Glucosa 6-fosfatasa - Glucose 6-phosphatase
| Glucosa 6-fosfatasa. | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| CE no. | 3.1.3.9 | ||||||||
| No CAS. | 9001-39-2 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | Vista IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada BRENDA | ||||||||
| FÁCIL | NiceZyme vista | ||||||||
| KEGG | Entrada KEGG | ||||||||
| MetaCyc | camino metabólico | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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La glucosa 6-fosfatasa ( EC 3.1.3.9 , G6Pasa) es una enzima que hidroliza la glucosa 6-fosfato , lo que da como resultado la creación de un grupo fosfato y glucosa libre. Luego, la glucosa se exporta de la célula a través de las proteínas de la membrana del transportador de glucosa . Esta catálisis completa el paso final de la gluconeogénesis y, por lo tanto, juega un papel clave en la regulación homeostática de los niveles de glucosa en sangre.
La glucosa 6-fosfatasa es un complejo de proteínas de múltiples componentes, incluidos los transportadores de G6P, glucosa y fosfato. La función principal de la fosfatasa la realiza la subunidad catalítica de glucosa 6-fosfatasa. En los seres humanos, hay tres isoenzimas de la subunidad catalítica: glucosa 6-fosfatasa-α, codificada por G6PC ; IGRP, codificado por G6PC2 ; y glucosa 6-fosfatasa-β, codificada por G6PC3 .
Tanto la glucosa 6-fosfatasa-α como la glucosa 6-fosfatasa-β son fosfohidrolasas funcionales y tienen una estructura de sitio activo, topología, mecanismo de acción y propiedades cinéticas similares con respecto a la hidrólisis de G6P. Por el contrario, IGRP casi no tiene actividad hidrolasa y puede desempeñar un papel diferente en la estimulación de la secreción de insulina pancreática.
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Estructura y función
Aunque no se ha alcanzado un consenso claro, un gran número de científicos se adhiere a un modelo de transporte de sustrato para explicar las propiedades catalíticas de la glucosa 6-fosfatasa. En este modelo, la glucosa 6-fosfatasa tiene un bajo grado de selectividad. La transferencia de la glucosa 6-fosfato se realiza mediante una proteína transportadora (T1) y el retículo endoplásmico (RE) contiene estructuras que permiten la salida del grupo fosfato (T2) y glucosa (T3).
La glucosa 6-fosfatasa consta de 357 aminoácidos y está anclada al retículo endoplásmico (RE) por nueve hélices transmembrana. Su N-terminal y su sitio activo se encuentran en el lado de la luz del RE y su C-terminal se proyecta hacia el citoplasma. Debido a su estrecha asociación con el RE, la estructura exacta de la glucosa 6-fosfatasa sigue siendo desconocida. Sin embargo, la alineación de secuencias ha demostrado que la glucosa 6-fosfatasa es estructuralmente similar al sitio activo de la cloroperoxidasa que contiene vanadio que se encuentra en Curvularia inaequalis.
Basándose en estudios cinéticos de pH de la catálisis de glucosa 6-fosfatasa-α, se propuso que la hidrólisis de glucosa 6-fosfato se completara mediante un intermedio covalente de fosfohistidina glucosa 6-fosfato. El sitio activo de la glucosa 6-fosfatasa-α se identificó inicialmente por la presencia de un motivo característico de fosfato conservado que generalmente se encuentra en las fosfatasas lipídicas, las fosfatasas ácidas y las haloperoxidasas de vanadio.
Los residuos esenciales en el sitio activo de las haloperoxidasas de vanadio incluyen: Lys353, Arg360, Arg490, His404 e His496. Los residuos correspondientes en el sitio activo de la glucosa 6-fosfatasa-α incluyen Arg170 y Arg83, que donan iones de hidrógeno al fosfato, estabilizando el estado de transición, His119, que proporciona un protón al oxígeno desfosforilado unido a la glucosa, e His176, que completa un ataque nucleofílico sobre el fosfato para formar un intermedio de enzima fosforilo unido covalentemente. Dentro de la cloroperoxidasa que contiene vanadio, se encontró que Lys353 estabiliza el fosfato en el estado de transición. Sin embargo, el residuo correspondiente en la glucosa 6-fosfatasa-α (Lys76) reside dentro de la membrana del RE y su función, si la hubiera, está actualmente indeterminada. Con la excepción de Lys76, todos estos residuos están ubicados en el lado luminal de la membrana del RE.
La glucosa 6-fosfatasa-β es una proteína de membrana de 346 aminoácidos expresada de forma ubicua que comparte una identidad de secuencia del 36% con la glucosa 6-fosfatasa-α. Dentro de la enzima glucosa 6-fosfatasa-β, los alineamientos de secuencia predicen que su sitio activo contiene His167, His114 y Arg79. Similar al sitio activo de la glucosa 6-fosfatasa-α, His167 es el residuo que proporciona el ataque nucleofílico, y His114 y Arg79 son los donantes de hidrógeno. La glucosa 6-fosfatasa-β también se localiza en la membrana del RE, aunque se desconoce su orientación.
Mecanismo
La hidrólisis de glucosa 6-fosfato comienza con un ataque nucleófilo sobre el fosfato unido al azúcar por His176, lo que da como resultado la formación de un enlace fosfohistidina y la degradación de un carbonilo. A continuación, el oxígeno cargado negativamente transfiere sus electrones formando un carbonilo y rompiendo su enlace con la glucosa. El oxígeno unido a glucosa cargado negativamente es luego protonado por His119 formando una glucosa libre. El fosfo-intermedio producido por la reacción entre His176 y el grupo fosfato se rompe luego mediante un ataque hidrófilo; después de la adición de otro hidróxido y la descomposición de un carbonilo, el carbonilo se reforma arrancando los electrones originalmente donados por el residuo His176 creando así un grupo fosfato libre y completando la hidrólisis.
