Фермент гликогенового ветвления
Белок млекопитающих, участвующий в выработке гликогена

ГБЕ1
Доступные структуры
ПДБПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыGBE1 , APBD, GBE, GSD4, глюкан (1,4-альфа-), ветвящийся фермент 1, 1,4-альфа-глюкан ветвящийся фермент 1
Внешние идентификаторыОМИМ : 607839; МГИ : 1921435; Гомологен : 129; Генные карты : GBE1; OMA :GBE1 — ортологи
Номер ЕС2.4.1.18
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Энтрез

2632

74185

Ансамбль

ENSG00000114480

ENSMUSG00000022707

UniProt

Q04446

Q9D6Y9

РефСек (мРНК)

NM_000158

NM_028803

RefSeq (белок)

NP_000149

NP_083079

Местоположение (UCSC)Хр 3: 81.49 – 81.76 МбХр 16: 70.11 – 70.37 Мб
Поиск в PubMed[3][4]
Викиданные
Просмотр/редактирование человекаПросмотр/редактирование мыши
Фермент гликогенового ветвления
Идентификаторы
Номер ЕС2.4.1.18
Номер CAS9001-97-2
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Фермент ветвления 1,4-альфа-глюкана , также известный как фермент ветвления или фермент ветвления гликогена, представляет собой фермент , который у людей кодируется геном GBE1 . [ 5]

Фермент гликогенового разветвления — это фермент , который добавляет ответвления к растущей молекуле гликогена во время синтеза гликогена , формы хранения глюкозы . Более конкретно, во время синтеза гликогена молекула глюкозо-1-фосфата реагирует с уридинтрифосфатом (УТФ), чтобы стать УДФ-глюкозой, активированной формой глюкозы. Активированная глюкозильная единица УДФ-глюкозы затем переносится на гидроксильную группу в положении С-4 терминального остатка гликогена, образуя α-1,4- гликозидную связь , реакцию, катализируемую гликогенсинтазой . Важно отметить, что гликогенсинтаза может катализировать только синтез α-1,4-гликозидных связей. Поскольку гликоген является легко мобилизуемой формой хранения глюкозы, удлиненный полимер гликогена разветвляется ферментом гликогенового разветвления, чтобы обеспечить ферменты расщепления гликогена, такие как гликогенфосфорилаза , со многими терминальными остатками для быстрой деградации. Разветвление также существенно увеличивает растворимость и снижает осмотическую силу гликогена. [6]

Белок, кодируемый этим геном, представляет собой фермент гликогенового разветвления , который катализирует перенос альфа-1,4-связанных глюкозильных единиц с внешнего конца гликогеновой цепи в альфа-1,6-положение на той же или соседней гликогеновой цепи. Разветвление цепей необходимо для повышения растворимости молекулы гликогена и , следовательно, для снижения осмотического давления внутри клеток . Самые высокие уровни этого фермента обнаружены в клетках печени и мышц . Мутации в этом гене связаны с болезнью накопления гликогена IV типа (также известной как болезнь Андерсена).

Номенклатура

Этот фермент принадлежит к семейству трансфераз , а точнее, гликозилтрансфераз, которые переносят гексозы ( гексозилтрансферазы ). Систематическое название этого класса ферментов — 1,4-альфа-D-глюкан:1,4-альфа-D-глюкан 6-альфа-D-(1,4-альфа-D-глюкано)-трансфераза. Другие названия, которые используются в общем, включают фермент ветвления, амило-(1,4→1,6)-трансгликозилаза, Q-фермент, альфа-глюкан-ветвящаяся гликозилтрансфераза, амилозоизомераза, ферментативный фактор ветвления, ветвящаяся гликозилтрансфераза, фермент Q, глюкозантрансгликозилаза, 1,4-альфа-глюкановый ветвящийся фермент 1 , растительный ветвящийся фермент, альфа-1,4-глюкан:альфа-1,4-глюкан-6-гликозилтрансфераза и крахмальный ветвящийся фермент. Этот фермент участвует в метаболизме крахмала и сахарозы .

