда да фосфорилаза активтілігін 25%-ға дейін арттырады және AMP-мен белсендіруді күшейтеді. Гликоген фосфорилазаның бұлшықет изоформаларындағы AMP байланысу аллостериялық орны Ser14 сияқты суббірлік интерфейсіне жақын орналасқан. Бұл орынға AMP байланысы ферменттің T күйінен R күйіне өтуіне сәйкес келеді, нәтижесінде суббірлік интерфейсінде үшіншілік құрылымда шағын өзгерістер, ал төртіншілік құрылымда үлкен өзгерістер пайда болады. AMP байланысы екі кішібірліктің мұнара спиральдерін (262-278 қалдықтар) бір-біріне қатысты 50° бұрады, бұл ұйымдасудың артуымен және кішібірліктер арасындағы өзара әрекеттесулермен байланысты. Мұнара спиральдерінің бұрылуы екі кішібірліктің бір-біріне қатысты 10° бұрылуына әкеледі, және ең бастысы, 282-286 қалдықтарының (280s цикл) ретсіздігіне себеп болады, бұл T күйінде каталитикалық орынға қол жеткізуді бөгесе, R күйінде бөгет болмайды.
The glycogen phosphorylase monomer is a large protein, composed of 842 amino acids with a mass of 97.434 kDa in muscle cells. While the enzyme can exist as an inactive monomer or tetramer, it is biologically active as a dimer of two identical subunits. In mammals, the major isozymes of glycogen phosphorylase are found in muscle, liver, and brain. The brain type is predominant in adult brain and embryonic tissues, whereas the liver and muscle types are predominant in adult liver and skeletal muscle, respectively. The glycogen phosphorylase dimer has many regions of biological significance, including catalytic sites, glycogen binding sites, allosteric sites, and a reversibly phosphorylated serine residue. First, the catalytic sites are relatively buried, 15Å from the surface of the protein and from the subunit interface. This lack of easy access of the catalytic site to the surface is significant in that it makes the protein activity highly susceptible to regulation, as small allosteric effects could greatly increase the relative access of glycogen to the site. Perhaps the most important regulatory site is Ser14, the site of reversible phosphorylation very close to the subunit interface. The structural change associated with phosphorylation, and with the conversion of phosphorylase b to phosphorylase a, is the arrangement of the originally disordered residues 10 to 22 into α helices. This change increases phosphorylase activity up to 25% even in the absence of AMP, and enhances AMP activation further. The allosteric site of AMP binding on muscle isoforms of glycogen phosphorylase are close to the subunit interface just like Ser14. Binding of AMP at this site, corresponding in a change from the T state of the enzyme to the R state, results in small changes in tertiary structure at the subunit interface leading to large changes in quaternary structure. AMP binding rotates the tower helices (residues 262 278) of the two subunits 50˚ relative to one another through greater organization and intersubunit interactions. This rotation of the tower helices leads to a rotation of the two subunits by 10˚ relative to one another, and more importantly disorders residues 282 286 (the 280s loop) that block access to the catalytic site in the T state but do not in the R state.
