Glicose 6-fosfatase - Glucose 6-phosphatase
| Glicose 6-fosfatase. | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| EC nº | 3.1.3.9 | ||||||||
| CAS no. | 9001-39-2 | ||||||||
| Bancos de dados | |||||||||
| IntEnz | Vista IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada BRENDA | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | Entrada KEGG | ||||||||
| MetaCyc | via metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontologia Genética | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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A glicose 6-fosfatase ( EC 3.1.3.9 , G6Pase) é uma enzima que hidrolisa a glicose 6-fosfato , resultando na criação de um grupo fosfato e glicose livre. A glicose é então exportada da célula por meio de proteínas de membrana transportadoras de glicose . Esta catálise completa a etapa final da gliconeogênese e, portanto, desempenha um papel fundamental na regulação homeostática dos níveis de glicose no sangue.
A glicose 6-fosfatase é um complexo de proteínas de múltiplos componentes, incluindo transportadores para G6P, glicose e fosfato. A principal função da fosfatase é realizada pela subunidade catalítica da glicose 6-fosfatase. Em humanos, existem três isozimas da subunidade catalítica: glicose 6-fosfatase-α, codificada por G6PC ; IGRP, codificado por G6PC2 ; e glicose 6-fosfatase-β, codificada por G6PC3 .
A glicose 6-fosfatase-α e a glicose 6-fosfatase-β são ambas fosfohidrolases funcionais e têm estrutura de sítio ativo, topologia, mecanismo de ação e propriedades cinéticas semelhantes em relação à hidrólise de G6P. Em contraste, o IGRP quase não tem atividade de hidrolase e pode desempenhar um papel diferente na estimulação da secreção de insulina pancreática.
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Estrutura e função
Embora um consenso claro não tenha sido alcançado, um grande número de cientistas adere a um modelo de transporte de substrato para explicar as propriedades catalíticas da glicose 6-fosfatase. Nesse modelo, a glicose 6-fosfatase tem baixo grau de seletividade. A transferência da glicose 6-fosfato é realizada por uma proteína transportadora (T1) e o retículo endoplasmático (ER) contém estruturas que permitem a saída do grupo fosfato (T2) e da glicose (T3).
A glicose 6-fosfatase consiste em 357 aminoácidos e é ancorada ao retículo endoplasmático (RE) por nove hélices transmembrana. Seu terminal N e sítio ativo são encontrados no lado do lúmen do ER e seu terminal C se projeta no citoplasma. Devido à sua forte associação ao ER, a estrutura exata da glicose 6-fosfatase permanece desconhecida. No entanto, o alinhamento da sequência mostrou que a glicose 6-fosfatase é estruturalmente semelhante ao sítio ativo da cloroperoxidase contendo vanádio encontrada em Curvularia inaequalis.
Com base em estudos cinéticos de pH da catálise de glicose 6-fosfatase-α, foi proposto que a hidrólise de glicose 6-fosfato foi concluída por meio de um intermediário covalente de fosfohistidina glicose 6-fosfato. O sítio ativo da glicose 6-fosfatase-α foi inicialmente identificado pela presença de um motivo de assinatura de fosfato conservado geralmente encontrado em fosfatases lipídicas, fosfatases ácidas e haloperoxidases de vanádio.
Os resíduos essenciais no sítio ativo das haloperoxidases de vanádio incluem: Lys353, Arg360, Arg490, His404 e His496. Os resíduos correspondentes no sítio ativo da glicose 6-fosfatase-α incluem Arg170 e Arg83, que doam íons hidrogênio ao fosfato, estabilizando o estado de transição, His119, que fornece um próton para o oxigênio desfosforilado ligado à glicose, e His176, que completa um ataque nucleofílico ao fosfato para formar um intermediário de fosforil enzima covalentemente ligado. Dentro da cloroperoxidase contendo vanádio, Lys353 foi encontrado para estabilizar o fosfato no estado de transição. No entanto, o resíduo correspondente na glicose 6-fosfatase-α (Lys76) reside dentro da membrana ER e sua função, se houver, é atualmente indeterminada. Com exceção de Lys76, esses resíduos estão todos localizados no lado luminal da membrana ER.
A glicose 6-fosfatase-β é uma proteína de membrana de 346 aminoácidos expressa de forma ubíqua que compartilha 36% de identidade de sequência com a glicose 6-fosfatase-α. Dentro da enzima glicose 6-fosfatase-β, os alinhamentos de sequência prevêem que seu sítio ativo contém His167, His114 e Arg79. Semelhante ao local ativo da glicose 6-fosfatase-α, His167 é o resíduo que fornece o ataque nucleofílico e His114 e Arg79 são os doadores de hidrogênio. A glicose 6-fosfatase-β também está localizada na membrana ER, embora sua orientação seja desconhecida.
Mecanismo
A hidrólise da glicose 6-fosfato começa com um ataque nucleofílico ao fosfato ligado ao açúcar por His176, resultando na formação de uma ligação fosfo-histidina e na degradação de uma carbonila. Um oxigênio carregado negativamente então transfere seus elétrons reformando uma carbonila e quebrando sua ligação com a glicose. O oxigênio ligado à glicose com carga negativa é então protonado por His119 formando uma glicose livre. O intermediário fosfo produzido pela reação entre His176 e o grupo fosfato é então quebrado por um ataque hidrofílico; após a adição de outro hidróxido e a decomposição de um carbonil, o carbonil é reformado iniciando os elétrons originalmente doados pelo resíduo His176, criando assim um grupo fosfato livre e completando a hidrólise.
