Una enzima desramificante es una molécula que ayuda a facilitar la descomposición del glucógeno , que sirve como almacén de glucosa en el cuerpo, a través de la actividad glucosiltransferasa y glucosidasa. Junto con las fosforilasas , las enzimas desramificantes movilizan las reservas de glucosa de los depósitos de glucógeno en los músculos y el hígado. Esto constituye una fuente importante de reservas de energía en la mayoría de los organismos. La descomposición del glucógeno está altamente regulada en el cuerpo, especialmente en el hígado , por diversas hormonas, incluidas la insulina y el glucagón , para mantener un equilibrio homeostático de los niveles de glucosa en sangre. [5]Cuando la degradación del glucógeno se ve comprometida por mutaciones en la enzima desramificante del glucógeno, pueden producirse enfermedades metabólicas como la enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo III . [6] [7]
![](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Función y estructura de la enzima desramificante de glucógeno eucariota
AGL |
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Identificadores |
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Alias | AGL , GDE, amilo-alfa-1, 6-glucosidasa, 4-alfa-glucanotransferasa |
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Identificaciones externas | OMIM : 610860 MGI : 1924809 HomoloGene : 536 GeneCards : AGL |
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Ubicación de genes ( humanos ) |
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![Cromosoma 1 (humano)](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7) | Chr. | Cromosoma 1 (humano) [1] |
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| Banda | 1p21.2 | Comienzo | 99.850.361 pb [1] |
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Final | 99,924,023 pb [1] |
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Ubicación de genes ( ratón ) |
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![Cromosoma 3 (ratón)](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7) | Chr. | Cromosoma 3 (ratón) [2] |
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| Banda | 3 | 3 G1 | Comienzo | 116,739,999 pb [2] |
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Final | 116,808,166 pb [2] |
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Ontología de genes |
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Función molecular | • actividad de transferasa • actividad de transferasa, la transferencia de grupos glicosilo • actividad hidrolasa, que actúan sobre enlaces glicosilo • GO: proteína de unión 0001948 • actividad catalítica • actividad hidrolasa • actividad 4-alfa-glucanotransferasa • actividad amilo-alfa-1,6-glucosidasa • glucógeno desramificación enzimática actividad • hidratos de carbono de unión • de unión a polisacáridos • proteína de unión modificación dependiente de poliubiquitina • actividad 4-alfa-glucanotransferasa beta-maltosa
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Componente celular | • citoplasma • citosol • isoamilasa complejo • región extracelular • secretora gránulo lumen • ficolina-1-rico gránulo lumen • núcleo • cuerpo de inclusión • retículo sarcoplásmico
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Proceso biológico | • glucógeno proceso biosintético • glucógeno catabólica proceso • metabolismo • neutrófilos desgranulación • glucógeno proceso metabólico • respuesta a nutrientes • respuesta a la hormona • respuesta a glucocorticoides
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Fuentes: Amigo / QuickGO |
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Ortólogos |
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Especies | Humano | Ratón |
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Entrez | | |
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Ensembl | | |
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UniProt | | |
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RefSeq (ARNm) | NM_000028 NM_000642 NM_000643 NM_000644 NM_000645
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NM_000646 |
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NM_001081326 NM_001362367 |
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RefSeq (proteína) | |
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NP_000019 NP_000633 NP_000634 NP_000635 NP_000637 |
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Ubicación (UCSC) | Crónicas 1: 99,85 - 99,92 Mb | Cr 3: 116,74 - 116,81 Mb |
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Búsqueda en PubMed | [3] | [4] |
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Wikidata |
Ver / editar humano | Ver / Editar mouse |
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2.4.1.25 |
9032-09-1 |
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Vista IntEnz |
Entrada BRENDA |
NiceZyme vista |
Entrada KEGG |
camino metabólico |
perfil |
RCSB PDB PDBe PDBsum |
AmiGO / QuickGO |
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artículos | artículos | proteinas |
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3.2.1.33 |
9012-47-9 |
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La glucosiltransferasa y la glucosidasa son realizadas por una sola enzima en mamíferos, levaduras y algunas bacterias, pero por dos enzimas distintas en E. coli y otras bacterias, lo que complica la nomenclatura. Las proteínas que catalizan ambas funciones se denominan enzimas desramificantes de glucógeno (GDE). Cuando la glucosiltransferasa y la glucosidasa son catalizadas por distintas enzimas, "enzima desramificante de glucógeno" se refiere normalmente a la enzima glucosidasa . En alguna bibliografía, una enzima capaz sólo de glucosidasa se denomina "enzima desramificante". [8]
Junto con la fosforilasa , las enzimas desramificantes del glucógeno actúan en la degradación del glucógeno y la movilización de la glucosa. Cuando la fosforilasa ha digerido una rama de glucógeno hasta cuatro residuos de glucosa, no eliminará más residuos. Las enzimas desramificantes del glucógeno ayudan a la fosforilasa, la enzima principal implicada en la degradación del glucógeno , en la movilización de las reservas de glucógeno. La fosforilasa solo puede escindir el enlace α-1,4-glicosídico entre moléculas de glucosa adyacentes en el glucógeno, pero las ramificaciones también existen como enlaces α-1,6. Cuando la fosforilasa alcanza cuatro residuos desde un punto de ramificación, deja de escindirse; debido a que 1 de cada 10 residuos está ramificado, la escisión por fosforilasa sola no sería suficiente para movilizar las reservas de glucógeno. [9] [10] Antes de que la fosforilasa pueda reanudar el catabolismo, las enzimas desramificantes realizan dos funciones:
- La 4-α-D-glucanotransferasa ( EC 2.4.1.25 ), o glucosiltransferasa , transfiere tres residuos de glucosa de la rama de glucógeno de cuatro residuos a una rama cercana. Esto expone un único residuo de glucosa unido a la cadena de glucosa a través de un enlace glicosídico α -1,6 [9].