Клиникалық маңызы
Гликоген фосфорилазаның тежелуі 2-ші типті диабетті емдеудің бір жолы ретінде ұсынылған. 2-ші типті диабетпен ауыратын науқастарда бауырдағы глюкоза өндірісінің артуы байқалғандықтан, бауырдағы гликоген қорынан глюкозаның босауын тежеу дұрыс тәсіл болып көрінеді. Адамның бауыр гликоген фосфорилазасын (HLGP) клондау, зерттеулерде әдетте қолданылатын қоянның бұлшықет гликоген фосфорилазасында (RMGP) жоқ, суббөлімдер арасындағы интерфейске жақын жаңа аллостериялық байланыс орнын анықтады. Бұл орын АМФ аллостериялық орнындағы тежегіштерге сезімтал емес, ал глюкоза құрылымын имитациялайтын жаңа тежегіштерді синтездеуде үлкен жетістіктерге қол жеткізілді, себебі глюкоза-6-фосфаты HLGP-нің белгілі тежегіші болып табылады және белсенділігі төмен Т күйін тұрақтандырады. Бұл глюкоза туындылары HLGP-ні тежеуде белгілі бір сәттілікке жетті, болжамды Ki мәні 0,016 мМ-ге дейін төмендеді. Гликоген фосфорилазасының (PYGM) бұлшықет изоформасындағы мутациялар V типті гликогенді сақтау ауруымен (GSD V, McArdle ауруы) байланысты. Бүгінгі күнге дейін McArdle ауруына әкелетін PYGM геніндегі 65-тен астам мутация анықталды. McArdle ауруының белгілеріне бұлшықет әлсіздігі, миалгия және төзімділіктің жетіспеуі жатады, олардың барлығы бұлшықет тініндегі глюкоза деңгейінің төмен болуынан туындайды. Гликоген фосфорилазасының (PYGL) бауыр изоформасындағы мутациялар Херс ауруымен (Гликогенді сақтау ауруы VI тип) байланысты. Херс ауруы көбінесе жеңіл симптомдармен, әдетте гипогликемиямен сипатталады және кейде ферменттік қалдық белсенділігіне байланысты диагнозы қою қиын. Гликоген фосфорилазасының (PYGB) ми изоформасы асқазан қатерлі ісігінің биомаркері ретінде қарастырылған.
The inhibition of glycogen phosphorylase has been proposed as one method for treating type 2 diabetes. Since glucose production in the liver has been shown to increase in type 2 diabetes patients, inhibiting the release of glucose from the liver's glycogen's supplies appears to be a valid approach. The cloning of the human liver glycogen phosphorylase (HLGP) revealed a new allosteric binding site near the subunit interface that is not present in the rabbit muscle glycogen phosphorylase (RMGP) normally used in studies. This site was not sensitive to the same inhibitors as those at the AMP allosteric site, and most success has been had synthesizing new inhibitors that mimic the structure of glucose, since glucose 6 phosphate is a known inhibitor of HLGP and stabilizes the less active T state. These glucose derivatives have had some success in inhibiting HLGP, with predicted Ki values as low as 0.016 mM. Mutations in the muscle isoform of glycogen phosphorylase (PYGM) are associated with glycogen storage disease type V (GSD V, McArdle's Disease). More than 65 mutations in the PYGM gene that lead to McArdle disease have been identified to date. Symptoms of McArdle disease include muscle weakness, myalgia, and lack of endurance, all stemming from low glucose levels in muscle tissue. Mutations in the liver isoform of glycogen phosphorylase (PYGL) are associated with Hers' Disease (glycogen storage disease type VI). Hers' disease is often associated with mild symptoms normally limited to hypoglycemia, and is sometimes difficult to diagnose due to residual enzyme activity. The brain isoform of glycogen phosphorylase (PYGB) has been proposed as a biomarker for gastric cancer.
