Struktur hablur kompleks glikogen fosforilase-AMP otot arnab. Tapak alosterik AMP (kuning), Ser14 terfosforilasi (oren), tapak pengikat glikogen (biru), tapak pemangkin (merah).[1]
Glikogen fosforilase ialah sejenis enzimfosforilase (EC2.4.1.1). Fosforilase glikogen memangkinkan langkah pengehad kadar dalam glikogenolisis pada haiwan, dengan membebaskan glukosa-1-fosfat daripada ikatan alfa-1,4-glikosidik terminal. Fosforilase ini juga dikaji sebagai protein model yang dikawal oleh kedua-dua pemfosforilan berbalik dan kesan alosterik.
Mekanisme
Fosforilase glikogen memecah glikogen kepada subunitglukosa (lihat juga rajah di bawah):
Walaupun tindak balas boleh diterbalikkan secara in vitro, di dalam sel enzim hanya berfungsi ke arah hadapan seperti yang ditunjukkan di bawah kerana kepekatan fosfat tak organik jauh lebih tinggi daripada glukosa-1-fosfat.[2]
Tindakan Glikogen Fosforilase pada Glikogen
Glikogen fosforilase boleh bertindak hanya pada rantaian linear glikogen (ikatan α-1-4 glikosidik). Kerjanya akan terhenti serta-merta di kedudukan sisa keempat dari cabang α-1-6 glikogen. Dalam situasi ini, enzim penyahcabangan diperlukan, yang akan meluruskan rantai di kawasan itu. Di samping itu, enzim transferase mengalihkan blok 3 sisa glukosil dari cabang luaran ke hujung lain, dan kemudian, enzim α-1-6 glukosidase diperlukan untuk memecahkan baki (glukosa tunggal) α-1-6 kekal ke dalam rantai linear. Selepas semua ini dilakukan, glikogen fosforilase boleh diteruskan. Enzim ini khusus bagi rantai α-1-4 kerana molekulnya mengandungi celah sepanjang 30 angstrom dengan jejari yang sama dengan heliks yang dibentuk oleh rantai glikogen; ini menampung 4-5 sisa glukosil, tetapi terlalu sempit bagi kawasan cabang. Celah ini menghubungkan tapak penyimpanan glikogen ke tapak pemangkin yang aktif.
Struktur
Monomer glikogen fosforilase ialah protein besar, terdiri daripada 842 asid amino dengan jisim 97.434 kDa dalam sel otot. Walaupun enzim boleh wujud sebagai monomer atau tetramer tidak aktif, ia aktif secara biologi sebagai dimer dua subunit yang sama.[3]
Kepentingan klinikal
fosforilase, glikogen; otot (sindrom McArdle, penyakit penyimpanan glikogen jenis V)
Perencatan glikogen fosforilase pernah diusul sebagai satu kaedah rawatan diabetes jenis 2.[4] Oleh kerana penghasilan glukosa hati diperhatikan meningkat dalam kalangan pesakit diabetes ini,[5] perencatan pelepasan glukosa daripada bekalan glikogen nampak seperti satu pendekatan yang munasabah. Pengklonan glikogen fosforilase hati manusia (HLGP) mendedahkan tapak pengikat alosterik baharu berhampiran antara muka subunit yang tidak terdapat dalam glikogen fosforilase otot arnab (RMGP) yang biasanya digunakan dalam kajian. Tapak ini tidak sensitif terhadap perencat yang sama seperti yang terdapat di tapak alosterik AMP,[6] dan kebanyakan kejayaan ialah penghasilan perencat baharu yang meniru struktur glukosa kerana glukosa 6-fosfat diketahui sebagai perencat HLGP, dan menstabilkan keadaan T yang kurang aktif.[7] Terbitan glukosa ini memiliki suatu kejayaan dalam merencatkan HLGP, dengan nilai Ki anggaran adalah serendah 0.016 mM.[8]
Mutasi isobentuk otot glikogen fosforilase (PYGM) dikaitkan dengan penyakit penyimpanan glikogen jenis V (GSD V atau penyakit McArdle). Lebih 65 mutasi dalam gen PYGM yang membawa kepada penyakit McArdle telah dikenal pasti setakat ini.[9][10] Gejala penyakit McArdle termasuk lemah otot, mialgia dan kekurangan daya tahan tenaga, dengan kesemuanya berpunca daripada tahap glukosa otot yang rendah.[11]
Fosforilase glikogen dikawal melalui kawalan alosterik dan melalui fosforilasi . Fosforilase a dan fosforilase b masing-masing wujud dalam dua bentuk keadaan T (tegang) yang tidak aktif dan R (relaks). Fosforilase b biasanya dalam keadaan T, tidak aktif kerana kehadiran fisiologi ATP dan glukosa 6-fosfat, dan fosforilase a biasanya dalam keadaan R (aktif). Isoenzim glikogen fosforilase wujud dalam hati yang sensitif terhadap kepekatan glukosa, kerana hati bertindak sebagai pengeksport glukosa. Pada dasarnya, fosforilase hati adalah responsif kepada glukosa, yang menyebabkan peralihan yang sangat responsif dari bentuk R ke T, menyahaktifkannya; tambahan pula, fosforilase hati tidak sensitif kepada AMP.
