Glicosa-6-fosfatase

Glicosa-6-fosfatase
Identificadores
Número EC 3.1.3.9
Número CAS 9001-39-2
Bases de datos
IntEnz vista de IntEnz
BRENDA entrada de BRENDA
ExPASy vista de NiceZyme
KEGG entrada de KEGG
MetaCyc vía metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology AmiGO / EGO

A glicosa-6-fosfatase ou glicosa 6-fosfatase (número EC 3.1.3.9, abreviada como G6Pase ou Glc 6-Pase) é un encima que hidroliza a glicosa 6-fosfato orixinando glicosa e fosfato libres. A G6Pase hepática é unha proteína integral de membrana do retículo endoplasmático co sitio activo no lume de dito orgánulo.[1] A glicosa producida é despois exportada da célula por medio dun transportador de glicosa de membrana.[2] Esta reacción é o paso final das rutas metabólicas da gliconeoxénese e a glicoxenólise e, por tanto, xoga un papel fundamental na regulación dos niveis de glicosa sanguínea.[3]

 H2O     Pi

Glicosa-6-fosfatase
α-D-Glicosa 6-fosfato α-D-Glicosa

Isoencimas

[editar | editar a fonte]

Nos humanos hai tres isoencimas chamados G6PC (ou G6Pase-α, funcional [4]), G6PC2 (sen actividade de fosfohidrolase), e G6PC3 (ou G6Pase-β, funcional[5]).

As dúas fosfohidrolases funcionais humanas da familia das G6Pase están asociadas ao retículo endoplasmático e son a G6Pase-α (de fígado, riles e intestino) e a G6Pase-β (ubicua por todo o corpo). A G6Pase-α e a G6Pase-β comparten unha estrutura similar do sitio activo, topoloxía, mecanismo de acción, e propiedades cinéticas en relación coa hidrólise da glicosa 6-fosfato.[6]

Estrutura e función

[editar | editar a fonte]

Aínda que non se chegou a un consenco total, para explicar as propiedades catalíticas da G6Pase moitos dos científicos do ramo son partidarios do modelo do transporte de substrato. Neste modelo, a G6Pase ten un baixo grao de selectividade. A transferencia da glicosa 6-fosfato lévaa a cabo unha proteína de transporte (T1) e o retículo endoplasmático contén estruturas que permiten a saída do grupo fosfato (proteína T2) e da glicosa (T3).[7]

A G6Pase consta de 357 residuos de aminoácidos, e está ancorada nas membranas do retículo endoplasmático por medio de nove hélices transmembrana. O seu extremo N-terminal e o sitio activo encóntranse no lado luminal do retículo endoplasmático e o extremo C-terminal proxéctase ao citosol. Debido á súa estreita asociación co retículo endoplasmático, a estrutura exacta do encima non se coñece ben, xa que é moi difícil de separar da membrana. Porén, os aliñamentos de secuencias indican que a G6Pase é estruturalmente similar ao sitio activo da cicloperoxidase que contén vanadio que se encontra en fungos do xénero Curvularia.[8]

Baseándose en estudos cinéticos de pH da catálise realizada pola G6Pase-α, propúxose que a hidrólise da glicosa 6-fosfato se completa por medio dun intermediato covalente fosfohistidina. O sitio activo da G6Pase-α foi identificado inicialmente pola presenza dun motivo sinatura conservado fosfato que se encontra nas lípido fosfatases, e nas vanadio haloperoxidases.[6]

Os residuos esenciais no sitio activo das vanadio haloperoxidases son: Lys353, Arg360, Arg490, His404, e His496. Os residuos correspondentes no sitio activo da G6Pase-α inclúen a Arg170 e Arg83, os cales doan ións hidróxeno ao fosfato, estabilizando o estado de transición, xunto coa His119, que proporciona un protón ao oxíxeno desfosforilado unido á glicosa, e a His176, que completa o ataque nucleofílico sobre o fosfato para formar un intermediato fosforil encima unido covalentemente.[2] Na cloroperoxidase que contén vanadio, a Lys353 estabiliza o fosfato no estado de transición. Porén, o residuo correspondente na G6Pase-α (Lys76) está situado dentro da membrana do retículo endoplasmático e a súa función, se é que ten algunha, non se coñece actualmente. Coa excepción da Lys76, estes residuos están todos localizados no lado luminal da membrana do retículo endoplasmático.[6]