Реттеу
Гликоген фосфорилизасы аллостериялық бақылау және фосфорилирлеу арқылы реттеледі. Фосфорилаза a және фосфорилаза b әрқайсысы екі түрде кездеседі: T (керілісті) белсенді емес күйде және R (бос) күйде. Фосфорилаза b әдетте Т күйінде болады, АТФ және глюкоза-6-фосфаттың физиологиялық қатысуына байланысты белсенді емес, ал фосфорилаза a әдетте R күйінде (белсенді) болады. Глюкоза экспортері ретінде жұмыс істейтін бауырда глюкоза концентрациясына сезімтал гликоген фосфорилизасының изоферменті бар. Анығында, бауыр фосфорилазасы глюкозаға жауап береді, бұл R формасынан T формасына өте сезімтал өтуге себеп болады, осылайша оны белсенділіктен шығарады; сонымен қатар, бауыр фосфорилазасы АМФ-қа сезімтал емес. Эпинефрин, инсулин және глюкагон сияқты гормондар G белоктарымен байланысты екінші хабаршы күшейткіш жүйелерін пайдалана отырып, гликоген фосфорилизасын реттейді. Глюкагон Gs-ге байланысты G белокпен жұптасқан рецептор (GPCR) арқылы аденолат циклазаны белсендіреді, ол өз кезегінде аденолат циклазаны белсендіре отырып, клетка ішіндегі cAMP концентрациясын арттырады. cAMP А протеинкиназасына (PKA) байланып, оны белсендіреді. PKA фосфорилаза киназаны фосфорилейді, ол өз кезегінде гликоген фосфорилаза b-ні Ser14 орнында фосфорилейді, оны белсенді гликоген фосфорилаза a-ға айналдырады. Бауырда глюкагон басқа да GPCR-дің белсенділігін арттырады, бұл басқа каскадты іске қосып, фосфолипаза С (PLC) белсенділігіне әкеледі. PLC гепатоциттердің эндоплазмалық торларынан цитозолға кальцийдің шығуына жанама түрде себеп болады. Кальцийдің артуы кальмодулин суббірлігімен байланысып, гликоген фосфорилаза киназасын белсендіреді. Гликоген фосфорилаза киназасы жоғарыда айтылғандай гликоген фосфорилазасын белсендіреді. Гликоген фосфорилаза b бұлшық етте әрқашан белсенді емес, себебі оны АМФ аллостериялық түрде белсендіре алады.
Glycogen phosphorylase is regulated through allosteric control and through phosphorylation. Phosphorylase a and phosphorylase b each exist in two forms: a T (tense) inactive state and an R (relaxed) state. Phosphorylase b is normally in the T state, inactive due to the physiological presence of ATP and Glucose 6 phosphate, and Phosphorylase a is normally in the R state (active). An isoenzyme of glycogen phosphorylase exists in the liver sensitive to glucose concentration, as the liver acts as a glucose exporter. In essence, liver phosphorylase is responsive to glucose, which causes a very responsive transition from the R to T form, inactivating it; furthermore, liver phosphorylase is insensitive to AMP. Hormones such as epinephrine, insulin and glucagon regulate glycogen phosphorylase using second messenger amplification systems linked to G proteins. Glucagon activates adenylate cyclase through a G protein coupled receptor (GPCR) coupled to Gs which in turn activates adenylate cyclase to increase intracellular concentrations of cAMP. cAMP binds to and activates protein kinase A (PKA). PKA phosphorylates phosphorylase kinase, which in turn phosphorylates glycogen phosphorylase b at Ser14, converting it into the active glycogen phosphorylase a. In the liver, glucagon also activates another GPCR that triggers a different cascade, resulting in the activation of phospholipase C (PLC). PLC indirectly causes the release of calcium from the hepatocytes' endoplasmic reticulum into the cytosol. The increased calcium availability binds to the calmodulin subunit and activates glycogen phosphorylase kinase. Glycogen phosphorylase kinase activates glycogen phosphorylase in the same manner mentioned previously. Glycogen phosphorylase b is not always inactive in muscle, as it can be activated allosterically by AMP.
Тарихи маңызы
Гликоген фосфорилаза – аллостериялық ферменттердің алғаш рет ашылғаны. Арда Грин мен Герти Кори оны 1943 жылы алғаш рет кристалдап, гликоген фосфорилазаның фосфорилирлеу деңгейіне қарай a немесе b түрінде, ал АМФ-тың болуына қарай R немесе T күйінде болатынын анықтады.
Glycogen phosphorylase was the first allosteric enzyme to be discovered. Arda Green and Gerty Cori crystallized it for the first time in 1943 and illustrated that glycogen phosphorylase existed in either the or b forms depending on its phosphorylation state, as well as in the R or T states based on the presence of AMP.