Ген

GBE кодируется геном GBE1 . [5] [7] [8] [9]

С помощью анализа Саузерн-блоттинга ДНК, полученной из гибридов соматических клеток человека/грызуна, GBE1 был идентифицирован как аутосомный ген, расположенный на коротком плече хромосомы 3 в позиции 12.3. [7] [8] [9] [10] Ген GBE человека был также выделен путем функциональной комплементарности дефицита GBE Saccharomyces cerevisiae. [10] Из выделенной кДНК было обнаружено, что длина гена составляет приблизительно 3 кб. [10] Кроме того, было обнаружено, что кодирующая последовательность включает 2106 пар оснований и кодирует GBE длиной 702 аминокислоты. Молекулярная масса GBE человека была рассчитана как 80 438 Да. [10]

Структура

Структура фермента гликогенового разветвления, обнаруженного в E. Coli

Фермент гликогенового ветвления принадлежит к семейству ферментов α-амилазы , которое включает α-амилазу, пуллуланаз/изоамилазу, циклодекстринглюканотрансферазу (ЦГТ) и фермент ветвления. [11] [12] Как показала рентгеновская кристаллография, фермент гликогенового ветвления имеет четыре маргинально асимметричные единицы, каждая из которых организована в три домена: аминоконцевой домен, участвующий в определении длины переноса цепи, карбоксильный концевой домен, участвующий в предпочтении субстрата и каталитической способности, и центральный (α/β) бочкообразный каталитический домен. [11] [13] [14] [15] Аминоконцевой домен состоит из 128 остатков, организованных в семь β-нитей, карбоксильно-концевой домен с 116 остатками, также организованными в семь β-нитей, и (α/β) бочкообразный домен с 372 остатками. В то время как центральный (α/β) бочкообразный домен распространен среди членов семейства α-амилаз, существуют многочисленные вариации между различными бочкообразными доменами. Кроме того, существуют поразительные различия между петлями, соединяющими элементы вторичной структуры среди этих различных членов α-амилазы, особенно вокруг активного центра. По сравнению с другими членами семейства, гликогенсвязывающий фермент имеет более короткие петли, что приводит к более открытой полости, благоприятной для связывания более объемного субстрата, такого как разветвленный сахар. С помощью анализа первичной структуры и рентгеновских кристаллографических структур членов семейства α-амилазы были сохранены семь остатков: Asp335, His340, Arg403, Asp 405, Glu458, His525 и Asp526 (нумерация E coli). Эти остатки участвуют в катализе и связывании субстрата. [11]

Гликогенсвязывающие ферменты в других организмах также были кристаллизованы и структурно определены, демонстрируя как сходство, так и различия с GBE, обнаруженными в Escherichia coli . [16] [17] [18] [19]

Функция

Схема, демонстрирующая функцию фермента разветвления гликогена

В гликогене каждые 10–14 единиц глюкозы образуют боковую ветвь с дополнительной цепочкой единиц глюкозы. Боковая цепь присоединяется к атому углерода 6 единицы глюкозы, образуя α-1,6-гликозидную связь. Это соединение катализируется ферментом ветвления, обычно называемым ферментом ветвления α-глюкана. Фермент ветвления присоединяет цепочку из семи единиц глюкозы (с некоторыми незначительными вариациями этого числа) к углероду в положении C-6 на единице глюкозы, образуя α-1,6-гликозидную связь. Специфическая природа этого фермента означает, что эта цепочка из 7 атомов углерода обычно присоединяется к молекуле глюкозы, которая находится в положении три от невосстанавливающего конца другой цепи. Поскольку фермент работает с такой специфичностью в отношении количества переносимых единиц глюкозы и положения, в которое они переносятся, фермент создает очень характерную, сильно разветвленную молекулу гликогена. [20]

Клиническое значение

Мутации в этом гене связаны с болезнью накопления гликогена IV типа (также известной как болезнь Андерсена) у новорожденных и с болезнью полиглюкозановых тел у взрослых . [5] [21]