A G6Pase-β exprésase ubicuamente, é unha proteína de membrana de 346 residuos de aminoácidos que comparte un 36% de identidade de secuencia coa G6Pase-α. Na G6Pase-β os aliñamentos de secuencia predín que o seu sitio activo contén His167, His114, e Arg79. Igual que no sitio activo da G6Pase-α, a His167 é o residuo que realiza o ataque nucleofílico, mentres que a His114, e a Arg79 son os doantes de hidróxenos. A G6Pase-β está tamén localizada na membrana do retículo endoplasmático, mais a súa orientación non se coñece.[6]

Mecanismo

[editar | editar a fonte]

A hidrólise da glicosa 6-fosfato empeza cun ataque nucleofílico ao fosfato unido ao azucre feito polo residuo His176, que dá lugar á formación dun enlace fosfohistidina e á degradación do carbonilo. Un oxíxeno cargado negativamente transfire despois os seus electróns volvendo a formar un carbonilo e rompendo o seu enlace coa glicosa. O oxíxeno unido á glicosa cargado negativamente é despois protonado pola His119 formando glicosa libre. O fosfo-intermediato producido pola reacción entre a His176 e o grupo fosfato rompe despois por un ataque nucleofílico; despois da adición doutro hidróxido e a descomposición do carbonilo, o carbonilo volve a formarse expulsando os electróns doados orixinalmente polo residuo de His176, creando deste modo un grupo fosfato libre e completando a hidrólise.[2]

Expresión

[editar | editar a fonte]

Os xenes que codifican este encima exprésanse principalmente no fígado, córtex renal e (en menor medida) nas células β dos illotes pancreáticos e a mucosa intestinal (especialmente durante períodos nos que se pase fame).[7] Segundo Surholt e Newsholme, a G6Pase está presente no músculo de numerosas especies animais, pero só a moi pequenas concentracións.[9] Deste modo, ao haber tan pouco deste encima, o glicóxeno que se almacena nos músculos non está xeralmente dispoñible para o resto das células do corpo porque a glicosa 6-fosfato non pode cruzar o sarcolema (membrana da célula muscular) a non ser que sexa desfosforilada. O encima xoga un importante papel durante os períodos de xaxún e cando os niveis de glicosa son baixos. Observouse que a inanición e a diabetes inducen un incremento en 2-3 veces na actividade da G6Pase no fígado.[7] A actividade da G6Pase tamén se incrementa drasticamente no nacemento cando o organismo se fai independente das fontes de glicosa de procedencia materna. O xene da G6Pase contén cinco exóns que abranguen aproximadamente 125,5 kb do ADN localizados no cromosoma 17 (locus 17q21.31).[10]

Importancia clínica

[editar | editar a fonte]

As mutacións no sistema da G6Pase, especificamente na subunidade glicosa-6-fosfatase-α (G6Pase- α), ou no transportador de glicosa 6-fosfato (G6PT), ou na subunidade glicosa-6-fosfatase-β (G6Pase-β ou G6PC3) orixinan deficiencias no mantemento da homeostase da glicosa interprandial e no funcionamento dos neutrófilos.[11][12] As mutacións na G6Pase-α e no G6PT orixinan a enfermidade de almacenamento de glicóxeno de tipo 1 (GSD-1) chamada enfermidade de von Gierke.[13] As mutacións na G6Pase-α causan unha enfermidade de almacenamento do glicóxeno de tipo 1a, que se caracteriza pola acumulación de glicóxeno e graxas no fígado e riles, que orixina hepatomegalia e renomegalia.[14] A GSD-1a constitúe aproximadamente o 80% dos casos de GSD-1 que se presentan clinicamente.[15] A ausencia de G6PT dá lugar á enfermidade de almacenamento de glicóxeno de tipo 1b (GSD-1b), que se caracteriza pola falta de G6PT e supón o 20% dos casos que se presentan clinicamente.[15][16]

Degradación dos diversos constituíntes da deficiencia no sistema da glicosa-6-fosfatase.