Hormon seperti epinefrina, insulin dan glukagon mengawal selia glikogen fosforilase menggunakan sistem penguatan pengutus kedua yang dikaitkan dengan protein G. Glukagon mengaktifkan adenilat siklase melalui reseptor bergandingan protein G yang digabungkan dengan Gs, dan seterusnya mengaktifkan adenilat siklase untuk meningkatkan kepekatan intrasel cAMP. cAMP mengikat dan mengaktifkan protein kinase A (PKA). PKA memfosforilasi fosforilase kinase, yang seterusnya memfosforilasi glikogen fosforilase b pada Ser14, menukarkannya kepada glikogen fosforilase a aktif.
^ ab"Pyridoxal 5'-phosphate as a catalytic and conformational cofactor of muscle glycogen phosphorylase B". Biochemistry. Biokhimiia. 67 (10): 1089–98. October 2002. doi:10.1023/A:1020978825802. PMID12460107.
^Oikonomakos NG, Kontou M, Zographos SE, Tsitoura HS, Johnson LN, Watson KA, dll. (Jul 1994). "The design of potential antidiabetic drugs: experimental investigation of a number of beta-D-glucose analogue inhibitors of glycogen phosphorylase". European Journal of Drug Metabolism and Pharmacokinetics. 19 (3): 185–92. doi:10.1007/BF03188920. PMID7867660. S2CID11168623.
^Hopfinger AJ, Reaka A, Venkatarangan P, Duca JS, Wang S (Sep 1999). "Prediction of Ligand−Receptor Binding Free Energy by 4D-QSAR Analysis: Application to a Set of Glucose Analogue Inhibitors of Glycogen Phosphorylase". Journal of Chemical Information and Computer Sciences. 39 (6): 1141–1150. doi:10.1021/ci9900332.
^Grünfeld JP, Ganeval D, Chanard J, Fardeau M, Dreyfus JC (June 1972). "Acute renal failure in McArdle's disease. Report of two cases". The New England Journal of Medicine. 286 (23): 1237–41. doi:10.1056/NEJM197206082862304. PMID4502558.
^Tang NL, Hui J, Young E, Worthington V, To KF, Cheung KL, dll. (June 2003). "A novel mutation (G233D) in the glycogen phosphorylase gene in a patient with hepatic glycogen storage disease and residual enzyme activity". Molecular Genetics and Metabolism. 79 (2): 142–5. doi:10.1016/S1096-7192(03)00068-4. PMID12809646.
^Shimada S, Matsuzaki H, Marutsuka T, Shiomori K, Ogawa M (July 2001). "Gastric and intestinal phenotypes of gastric carcinoma with reference to expression of brain (fetal)-type glycogen phosphorylase". Journal of Gastroenterology. 36 (7): 457–64. doi:10.1007/s005350170068. PMID11480789. S2CID25602637.
