Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Глікоге нфосфорила за 1 4 α D глюкан ортофосфат α глікозилтрансфераза фермент що каталізує лімітуючу стадію процесу глік

Глікогенфосфорилази

Глікогенфосфорилази

Глікоге́нфосфорила́за (1,4-α-D-глюкан: ортофосфат α-глікозилтрансфераза) — фермент, що каталізує лімітуючу стадію процесу глікогенолізу: розщеплення глікогену до шляхом .

Глікоген фосфорилаза
image
Фосфорильована форма глікогенфосфорилази дріжджів із молекулою фосфату в активному центрі
Ідентифікатори
Символлюдські ізоферменти PYGM, PYGL, PYGB
Номер CAS9035-74-9
Інша інформація
2.4.1.1

Глікогенфосфорилазу інколи називають просто фосфорилазою, через те що це перший відкритий фермент із фосфорилазною активністю.

У людини кодується генами PYGM, PYGL, PYGB.

Історія дослідження

Глікогенфосфорилаза була першим відкритим ферментом класу фосфорилаз. Під час її дослідження вперше встановлено можливість регуляції ферменту шляхом фосфорилювання/дефосфорилювання. Глікогенфосфорилаза також була одним із перших відомих , і першим, для якого були встановлені точні тримірні структури активної та інактивованої форми за допомогою рентгеноструктурного аналізу.

У 1930-х роках Карл та Герті Корі встановили, що гілкогенфосфорилаза скелетних м'язів може перебувати у двох формах, що перетворюються одна в одну: каталітично активна фосфорилаза a та неактивна фосфорилаза b. Подальші дослідження цього ферменту проводив Ерл Сазерленд, який з'ясував, що фосфорилаза b переважає у м'язах в стані спокою, в той час як фосфорилаза a — під час активних скорочень. Перетворення неактивної форми в активну відбувається під впливом адреналіну. 1959 року Едвін Кребс та Едмонд Фішер встановили, що a- та b- форми фосфорилази відрізняються наявністю фосфатної групи, приєднаної до залишку серину 14. Високороздільний рентгеноструктурний аналіз обидвох форм провели Роберт Флеттерік та Луї Джонсон.

Структура глікогенфосфорилази

Глікогенфосфорилаза — це димер двох ідентичних субодиниць довжиною по 842 амінокислотні залишки (97 кДа). До складу кожної субодиниці входить амінокінцевий (залишки 1—484) та карбоксикінцевий домени (залишки 485–842). Амінокінцевий домен у свою чергу поділяється на два субдомени, один із яких містить місце ковалентної модифікації (Сер14), алостеричні сайти, та поверхню взаємодії із іншим мономером в димері. Другий субдомен містить сайт зв'язування глікогену (залишки 316–484).

Активний центр розташований у центрі субодиниці між N- і C-кінцевим доменами. Він віддалений від сайту зв'язування глікогену приблизно на 30 Å і сполучений із ним вузькою щілиною, в яку поміщається 4—5 залишків глюкози. Ця щілина має радіус кривини, відповідний до радіуса спіральної гілки глікогену і є надто вузькою, щоб захопити місце галуження ((α1→6)-зв'язок).

Розділення активного сайту та сайту зв'язування глікогену дозволяє ферменту каталізувати розщеплення багатьох глікозидних зв'язків в одній молекулі глікогену без потреби від'єднуватись і знову приєднуватись до неї. Таким чином збільшується .

Механізм реакції

Глікогенфосфорилаза каталізує реакцію, в якій ортофосфатна кислота атакує (α1→4)-глікозидний зв'язок між останнім та передостаннім залишками глюкози із гілки глікогену, внаслідок чого виділяється глюкозо-1-фосфат. Ця реакція дозволяє зберегти більшу частину енергії глікозидного зв'язку завдяки формуванню естеру.

image

Реакція повинна відбуватись таким чином, щоб виключити наявність води в активному центрі, оскільки в протилежному випадку замість фосфоролізу відбудеться гідроліз, і на фосфорлиювання утвореної глюкози потрібно буде затратити АТФ.