A causa específica dunha GSD-1a son mutacións sen sentido, insercións/delecións con ou sen corremento da pauta de lectura, ou mutacións no sitio de splicing que ocorren nos xenes.[7] As mutacións sen sentido afectan aos dous longos bucles luminais e ás hélices transmembrana da G6Pase-α, que suprimen ou reducen moito a actividade do encima.[7] A causa específica da GSD-1b son mutacións "graves" como mutacións no sitio de splicing, mutacións de cambio de pauta de lectura, e substitucións dun residuo moi conservado que destrúen completamente a actividade G6PT.[7] Estas mutacións orixinan a GSD-1 ao impediren o transporte de glicosa 6-fosfato (G6P) na porción luminal do retículo endoplasmático e tamén ao inhibiren a conversión de glicosa 6-fosfato en glicosa para ser usada pola célula.

O terceiro tipo de deficiencia de G6Pase é a deficiencia de G6Pase-β, que se caracteriza por unha síndrome de neutropenia conxénita na cal os neutrófilos mostran un aumento do estrés do retículo endoplasmático, incremento da apoptose, afectación da homeostase enerxética, e perda de funcionalidade.[17] Pode levar tamén a desenvolver malformacións cardíacas e uroxenitais.[18] Esta terceira clase de deficiencia tamén se ve afectada por unha deficiencia en G6PT, xa que a G6Pase-β tamén está situada no lume do retículo endoplasmático, o que pode facer que os síntomas similares da deficiencia de G6Pase-β sexan asociados con GSD-1b.[16] Ademais, investigacións recentes estudaron esta zona de semellanza entre as dúas deficiencias e mostraron que ocorre unha glicosilación anormal en ambas as deficiencias.[19] A glicosilación de certos encimas dos neutrófilos (como a NADPH oxidase) ten un profundo efecto na actividade dos neutrófilos e pode clasificarse tamén como un trastorno de glicosilación conxénito.[19]

A principal función da G6Pase-β é proporcionar glicosa reciclada ao citoplasma dos neutrófilos para manter o seu funcionamento normal. A distorsión da proporción de glicosa con respecto a glicosa 6-fosfato debido a unha diminución significativa dos niveis de glicosa intracelular causa unha alteración significativa da glicólise e da vía da pentosa fosfato.[12] A non ser qur se contrarreste con captación de glicosa extracelular, esta deficiencia dá lugar a unha disfunción dos neutrófilos.[12]

