Введение
Энзим Глюкоза-6фосфатаза (EC 3.1.3.9, G6Pase; систематическое название D- глюкоза-6фосфатфосфогидролаза) катализирует гидролиз глюкозы-6фосфата, в результате чего образуется фосфатная группа и свободная глюкоза: D- глюкоза-6фосфат + H2O = D- глюкоза + фосфат Глюкоза затем выводится из клетки через белки мембран- транспортаторов глюкозы. Этот катализатор завершает заключительный этап глюконеогенеза и поэтому играет ключевую роль в гомеостатическом регулировании уровня глюкозы в крови. Глюкоза-6-фосфатаза представляет собой комплекс из нескольких компонентов белков, включая транспортеры для G6P, глюкозы и фосфата. Основную функцию фосфатазы выполняет каталитическая подединица глюкозо-6-фосфатазы. У человека существует три изофермента каталитического подраздела: глюкоза-6 фосфатаза α, кодируемая G6PC; IGRP, кодируемая G6PC2; и глюкоза-6 фосфатаза β, кодируемая G6PC3. Глюкоза-6-фосфатаза α и глюкоза-6-фосфатаза β являются функциональными фосфогидролазами и имеют сходную структуру активного участка, топологию, механизм действия и кинетические свойства по отношению к гидролизу G6P. Напротив, IGRP практически не обладает гидролазовой активностью и может играть другую роль в стимуляции секреции инсулина поджелудочной железы.
The enzyme glucose 6 phosphatase (EC 3.1.3.9, G6Pase; systematic name D glucose 6 phosphate phosphohydrolase) catalyzes the hydrolysis of glucose 6 phosphate, resulting in the creation of a phosphate group and free glucose:
D glucose 6 phosphate + H2O = D glucose + phosphate
Glucose is then exported from the cell via glucose transporter membrane proteins. This catalysis completes the final step in gluconeogenesis and therefore plays a key role in the homeostatic regulation of blood glucose levels. Glucose 6 phosphatase is a complex of multiple component proteins, including transporters for G6P, glucose, and phosphate. The main phosphatase function is performed by the glucose 6 phosphatase catalytic subunit. In humans, there are three isozymes of the catalytic subunit: glucose 6 phosphatase α, encoded by G6PC; IGRP, encoded by G6PC2; and glucose 6 phosphatase β, encoded by G6PC3. Glucose 6 phosphatase α and glucose 6 phosphatase β are both functional phosphohydrolases, and have similar active site structure, topology, mechanism of action, and kinetic properties with respect to G6P hydrolysis. In contrast, IGRP has almost no hydrolase activity, and may play a different role in stimulating pancreatic insulin secretion.
Структура и функция
Хотя четкого консенсуса не достигнуто, большое количество ученых придерживаются модели транспорта субстрата для учета каталитических свойств глюкозо-6-фосфатазы. В этой модели глюкоза-6-фосфатаза имеет низкую степень селективности. Передача фосфата глюкозы 6 осуществляется белком-транспортером (T1), а эндоплазматический ретикулум (ER) содержит структуры, позволяющие вывести фосфатную группу (T2) и глюкозу (T3). Глюкоза-6-фосфатаза состоит из 357 аминокислот и прикреплена к эндоплазматическому ретикулу (ЭР) девятью трансмембранными спиралями. Его N-концевая и активная участки находятся на луменной стороне ER, а его C-концевая участки проецируются в цитоплазму. Из-за тесной связи с ER, точная структура глюкоза-6- фосфатазы остается неизвестной. Однако, выровнение последовательности показало, что глюкоза-6-фосфатаза структурно похожа на активное место хлоропероксидазы, содержащей ванадий, обнаруженной в Curvularia inaequalis. На основе кинетических исследований pH катализа глюкозо-6-фосфатазы α было предложено, чтобы гидролиз глюкозо-6-фосфата завершался через ковалентный фосфогистидин- глюкозо-6-фосфатный промежуточный продукт. Активное место глюкоза-6-фосфатазы α было первоначально идентифицировано по наличию консервированного фосфатного сигнатурного мотива, обычно обнаруженного в липидных фосфатазах, кислотных фосфатазах и ванадиевых галопероксидазах. Таким образом, гликоген, который хранится в мышцах, обычно недоступен для остальных клеток организма, потому что глюкоза-6-фосфат не может пересечь сарколемму, если он не дефосфорилирован. Энзим играет важную роль в период голодания и при низком уровне глюкозы. Было показано, что голодание и диабет вызывают увеличение активности глюкозо-6-фосфатазы в печени в два-три раза.
Клиническое значение
Мутации в системе глюкозо-6-фосфатазы, в частности в подединице глюкозо-6-фосфатазы α (глюкозо-6-фосфатазы α), транспортере глюкозы 6 (G6PT) и подединицах глюкозо-6-фосфатазы β (глюкозо-6-фосфатазы β или G6PC3), приводят к нарушениям в поддержании интерпандиального гомеостаза глюкозы и функции нейтрофилов и гомеостаза. Мутации как в глюкозо-6-фосфатазе α, так и в G6PT приводят к заболеванию накопления гликогена I типа (GSD 1, болезнь фон Гиерке). Если быть точным, мутации в глюкозо-6-фосфатазе α приводят к заболеванию, связанному со хранением гликогена, типа 1а, которое характеризуется накоплением гликогена и жира в печени и почках, что приводит к гепатомегалии и реномегалии. GSD 1a составляет приблизительно 80% случаев GSD 1, которые проявляются клинически. Отсутствие G6PT приводит к GSD 1b (GSD 1b), который характеризуется отсутствием G6PT и представляет 20% случаев, которые проявляются клинически. Специфическая причина GSD 1a обусловлена бессмысленными мутациями, вставками/удалениями с сдвигом в рамке отсчета или без него, или мутациями в месте сцепления, которые происходят на генетическом уровне. Это также может привести к сердечным и урогенитальным порокам. На этот третий класс дефицита также влияет дефицит G6PT, поскольку глюкоза-6-фосфатаза β также находится в просвете ER и, таким образом, может привести к аналогичным симптомам дефицита глюкоза-6-фосфатазы β, связанным с GSD 1b. Гликозилирование нейтрофилов оказывает глубокое влияние на активность нейтрофилов и, таким образом, может также классифицироваться как врожденное нарушение гликозилирования.