image
Піридоксаль-5'-фосфат формує основу Шиффа із лізином в активному центрі глікогенфосфорилази

Кілька експериментальних спостережень дозволяють робити припущення про механізм реакції. По-перше як субстрат (гілкоген) так і продукт (глюкозо-1-фосфат) реакції перебувають у α-конфігурації. Якщо б відбувалась пряма атака ортофосфату на глікозидний зв'язок, це супроводжувалось би інвертуванням конфігурації C-1 (утворювався би β-глюкозо-1-фосфат), через те що реакція проходила б через пентаковалентинй проміжний стан. Оскільки α-кофігурація зберігається, реакція повинна відбуватись у парну кількість етапів (у напростішому випадку — два), найбільш імовірно, через формування проміжної сполуки карбкатіону ( із ).

По-друге для протікання реакції фосфоролізу необхідна присутність кофактора (ПЛФ) (похідного вітаміну B6), приєднаного до Ліз679 через формування основи Шиффа. Структурний аналіз показав, що ортофосфат займає положення між 5'-фосфатною групою ПЛФ та глікогеном. 5'-фосфатна група ПЛФ може відігравати роль загального , спочатку донуючи протон, а потім перетворюючись у його акцептор.

Можливий такий механізм реакції: ортофосфат (у формі HPO2-
4) донує протон атому Оксигену, що утворює (α1→4)-зв'язок, і одночасно набуває протона від фосфатної групи ПЛФ. Таким чином формується перехідна сполука карбоній-оксоній катіон у конформації півкірсла. Він атакується ортофосфатом, внаслідок чого відбувається утворення глюкозо-1-фосфату та повернення протона до ПЛФ.

image

Глікогенфосфорилаза відщеплює по одному залишку глюкози від нередукуючого кінця, поки не наближається до точки галуження ((α1→6)-зв'язку) на відстань чотирьох залишків, де її активність припиняється і може бути відновлена тільки після дії аміло-1,6-глюкозидази.

Термодинаміка фосфорилазної реакції

У реакції, каталізованій глікогенфосфорилазою, велика частина енергії глікозидного зв'язку зберігається завдяки формуванню естеру із фосфатною кислотою. Через це стандартна зміна вільної енергії (ΔG0') є невеликою і реакція може протікати (+3,1 кДж/моль) in vitro як у прямому так і зворотному напрямку. За pH 6,8 рівновага встановлюється при співвідношенні [ортофосфат]/[глюкозо-1-фосфат] близько 3,6. Проте за реальних умов in vivo це співвідношення переважно перевищує 100, через що рівновага сильно зміщується в сторону розщеплення глікогену, а реальна зміна вільної енергії ΔG = −8 кДж/моль. Тобто фосфороліз глікогену є екзергонічним процесом.

Регулювання активності ферменту

Активність глікогенфосфорилази є об'єктом багаторівневих механізмів регулювання. По-перше, вона приводиться у відповідність потребам клітини завдяки дії алостеричних модудяторів. По-друге, фермент може активуватись/інактивуватись шляхом ковалентної модифікації (фосфорилювання), що здійснюється під впливом гормонів (глюкагону, адреналіну та інсуліну), таким чином активність глікогенфосфорилази змінюється в залежності від потреб цілого організму. По-третє, ізоферментний склад глікогенфосфорилази відрізняється у різних органах, зокрема в людини є печінкова, м'язова та мозкова форми, кожна із яких має свої особливості регулювання. Це пов'язане із тим, що функції глікогенолізу не однакові у різних тканинах: наприклад, у м'язах він потрібний для забезпечення їх енергією під час скорочень, а у печінці — для підтримання стабільного рівня глюкози в крові.

Форми глікогенфосфорилази

image
Перехід a- та b-форм глікогенфосфорилази між напруженою та розслабленою конформаціями

Існує дві форми глікогенфосфорилази, що перетворюються одна в одну: переважно активна (фосфорильована) фосфорилаза a та переважно неактивна (нефосфорильована) фосфорилаза b. Кожна із цих форм у свою чергу може перебувати в одній із двох конформацій: каталітично активній розслабленій R (від англ. relaxed) та каталітично неактивній напруженій T (від англ. tense). Для фосфорилази a рівновага зміщена в сторону переходу в R-стан, тоді як більшість фосфорилази b перебуває у T-стані.