Notas

[editar | editar a fonte]
  1. ↑ Burchell A, Hume R. The glucose-6-phosphatase system in human development. Histol Histopathol. 1995 Oct;10(4):979-93. PMID 8574017. [1]
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Ghosh A, Shieh JJ, Pan CJ, Sun MS, Chou JY (2002). "The catalytic center of glucose-6-phosphatase. HIS176 is the nucleophile forming the phosphohistidine-enzyme intermediate during catalysis". J. Biol. Chem. 277 (36): 32837–42. PMID 12093795. doi:10.1074/jbc.M201853200. 
  3. ↑ Nordlie R; et al. (1985). The Enzymes of biological membranes, 2nd edition. New York: Plenum Press. pp. 349–398. ISBN 0-306-41453-8. 
  4. ↑ CHEMBL Glucose-6-phosphatase
  5. ↑ OMIM G6PC3 [2]
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Ghosh A, Shieh JJ, Pan CJ, Chou JY (2004). "Histidine 167 is the phosphate acceptor in glucose-6-phosphatase-beta forming a phosphohistidine enzyme intermediate during catalysis". J. Biol. Chem. 279 (13): 12479–83. PMID 14718531. doi:10.1074/jbc.M313271200. 
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 van Schaftingen E, Gerin I (2002). "The glucose-6-phosphatase system". Biochem. J. 362 (Pt 3): 513–32. PMC 1222414. PMID 11879177. doi:10.1042/0264-6021:3620513. 
  8. ↑ Pan CJ, Lei KJ, Annabi B, Hemrika W, Chou JY (1998). "Transmembrane topology of glucose-6-phosphatase". J. Biol. Chem. 273 (11): 6144–8. PMID 9497333. doi:10.1074/jbc.273.11.6144. Arquivado dende o orixinal o 30 de maio de 2020. Consultado o 11 de xaneiro de 2014. 
  9. ↑ B Surholt and E A Newsholme. Maximum activities and properties of glucose 6-phosphatase in muscles from vertebrates and invertebrates. Biochem J. 1981 September 15; 198(3): 621–629. [3]
  10. ↑ Angaroni CJ, de Kremer RD, Argaraña CE; et al. (2004). "Glycogen storage disease type Ia in Argentina: two novel glucose-6-phosphatase mutations affecting protein stability". Mol. Genet. Metab. 83 (3): 276–9. PMID 15542400. doi:10.1016/j.ymgme.2004.06.010. 
  11. ↑ Chou JY, Jun HS, Mansfield BC (2010). "Glycogen storage disease type I and G6Pase-β deficiency: etiology and therapy". Nature Reviews Endocrinology 6 (12): 676–88. PMID 20975743. doi:10.1038/nrendo.2010.189. 
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 Jun HS, Lee YM, Cheung YY; et al. (2010). "Lack of glucose recycling between endoplasmic reticulum and cytoplasm underlies cellular dysfunction in glucose-6-phosphatase-beta-deficient neutrophils in a congenital neutropenia syndrome". Blood 116 (15): 2783–92. PMC 2974586. PMID 20498302. doi:10.1182/blood-2009-12-258491. 
  13. ↑ Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2007). Biochemistry. San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-8724-5. 
  14. ↑ Pagon RA, Bird TD, Dolan CR; et al. (19 de abril de 2006). "Glycogen Storage Disease Type I." (en inglés). PMID 20301489. 
  15. ↑ 15,0 15,1 Chou JY, Matern D, Mansfield BC, Chen YT (2002). "Type I glycogen storage diseases: disorders of the glucose-6-phosphatase complex". Curr. Mol. Med. 2 (2): 121–43. PMID 11949931. doi:10.2174/1566524024605798. 
  16. ↑ 16,0 16,1 Froissart R, Piraud M, Boudjemline AM; et al. (2011). "Glucose-6-phosphatase deficiency". Orphanet J Rare Dis 6: 27. PMC 3118311. PMID 21599942. doi:10.1186/1750-1172-6-27. 
  17. ↑ Jun HS, Lee YM, Song KD, Mansfield BC, Chou JY (2011). "G-CSF improves murine G6PC3-deficient neutrophil function by modulating apoptosis and energy homeostasis". Blood 117 (14): 3881–92. PMC 3083300. PMID 21292774. doi:10.1182/blood-2010-08-302059. 
  18. ↑ Boztug K, Appaswamy G, Ashikov A; et al. (2009). "A syndrome with congenital neutropenia and mutations in G6PC3". N. Engl. J. Med. 360 (1): 32–43. PMC 2778311. PMID 19118303. doi:10.1056/NEJMoa0805051. 
  19. ↑ 19,0 19,1 Hayee B, Antonopoulos A, Murphy EJ; et al. (2011). "G6PC3 mutations are associated with a major defect of glycosylation: a novel mechanism for neutrophil dysfunction". Glycobiology 21 (7): 914–24. PMC 3110488. PMID 21385794. doi:10.1093/glycob/cwr023. 

Véxase tamén

[editar | editar a fonte]

Outros artigos

[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas

[editar | editar a fonte]