Около 40 мутаций в гене GBE1, большинство из которых приводит к точечной мутации в ферменте ветвления гликогена, привели к раннему детскому расстройству, болезни накопления гликогена типа IV (GSD IV). [9] Это заболевание характеризуется тяжелым истощением или полным отсутствием GBE, что приводит к накоплению аномально структурированного гликогена, известного как полиглюкозановые тельца. [9] Накопление гликогена приводит к повышению осмотического давления, что приводит к отеку клеток и смерти. [9] Ткани, наиболее пораженные этим заболеванием, — это печень, сердце и нервно-мышечная система, области с наибольшим уровнем накопления гликогена. [9] [22] Аномальное накопление гликогена в печени нарушает функционирование печени и может привести к увеличению печени и заболеванию печени. [9] [23] В мышцах неспособность клеток эффективно расщеплять гликоген из-за серьезного сокращения или отсутствия ветвления может привести к мышечной слабости и атрофии. [9] Было обнаружено, что по крайней мере три мутации в гене GBE1 вызывают другое заболевание, называемое болезнью полиглюкозанового тела у взрослых (APBD). [9] [24] В то время как при GSD IV активность GBE не определяется или минимально определяется, APBD характеризуется сниженной или даже нормальной активностью GBE. [24] При этом заболевании аномальный гликоген может накапливаться в нейронах, что приводит к спектру проблем. В частности, некоторые характеристики заболевания включают трудности с походкой из-за смешанного поражения верхних и нижних двигательных нейронов, потерю чувствительности в нижних конечностях и нейрогенный мочевой пузырь , проблему, при которой у человека отсутствует контроль над мочевым пузырем из-за состояния головного мозга, спинного мозга или нервов. [24] [25]