Конформаційний перехід від T- до R-стану передбачає поворот мономерів на 10° навколо осі симетрії другого порядку димеру. Внаслідок чого відбувається зміна розташування α-спіралей і вихід із активного центру петлі, що закривала його у T-стані і перешкоджала зв'язуванню субстрату. Окрім того відбувається поворот бічного ланцюга залишку аргініну 569 поблизу піридоксль-5'-фосфату, через що збільшується спорідненість ферменту до ортофосфату. Перехід між напруженою та розслабленою формами ферменту регулюється зв'язуванням алостеричних модуляторів, які відрізняються у різних тканинах.

Алосетрична регуляція глікогенфосфорилази

image
Алостерична регуляція м'язової та печнкової ізоформ глікогенфосфорилази

У розслаблених м'язах фосфорилаза b переважає над a формою. Більшість молекул фосфорилази b перебувають у неактивному T-стані, проте вони можуть переходити у R-конформацію під впливом позитивного алостеричного модулятора: АМФ, високий рівень якого свідчить про низький енеретичний статус клітини. Алостеричним інгібіторами глікогенфосфорилази b є АТФ, що конкурує із АМФ за зв'язування з ферментом, та , який забезпечує негативний зворотний зв'язок у цьому метаболічному шляху (кінцевий продукт пригнічує активність першого ферменту). Під впливом гормональних сигналів може відбуватись фосфорилювання глікогенфосфорилази, внаслідок чого вона переходить в a форму, активність якої не залежить від алостеричних модуляторів.

Іншим шляхом відбувається регуляція активності глікогенфосфорилази у печінці. Оскільки завданням цього органу є підтримання сталого рівня глюкози в крові, то печінковий ізофермент інгібується високими концентраціями глюкози. При чому алостеричний модулятор діє на a-, а не на b-форму. Глікогенфосфорилаза печінки не чутлива до концентрації АТФ та АМФ, оскільки у гепатоцитах не відбувається такої різкої зміни запасів енергії як у м'язових волокнах.

Регуляція шляхом ковалентної модифікації

Окрім алостеричних модуляторів на каталітичну активність глікогенфосфорилази впливає ковалентна модифікація, що відбувається у відповідь на дію гормонів. Перетворення переважно неактивної фосфорилази b у переважно активну фосфорилазу a здійснюється завдяки фосфорилюванню по залишку серину 14 . Для зворотного переходу необхідна активність (фосфатази фосфорилази a). Ці ферменти у свою чергу також підлягають складним механізмам реглуювання.

Активація фосфорилази під впливом глюкагону та адреналіну

image
Активація глікогенфосфорилази у м'язах під впливом адреналіну

Гормони глюкагон та адреналін активують глікогенфосфорилазу через каскад сигнальних реакцій. Перший із них виділяється під час голодування, другий — під час фізичної активності або її очікування. Глікогеноліз у печінці чутливіший до дії глюкагону, а у м'язах — до адреналіну.

Обидва гормони діють через G-білокспряжені рецептори: у м'язах та печінці та глюкагоновий рецептор у печінці. Після зв'язування із лігандом рецептори передають сигнал тримерному Gs-білку. Останній активує мембранний фермент аденілатциклазу, що каталізує утворення циклічного АМФ із АТФ. Підвищена концентрація цАМФ викликає суттєве збільшення каталітичної активності (цАМФ-залежної протеїнкінази), а та у свою чергу фосфорилює кіназу фосфорилази. Після цього кіназа фосфорилази модифікує глікогенфосфорилазу b і перетворює її в a-форму.

Окрім фосфорилювання кіназа фосфорилази може активуватись також і підвищеними концентраціями кальцію у цитоплазмі, оскільки містить у своєму складі кальмодулін як регуляторну субодиницю. У м'язах рівень кальцію зростає під час скорочень, тоді як у печінці це може відбуватись під впливом адреналіну, що діє через .

