Кіріспе

Ферменттер класы

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.

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.

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.

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.

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.