- La amilo-α-1,6-glucosidasa ( EC 3.2.1.33 ), o glucosidasa , escinde el enlace alfa-1,6 restante, produciendo glucosa y una cadena lineal de glucógeno. [9] El mecanismo por el cual la glucosidasa escinde el enlace α -1,6 no se conoce completamente porque los aminoácidos en el sitio activo aún no se han identificado. Se cree que procede a través de un mecanismo de tipo asistencial ácido-base de dos pasos, con un intermedio de iones de oxocarbenio y retención de la configuración en la glucosa. [11] Este es un método común a través del cual escindir enlaces, con un ácido debajo del sitio de hidrólisis para prestar un protón y una base arriba para desprotinar un agua que luego puede actuar como nucleófilo . Estos ácidos y bases son cadenas laterales de aminoácidos en el sitio activo de la enzima. En la siguiente figura se muestra un esquema del mecanismo. [12]
Por tanto, las enzimas desramificantes, la transferasa y la α-1,6-glucosidasa convierten la estructura ramificada del glucógeno en una lineal, allanando el camino para una posterior escisión por la fosforilasa.
Dos enzimas
En E. coli y otras bacterias, las funciones de la glucosiltransferasa y glucosidasa son realizadas por dos enzimas distintas. En E. coli , la transferencia de glucosa se realiza mediante 4-alfa-glucanotransferasa, una proteína de 78,5 kDa codificada por el gen malQ. [13] Una segunda proteína, conocida como enzima desramificante, realiza la escisión de la α-1,6-glucosa. Esta enzima tiene una masa molecular de 73,6 kDa y está codificada por el gen glgX. [14] La actividad de las dos enzimas no siempre está necesariamente acoplada. En E. coli, glgX cataliza selectivamente la escisión de ramas de 4 subunidades, sin la acción de la glucanotransferasa. El producto de esta escisión, la maltotetraosa , se degrada aún más por la maltodextrina fosforilasa. [6] [15]
E. coli GlgX es estructuralmente similar a la proteína isoamilasa . La proteína monomérica contiene un dominio central en el que ocho cadenas beta paralelas están rodeadas por ocho cadenas alfa paralelas. Dentro de esta estructura es notable un surco de 26 angstroms de largo y 9 angstroms de ancho, que contiene residuos aromáticos que se cree que estabilizan una rama de cuatro glucosa antes de la escisión. [6]
La enzima que degrada el glucógeno de las arqueas Sulfolobus solfataricus , treX, proporciona un ejemplo interesante del uso de un único sitio activo para dos actividades: actividades amilosidasa y glucanotransferasa. TreX es estructuralmente similar a glgX y tiene una masa de 80 kD y un sitio activo. [8] [16] Sin embargo, a diferencia de glgX, treX existe como dímero y tetrámero en solución. La forma oligomérica de TreX parece jugar un papel importante en la alteración tanto de la forma como de la función de la enzima. Se cree que la dimerización estabiliza un "bucle flexible" ubicado cerca del sitio activo. Esto puede ser clave para explicar por qué treX (y no glgX) muestra actividad glucosiltransferasa. Como tetrámero, la eficacia catalítica de treX se multiplica por cuatro con respecto a su forma dimérica. [6] [17]
Una enzima con dos sitios catalíticos
En mamíferos y levaduras , una sola enzima realiza ambas funciones de desramificación. [18] La enzima desramificante del glucógeno humano (gen: AGL) es un monómero con un peso molecular de 175 kDa. Se ha demostrado que las dos acciones catalíticas de AGL pueden funcionar independientemente entre sí, lo que demuestra que están presentes múltiples sitios activos. Esta idea se ha reforzado con inhibidores del sitio activo, como la polihidroxiamina, que se encontró que inhibían la actividad de la glucosidasa mientras que la actividad de la transferasa no cambiaba de forma apreciable. [19] La enzima desramificante del glucógeno es la única enzima eucariota conocida que contiene múltiples sitios catalíticos y es activa como monómero. [20] [21]