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000114480 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000022707 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ abc "Entrez Gene: глюкан (1,4-альфа-), фермент ветвления 1" . Получено 2011-08-30 .
  6. ^ Берг Дж. (2012). Биохимия (седьмое изд.). WH Freeman and Company. стр. 627–630.
  7. ^ ab "GBE1 глюкан (1,4-альфа-), фермент ветвления 1 [ Homo sapiens (человек) ]". Национальный центр биотехнологической информации . США. Национальная медицинская библиотека.
  8. ^ ab "Гликогеновый разветвляющий фермент; GBE1". Онлайн Менделевское наследование у человека . Университет Джонса Хопкинса.
  9. ^ abcdefghi Genetics Home Reference. "GBE1". Национальная медицинская библиотека США.
  10. ^ abcd Thon VJ, Khalil M, Cannon JF (апрель 1993 г.). «Выделение кДНК фермента ветвления гликогена человека путем скрининга комплементации в дрожжах». Журнал биологической химии . 268 (10): 7509–7513. doi : 10.1016/S0021-9258(18)53204-X . PMID  8463281.
  11. ^ abc Abad MC, Binderup K, Rios-Steiner J, Arni RK, Preiss J, Geiger JH (ноябрь 2002 г.). "Рентгеновская кристаллографическая структура фермента ветвления Escherichia coli". Журнал биологической химии . 44. 277 (44): 42164–42170. doi : 10.1074/jbc.m205746200 . PMID  12196524.
  12. ^ Pal K, Kumar S, Sharma S, Garg SK, Alam MS, Xu HE и др. (июль 2010 г.). «Кристаллическая структура полноразмерного фермента гликогенового разветвления Mycobacterium tuberculosis H37Rv: понимание N-терминального бета-сэндвича в субстратной специфичности и ферментативной активности». Журнал биологической химии . 285 (27): 20897–20903. doi : 10.1074/jbc.M110.121707 . PMC 2898361. PMID  20444687 . 
  13. ^ Мацуура Ю, Кусуноки М, Харада В, Какудо М (март 1984 г.). «Структура и возможные каталитические остатки така-амилазы А». Журнал биохимии . 95 (3): 697–702. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a134659 . ПМИД  6609921.
  14. ^ Buisson G, Duée E, Haser R, Payan F (декабрь 1987 г.). «Трехмерная структура альфа-амилазы поджелудочной железы свиньи при разрешении 2,9 А. Роль кальция в структуре и активности». The EMBO Journal . 6 (13): 3909–3916. doi :10.1002/j.1460-2075.1987.tb02731.x. PMC 553868. PMID  3502087 . 
  15. ^ Devillers CH, Piper ME, Ballicora MA, Preiss J (октябрь 2003 г.). «Характеристика схем ветвления фермента ветвления гликогена, усеченного на N-конце». Архивы биохимии и биофизики . 418 (1): 34–38. doi :10.1016/S0003-9861(03)00341-2. PMID  13679080.
  16. ^ Курики Т., Стюарт Д.К., Прейсс Дж. (ноябрь 1997 г.). «Конструирование химерных ферментов из ферментов ветвления эндосперма кукурузы I и II: активность и свойства». Журнал биологической химии . 272 ​​(46): 28999–29004. doi : 10.1074/jbc.272.46.28999 . PMID  9360973.
  17. ^ Паломо М., Пийнинг Т., Буйман Т., Добруховска Дж. М., ван дер Влист Дж., Краль С. и др. (февраль 2011 г.). «Thermus thermophilus гликозидгидролазное семейство 57 разветвляющий фермент: кристаллическая структура, механизм действия и образующиеся продукты». Журнал биологической химии . 286 (5): 3520–3530. doi : 10.1074/jbc.m110.179515 . PMC 3030357. PMID  21097495 . 
  18. ^ Santos CR, Tonoli CC, Trindade DM, Betzel C, Takata H, Kuriki T и др. (февраль 2011 г.). «Структурная основа активности фермента ветвления семейства гликозидгидролаз 57: исследования структуры и стабильности нового фермента ветвления из гипертермофильной археи Thermococcus kodakaraensis KOD1». Proteins . 79 (2): 547–557. doi :10.1002/prot.22902. PMID  21104698. S2CID  25862890.
  19. ^ Noguchi J, Chaen K, Vu NT, Akasaka T, Shimada H, Nakashima T и др. (август 2011 г.). «Кристаллическая структура фермента разветвления I (BEI) из Oryza sativa L с учетом катализа и связывания субстрата». Glycobiology . 21 (8): 1108–1116. doi :10.1093/glycob/cwr049. PMID  21493662.
  20. ^ Роуз С. (1999). Химия жизни . Pelican Books. С. 199–201.
  21. ^ McKusick VA, Kniffin CL (2 мая 2016 г.). "OMIM Entry 263570 - Полиглюкозановая невропатия, взрослая форма". Онлайн Менделевское наследование у человека . Университет Джонса Хопкинса . Получено 7 марта 2017 г.
  22. ^ Mingyi C (2011). "Глава о заболеваниях, связанных с накоплением гликогена в молекулярной патологии заболеваний печени". В Monga SP (ред.). Молекулярная патология заболеваний печени . Springer. стр. 677–682. ISBN 9781441971074.
  23. ^ Bruno C, van Diggelen OP, Cassandrini D, Gimpelev M, Giuffrè B, Donati MA и др. (сентябрь 2004 г.). «Клиническая и генетическая гетерогенность дефицита фермента ветвления (гликогеноз типа IV)». Neurology . 63 (6): 1053–1058. doi :10.1212/01.wnl.0000138429.11433.0d. PMID  15452297. S2CID  7874969.
  24. ^ abc Klein C (1993). "Болезнь полиглюкозанового тела у взрослых". GeneReviews . Университет Вашингтона, Сиэтл. PMID  20301758.
  25. ^ Хуссейн А., Армистед Дж., Гушулак Л., Крук К., Пинд С., Триггс-Рейн Б. и др. (сентябрь 2012 г.). «Мутация болезни полиглюкозанового тела у взрослых GBE1 c.1076A>C встречается с высокой частотой у лиц еврейского происхождения ашкенази». Biochemical and Biophysical Research Communications . 426 (2): 286–288. doi :10.1016/j.bbrc.2012.08.089. PMID  22943850.