Expresión
Los genes que codifican la enzima se expresan principalmente en el hígado, en la corteza del riñón y (en menor grado) en las células β de los islotes pancreáticos y la mucosa intestinal (especialmente durante las épocas de inanición). Según Surholt y Newsholme, Glc 6-Pase está presente en una amplia variedad de músculos en todo el reino animal, aunque en concentraciones muy bajas. Por lo tanto, el glucógeno que almacenan los músculos generalmente no está disponible para el resto de las células del cuerpo porque la glucosa 6-fosfato no puede atravesar el sarcolema a menos que esté desfosforilada. La enzima juega un papel importante durante los períodos de ayuno y cuando los niveles de glucosa son bajos. Se ha demostrado que la inanición y la diabetes inducen un aumento de dos a tres veces en la actividad de la glucosa 6-fosfatasa en el hígado. La actividad de Glc 6-Pase también aumenta dramáticamente al nacer cuando un organismo se vuelve independiente de la fuente de glucosa de la madre. El gen humano Glc 6-Pase contiene cinco exones que abarcan aproximadamente 125,5 kb de ADN ubicado en el cromosoma 17q21.
Significación clínica
Mutaciones del sistema de glucosa 6-fosfatasa, para ser específicas de la subunidad glucosa 6-fosfatasa-α (glucosa 6-fosfatasa-α), transportador de glucosa 6 (G6PT) y glucosa 6-fosfatasa-β (glucosa 6-fosfatasa-α) Las subunidades β o G6PC3) conducen a deficiencias en el mantenimiento de la homeostasis de la glucosa interprandial y la función y homeostasis de los neutrófilos . Las mutaciones tanto en la glucosa 6-fosfatasa-α como en la G6PT conducen a la enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo I (GSD 1, enfermedad de von Gierke). Para ser específicos, las mutaciones en la glucosa-6-fosfatasa-α conducen a la enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo 1a, que se caracteriza por la acumulación de glucógeno y grasa en el hígado y los riñones, lo que resulta en hepatomegalia y renomegalia. GSD-1a constituye aproximadamente el 80% de los casos de GSD-1 que se presentan clínicamente. La ausencia de G6PT conduce a GSD-1b (GSD-1b), que se caracteriza por la ausencia de G6PT y representa el 20% de los casos que se presentan clínicamente.
La causa específica de la GSD-1a se deriva de sin sentido mutaciones, inserciones / deleciones con o sin un cambio en el marco de lectura, o sitio de empalme mutaciones que se producen a nivel genético. Las mutaciones sin sentido afectan los dos grandes bucles luminales y las hélices transmembrana de la glucosa 6-fosfatasa-α, aboliendo o reduciendo en gran medida la actividad de la enzima. La causa específica de GSD-1b proviene de mutaciones "graves", como mutaciones en el sitio de corte y empalme, mutaciones de cambio de marco y sustituciones de un residuo altamente conservado que destruyó completamente la actividad de G6PT. Estas mutaciones conducen a la prevalencia de GSD-1 al prevenir el transporte de glucosa-6-fosfato (G6P) hacia la porción luminal del RE y también inhibir la conversión de G6P en glucosa para ser utilizada por la célula.
El tercer tipo de deficiencia de glucosa 6-fosfatasa, la deficiencia de glucosa 6-fosfatasa-β, se caracteriza por un síndrome de neutropenia congénito en el que los neutrófilos exhiben mayor estrés en el retículo endoplásmico (RE), mayor apoptosis, alteración de la homeostasis energética y deterioro de la funcionalidad. También puede provocar malformaciones cardíacas y urogenitales. Esta tercera clase de deficiencia también se ve afectada por una deficiencia de G6PT, ya que la glucosa-6-fosfatasa-β también se encuentra dentro de la luz del RE y, por lo tanto, puede provocar síntomas similares de deficiencia de glucosa-6-fosfatasa-β asociados con GSD-1b. Además, estudios recientes han dilucidado esta área de similitud entre ambas deficiencias y han demostrado que se produce una glicosilación aberrante en ambas deficiencias. La glicosilación de neutrófilos tiene un efecto profundo sobre la actividad de los neutrófilos y, por lo tanto, también puede clasificarse como un trastorno de glicosilación congénito.
Se ha determinado que la función principal de la glucosa 6-fosfatasa-β es proporcionar glucosa reciclada al citoplasma de los neutrófilos para mantener la función normal. La alteración de la proporción de glucosa a G6P debido a una disminución significativa de los niveles de glucosa intracelular provoca una alteración significativa de la glucólisis y el HMS . A menos que se contrarreste mediante la captación de glucosa extracelular, esta deficiencia conduce a una disfunción de los neutrófilos.
Se ha demostrado que los compuestos de vanadio, como el sulfato de vanadilo, inhiben la enzima y, por lo tanto, aumentan la sensibilidad a la insulina in vivo en diabéticos, según la evaluación de la técnica de pinzamiento hiperinsulinémico , que puede tener posibles implicaciones terapéuticas.
Ver también
Notas
Se produjeron imágenes de gráficos moleculares usando UCSF Chimera.
Referencias
enlaces externos
- Glucosa-6-fosfatasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- G6PC , G6PC2 , G6PC3 , G6PR
- EC 3.1.3.9