Algunos estudios han demostrado que la mitad C-terminal de la levadura GDE está asociada con la actividad glucosidasa, mientras que la mitad N-terminal está asociada con la actividad glucosiltransferasa. [18] Además de estos dos sitios activos , AGL parece contener un tercer sitio activo que le permite unirse a un polímero de glucógeno. [22] Se cree que se une a seis moléculas de glucosa de la cadena, así como a la glucosa ramificada, lo que corresponde a 7 subunidades dentro del sitio activo, como se muestra en la siguiente figura. [23]
Se ha informado de la estructura de Candida glabrata GDE. [24] La estructura reveló que distintos dominios en GDE codifican las actividades glucanotransferasa y glucosidasa. Sus catalizadores son similares a los de la alfa-amilasa y la glucoamilasa, respectivamente. Sus sitios activos son selectivos hacia los respectivos sustratos, lo que garantiza la activación adecuada de GDE. Además de los sitios activos, los GDE tienen sitios de unión adicionales para el glucógeno, que son importantes para su reclutamiento al glucógeno. El mapeo de las mutaciones que causan la enfermedad en la estructura de GDE proporcionó información sobre la enfermedad de almacenamiento de glucógeno tipo III.
El nombre oficial del gen es "amilo- α- 1,6- glucosidasa, 4- α- glucanotransferasa", con el símbolo oficial AGL. AGL es un gen autosómico que se encuentra en el cromosoma lp21. [10] El gen AGL proporciona instrucciones para hacer varias versiones diferentes, conocidas como isoformas, de la enzima desramificante del glucógeno. Estas isoformas varían según el tamaño y se expresan en diferentes tejidos, como el hígado y el músculo. Este gen se ha estudiado con gran detalle, porque la mutación en este gen es la causa de la enfermedad de almacenamiento de glucógeno tipo III. [25] El gen tiene 85 kb de largo, 35 exones y codifica un ARNm de 7.0 kb. La traducción del gen comienza en el exón 3, que codifica los primeros 27 aminoácidos del gen AGL, porque los dos primeros exones (68 kb) contienen la región no traducida 5 '. Los exones 4-35 codifican los 1505 aminoácidos restantes del gen AGL. [7] Los estudios producidos por el departamento de pediatría de la Universidad de Duke sugieren que el gen AGL humano contiene como mínimo 2 regiones promotoras, sitios donde comienza la transcripción del gen, que dan como resultado la expresión diferencial de isoformas, diferentes formas de la misma proteína, ARNm de una manera específica para diferentes tejidos. [22] [26]
Cuando la actividad de la GDE se ve comprometida, el cuerpo no puede liberar eficazmente el glucógeno almacenado, puede producirse la Enfermedad por Almacenamiento de Glucógeno tipo III (deficiencia de desramificación), un trastorno autosómico recesivo. En GSD III, la degradación del glucógeno es incompleta y hay acumulación de glucógeno anormal con ramas externas cortas. [27]
La mayoría de los pacientes presentan una deficiencia de GDE tanto en el hígado como en el músculo (tipo IIIa), aunque el 15% de los pacientes ha retenido la GDE en el músculo mientras no la tiene en el hígado (tipo IIIb). [10] Dependiendo de la ubicación de la mutación , diferentes mutaciones en el gen AGL pueden afectar diferentes isoformas de la expresión del gen . Por ejemplo, las mutaciones que ocurren en el exón 3 afectan la forma que afecta a la isoforma que se expresa principalmente en el hígado; esto conduciría a GSD tipo III. [28]
Estas manifestaciones diferentes producen síntomas variados, que pueden ser casi indistinguibles de la EAG de tipo I, como hepatomegalia , hipoglucemia en niños, baja estatura, miopatía y miocardiopatía . [7] [29] Los pacientes de tipo IIIa a menudo presentan síntomas relacionados con enfermedad hepática y compromiso muscular progresivo, con variaciones causadas por la edad de inicio, la tasa de progresión de la enfermedad y la gravedad. Los pacientes con tipo IIIb generalmente presentan síntomas relacionados con la enfermedad hepática. [30] Los pacientes de tipo III se distinguen por un aumento de las enzimas hepáticas, con niveles normales de ácido úrico y lactato en sangre, que difieren de otras formas de GSD. [28] En pacientes con afectación muscular, tipo IIIa, la debilidad muscular se vuelve predominante en la edad adulta y puede provocar hipertrofia ventricular y atrofia muscular distal. [28]