Дальнейшее чтение

  • Barker SA, Bourne E, Peat S (1949). «Ферментативный синтез и деградация крахмала. Часть IV. Очистка и хранение Q-фермента картофеля». Журнал химического общества (резюме) : 1705–1711. doi :10.1039/jr9490001705.
  • Baum H, Gilbert GA (май 1953). "Простой метод приготовления кристаллической фосфорилазы картофеля и Q-фермента". Nature . 171 (4361): 983–984. Bibcode :1953Natur.171..983B. doi :10.1038/171983a0. PMID  13063502. S2CID  2243647.
  • Hehre EJ (1951). "Ферментативный синтез полисахаридов: биологический тип полимеризации". Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии . Том 11. стр. 297–337. doi :10.1002/9780470122563.ch6. ISBN 978-0-470-12256-3. PMID  24540594. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  • Allan CM, Wang Y, Jimenez M, Marshan B, Spaliviero J, Illingworth P и др. (март 2006 г.). «Фолликулостимулирующий гормон увеличивает примордиальный фолликулярный резерв у зрелых самок гипогонадных мышей». Журнал эндокринологии . 188 (3): 549–557. doi : 10.1677/joe.1.06614 . PMID  16522734.
  • Stelzl U, Worm U, Lalowski M, Haenig C, Brembeck FH, Goehler H и др. (сентябрь 2005 г.). «Сеть взаимодействия белок-белок человека: ресурс для аннотирования протеома». Cell . 122 (6): 957–968. doi :10.1016/j.cell.2005.08.029. hdl : 11858/00-001M-0000-0010-8592-0 . PMID  16169070. S2CID  8235923.
  • Massa R, Bruno C, Martorana A, de Stefano N, van Diggelen OP, Federico A (апрель 2008 г.). «Заболевание полиглюкозанового тела у взрослых: протонная магнитно-резонансная спектроскопия мозга и новая мутация в гене GBE1». Muscle & Nerve . 37 (4): 530–536. doi :10.1002/mus.20916. PMID  17994551. S2CID  18749059.
  • Rose JE, Behm FM, Drgon T, Johnson C, Uhl GR (2010). «Персонализированное прекращение курения: взаимодействие между дозой никотина, зависимостью и показателем генотипа успеха отказа». Молекулярная медицина . 16 (7–8): 247–253. doi :10.2119/molmed.2009.00159. PMC  2896464. PMID  20379614 .
  • Ханнула-Йуппи К., Каминен-Ахола Н., Тайпале М., Эклунд Р., Нопола-Хемми Дж., Кяарияйнен Х. и др. (октябрь 2005 г.). «Ген рецептора наведения аксонов ROBO1 является геном-кандидатом для развития дислексии». ПЛОС Генетика . 1 (4): е50. дои : 10.1371/journal.pgen.0010050 . ПМК  1270007 . ПМИД  16254601.
  • Константиниду А.Е., Аннинос Х., Дертингер С., Нонни А., Петерсен М., Карадимас К. и др. (апрель 2008 г.). «Участие плаценты в болезни накопления гликогена типа IV». Placenta . 29 (4): 378–381. doi :10.1016/j.placenta.2008.01.005. PMID  18289670.
  • Melén E, Himes BE, Brehm JM, Boutaoui N, Klanderman BJ, Sylvia JS и др. (сентябрь 2010 г.). «Анализ общих генетических факторов между астмой и ожирением у детей». Журнал аллергии и клинической иммунологии . 126 (3): 631–7.e1–8. doi :10.1016/j.jaci.2010.06.030. PMC  2941152. PMID  20816195 .
  • Bruno C, van Diggelen OP, Cassandrini D, Gimpelev M, Giuffrè B, Donati MA и др. (сентябрь 2004 г.). «Клиническая и генетическая гетерогенность дефицита фермента ветвления (гликогеноз типа IV)». Neurology . 63 (6): 1053–1058. doi :10.1212/01.wnl.0000138429.11433.0d. PMID  15452297. S2CID  7874969.
