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.

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.