Одночасно із активацією кінази фосфорилази відбувається інкативація фосфопротеїнфосфатази 1. Цей білок має у своєму складі регуляторну субодиницю, у м'язах — GM, а в печінці GL. Ці поліпептиди кріплять каталітичну субодиницю ФФ1 до її субстратів та глікогену. У м'язових волокнах GM регулюється шляхом фосфорилювання: протеїнкіаназа А приєднує залишок фосфатної кислоти у специфічному сайті 2 (можливе також фосфорилювання іншими кіназами по сайту 1, що має протилежний ефект), що призводить до дисоціації ФФ1 у цитоплазму, де вона не має доступу до фосфорилази a та кінази фосфорилази. Крім того у цитоплазмі ФФ1 зв'язується із інгібіторними бліками, також модифікованими протеїнкіназою А, внаслідок чого її каталітична активність додатково пригнічується.

У печінці регуляторна субодиниця GL ФФ1 не контролюється шляхом фосфорилювання. Проте ФФ1 міцно приєднується до фосфорилази a в R-формі і в такому стані є неактивною, аж поки не відбудеться перехід R → T, зокрема під впливом високих концентрацій глюкози.

Каскад ферментативних реакцій, що виникає під впливом гормонів, забезпечує значне підсилення сигналу: x молекул гормону викликають вивільнення в кров 10 000x молекул глюкози гепатоцитами. Після завершення дії гормонів глікогеноліз повинен швидко зупинятись, це забезпечується фосфопротеїнфосфатазою 1, що дефосфорилює як глікогенфосфорилазу, так і кіназу фосфорилази.

Інактивація глікогенфософилази під впливом інсуліну та глюкози

Гормон інсулін є антагоністом глюкагону, він виділяється у кров у відповідь на значне підвищення концентрації глюкози, і стимулює її захоплення і використання клітинами, в тому числі і для біосинтезу глікогену. Одночасно із активацією глікогенезу інсулін пригнічує глікогеноліз, а саме його ключовий фермент — глікогенфосфорилазу. У м'язах під впливом цього гормону активується , що фосфорилює регуляторну GM-субодиницю фосфопротеїнфосфатази 1 по сайту 1 (відмінний від сайту 2, який є субстратом для протеїнкінази А), що у свою чергу викликає її активацію. ФФ1 забезпечує перетворення активної фосфорилази a в неактивну b-форму.

У печінці окрім інсуліну важливе значення для пригнічення глікогенолізу має власний «сенсор глюкози» — гілкогенфосфорилаза a. В активному R-стані вона міцно зв'язує ФФ1 та пригнічує її каталітичну активність, під впливом підвищених концентрацій глюкози фосфорилаза a переходить у T-конформацію, внаслідок чого фосфорильований Сер14 стає зручним субстратом для дефосфорилювання ФФ1. Одночасно знімається інгібування ФФ1, яка тепер може дефосфорилювати інші білки.

Еволюція глікогенфосфорилази

Порівняння амінокислотної послідовності глікогенфосфорилази кишкової палички, дріжджів, слизовика Dictyostelium, картоплі, пацюків та людини показало наявність трьох консервативних послідовностей, що зазнали дуже мало змін впродовж еволюції: 15 амінокислотних залишків, що контактують із глюкозою в активному центрі, майже ідентичні у всіх досліджених організмів, дещо більш варіабельними є 15 амінокислот, що зв'язують пріридоксальфосфат та сайт зв'язування глікогену. Такі результати свідчать про те, що каталітичний механізм не змінився у процесі еволюції.

З іншого боку, в регуляторних сайтах спостерігаються суттєві відмінності. В той час як найпростіший тип регулювання — інгібування глюкозо-6-фосфатом, що забезпечує негативний зворотний зв'язок, наявний у більшості досліджених організмів, амінокислоти, необхідні для фосфорилювання ферменту і зв'язування нуклеотидів, є тільки у глікогенфосфорилазі ссавців. Отже, складніші механізми контролю ферментативної активності в процесі еволюції виникли пізніше.