  • Ziemssen F, Sindern E, Schröder JM, Shin YS, Zange J, Kilimann MW и др. (апрель 2000 г.). «Новые миссенс-мутации в гене фермента гликогеновой разветвленности при болезни полиглюкозановых тел у взрослых». Annals of Neurology . 47 (4): 536–540. doi :10.1002/1531-8249(200004)47:4<536::AID-ANA22>3.0.CO;2-K. PMID  10762170. S2CID  42856760.
  • McCarthy JJ, Meyer J, Moliterno DJ, Newby LK, Rogers WJ, Topol EJ (декабрь 2003 г.). «Доказательства существенной модификации эффекта в зависимости от пола в крупномасштабном исследовании генетических ассоциаций метаболического синдрома среди пациентов с ишемической болезнью сердца». Генетика человека . 114 (1): 87–98. doi :10.1007/s00439-003-1026-1. PMID  14557872. S2CID  2568593.
  • Tay SK, Akman HO, Chung WK, Pike MG, Muntoni F, Hays AP и др. (апрель 2004 г.). «Фатальное инфантильное нервно-мышечное проявление болезни накопления гликогена типа IV». Нейромышечные расстройства . 14 (4): 253–260. doi :10.1016/j.nmd.2003.12.006. PMID  15019703. S2CID  34056349.
  • Пескадор Н., Виллар Д., Сифуэнтес Д., Гарсия-Роча М., Ортис-Бараона А., Васкес С. и др. (март 2010 г.). «Гипоксия способствует накоплению гликогена посредством индукции гликогенсинтазы 1, опосредованной фактором, индуцируемым гипоксией (HIF)». PLOS ONE . ​​5 (3): e9644. Bibcode :2010PLoSO...5.9644P. doi : 10.1371/journal.pone.0009644 . PMC  2837373 . PMID  20300197.
  • Бруно С., Кассандрини Д., Ассерето С., Акман Х.О., Минетти С., Ди Мауро С. (июль 2007 г.). «Нейромышечные формы дефицита фермента разветвления гликогена». Акта Миологика . 26 (1): 75–78. ПМЦ  2949312 . ПМИД  17915577.
  • Flachsbart F, Franke A, Kleindorp R, Caliebe A, Blanche H, Schreiber S и др. (декабрь 2010 г.). «Исследование факторов генетической восприимчивости для долголетия человека — целевое несинонимичное исследование SNP». Mutation Research . 694 (1–2): 13–19. Bibcode :2010MRFMM.694...13F. doi :10.1016/j.mrfmmm.2010.08.006. PMID  20800603.
  • Rush J, Moritz A, Lee KA, Guo A, Goss VL, Spek EJ и др. (январь 2005 г.). «Иммуноаффинное профилирование фосфорилирования тирозина в раковых клетках». Nature Biotechnology . 23 (1): 94–101. doi :10.1038/nbt1046. PMID  15592455. S2CID  7200157.
  • Bailey SD, Xie C, Do R, Montpetit A, Diaz R, Mohan V и др. (октябрь 2010 г.). «Изменение в локусе NFATC2 увеличивает риск отека, вызванного тиазолидиндионом, в исследовании оценки снижения диабета с помощью рамиприла и розиглитазона (DREAM)». Diabetes Care . 33 (10): 2250–2253. doi :10.2337/dc10-0452. PMC  2945168 . PMID  20628086.
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Гликогенный разветвляющий фермент» .
  • GeneReviews/NCBI/NIH/UW запись о болезни полиглюкозанового тела у взрослых
  • Записи OMIM о болезни полиглюкозанового тела у взрослых
  • Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : Q04446 (фермент ветвления 1,4-альфа-глюкана) на сайте PDBe-KB .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Гликоген_разветвляющий_фермент&oldid=1242970342"