Expressão
Os genes que codificam a enzima são expressos principalmente no fígado, no córtex renal e (em menor grau) nas células β das ilhotas pancreáticas e da mucosa intestinal (especialmente durante períodos de inanição). De acordo com Surholt e Newsholme, Glc 6-Pase está presente em uma ampla variedade de músculos em todo o reino animal, embora em concentrações muito baixas. Assim, o glicogênio que os músculos armazenam geralmente não está disponível para o resto das células do corpo porque a glicose 6-fosfato não pode atravessar o sarcolema a menos que seja desfosforilada. A enzima desempenha um papel importante durante os períodos de jejum e quando os níveis de glicose estão baixos. Foi demonstrado que a fome e o diabetes induzem um aumento de duas a três vezes na atividade da glicose 6-fosfatase no fígado. A atividade da Glc 6-Pase também aumenta dramaticamente no nascimento, quando um organismo se torna independente da fonte de glicose da mãe. O gene humano Glc 6-Pase contém cinco exons que medem aproximadamente 125,5 kb de DNA localizado no cromossomo 17q21.
Significado clínico
Mutações do sistema de glicose 6-fosfatase, para ser específico da subunidade glicose 6-fosfatase-α (glicose 6-fosfatase-α), transportador de glicose 6 (G6PT) e glicose 6-fosfatase-β (glicose 6-fosfatase- As subunidades β ou G6PC3) levam a deficiências na manutenção da homeostase da glicose interprandial e da função e homeostase dos neutrófilos . Mutações na glicose 6-fosfatase-α e G6PT levam à doença de armazenamento de glicogênio tipo I (GSD 1, doença de von Gierke). Para ser específico, as mutações na glicose-6-fosfatase-α levam à Doença de Armazenamento de Glicogênio Tipo-1a, que é caracterizada pelo acúmulo de glicogênio e gordura no fígado e rins, resultando em hepatomegalia e renomegalia. GSD-1a constitui aproximadamente 80% dos casos de GSD-1 que se apresentam clinicamente. A ausência de G6PT leva a GSD-1b (GSD-1b), que se caracteriza pela ausência de G6PT e representa 20% dos casos que se apresentam clinicamente.
A causa específica do GSD-1a decorre de mutações sem sentido, inserções / deleções com ou sem uma mudança no quadro de leitura ou mutações no local de união que ocorrem no nível genético. As mutações missense afetam as duas grandes alças luminais e as hélices transmembrana da glicose 6-fosfatase-α, abolindo ou reduzindo muito a atividade da enzima. A causa específica de GSD-1b deriva de mutações "graves", como mutações no local de splice, mutações de deslocamento de quadro e substituições de um resíduo altamente conservado que destruiu completamente a atividade de G6PT. Essas mutações levam à prevalência de GSD-1 ao impedir o transporte de glicose-6-fosfato (G6P) para a porção luminal do ER e também inibir a conversão de G6P em glicose a ser usada pela célula.
O terceiro tipo de deficiência de glicose 6-fosfatase, deficiência de glicose 6-fosfatase-β, é caracterizada por uma síndrome de neutropenia congênita na qual os neutrófilos exibem estresse aumentado de retículo endoplasmático (ER), aumento da apoptose, homeostase energética prejudicada e funcionalidade prejudicada. Também pode causar malformações cardíacas e urogenitais. Esta terceira classe de deficiência também é afetada por uma deficiência de G6PT, uma vez que a glicose-6-fosfatase-β também se encontra no lúmen ER e, portanto, pode levar a sintomas semelhantes de deficiência de glicose-6-fosfatase-β associada a GSD-1b. Além disso, estudos recentes elucidaram essa área de semelhança entre as duas deficiências e mostraram que a glicosilação aberrante ocorre em ambas as deficiências. A glicosilação de neutrófilos tem um efeito profundo na atividade de neutrófilos e, portanto, também pode ser classificada como um distúrbio de glicosilação congênito.
A principal função da glicose 6-fosfatase-β foi determinada para fornecer glicose reciclada para o citoplasma de neutrófilos a fim de manter a função normal. A interrupção da proporção de glicose para G6P devido à diminuição significativa dos níveis de glicose intracelular causa interrupção significativa da glicólise e HMS . A menos que contrariada pela absorção de glicose extracelular, essa deficiência leva à disfunção dos neutrófilos.
Foi demonstrado que compostos de vanádio, como sulfato de vanadil, inibem a enzima e, portanto, aumentam a sensibilidade à insulina in vivo em diabéticos, conforme avaliado pela técnica de clamp hiperinsulinêmica , que pode ter implicações terapêuticas potenciais
Veja também
Notas
Imagens moleculares gráficas foram produzidas usando UCSF Chimera.
Referências
links externos
- Glicose-6-Fosfatase na Biblioteca Nacional de Medicina dos Estados Unidos. Cabeçalhos de Assuntos Médicos (MeSH)
- G6PC , G6PC2 , G6PC3 , G6PR
- EC 3.1.3.9