Примітки

  1. Nelson et al, 2008, с. 603.
  2. Voet et al, 2011, с. 651.
  3. Voet et al, 2011, с. 640.
  4. Voet et al, 2011, с. 639.
  5. Berg et al, 2007, с. 597.
  6. Nelson et al, 2008, с. 595.
  7. Berg et al, 2007, с. 596.
  8. Watson KA, McCleverty C, Geremia S, Cottaz S, Driguez H, Johnson LN (1999). Phosphorylase recognition and phosphorolysis of its oligosaccharide substrate: answers to a long outstanding question. EMBO J. 18: 4619—32. doi:10.1093/emboj/18.17.4619. PMID 10469642.
  9. Voet et al, 2011, с. 642.
  10. Nelson et al, 2008, с. 596.
  11. Voet et al, 2011, с. 643.
  12. Berg et al, 2007, с. 594.
  13. Berg et al, 2007, с. 598.
  14. Berg et al, 2007, с. 600.
  15. Voet et al, 2011, с. 648.
  16. Berg et al, 2007, с. 599.
  17. Berg et al, 2007, с. 601.
  18. Berg et al, 2007, с. 603.
  19. Berg et al, 2007, с. 609.
  20. Voet et al, 2011, с. 659.
  21. Berg et al, 2007, с. 610.
  22. Nelson et al, 2008, с. 604.
  23. Voet et al, 2001, с. 662.
  24. Berg et al, 2007, с. 604.

Джерела

Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Глікогенфосфорилаза
  • Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2007). Biochemistry (вид. 6th). W.H. Freeman and Company. ISBN .
  • Nelson D.L., Cox M.M. (2008). Lehninger Principles of Biochemistry (вид. 5th). W. H. Freeman. ISBN .
  • Voet D., Voet J.G. (2011). Biochemistry (вид. 4th). Wiley. с. 487—496. ISBN .

Посилання

  • David Goodsell Glycogen Phosphorylase [ 19 жовтня 2015 у Wayback Machine.] — Molecule of the Month на сайті PDB, 2001. — Переглянуто 20 червня 2012 року.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Glikoge nfosforila za 1 4 a D glyukan ortofosfat a glikoziltransferaza ferment sho katalizuye limituyuchu stadiyu procesu glikogenolizu rozsheplennya glikogenu do shlyahom Glikogen fosforilazaFosforilovana forma glikogenfosforilazi drizhdzhiv iz molekuloyu fosfatu v aktivnomu centriIdentifikatoriSimvollyudski izofermenti PYGM PYGL PYGBNomer CAS9035 74 9Insha informaciya2 4 1 1 Glikogenfosforilazu inkoli nazivayut prosto fosforilazoyu cherez te sho ce pershij vidkritij ferment iz fosforilaznoyu aktivnistyu U lyudini koduyetsya genami PYGM PYGL PYGB Istoriya doslidzhennyaGlikogenfosforilaza bula pershim vidkritim fermentom klasu fosforilaz Pid chas yiyi doslidzhennya vpershe vstanovleno mozhlivist regulyaciyi fermentu shlyahom fosforilyuvannya defosforilyuvannya Glikogenfosforilaza takozh bula odnim iz pershih vidomih i pershim dlya yakogo buli vstanovleni tochni trimirni strukturi aktivnoyi ta inaktivovanoyi formi za dopomogoyu rentgenostrukturnogo analizu U 1930 h rokah Karl ta Gerti Kori vstanovili sho gilkogenfosforilaza skeletnih m yaziv mozhe perebuvati u dvoh formah sho peretvoryuyutsya odna v odnu katalitichno aktivna fosforilaza a ta neaktivna fosforilaza b Podalshi doslidzhennya cogo fermentu provodiv Erl Sazerlend yakij z yasuvav sho fosforilaza b perevazhaye u m yazah v stani spokoyu v toj chas yak fosforilaza a pid chas aktivnih skorochen Peretvorennya neaktivnoyi formi v aktivnu vidbuvayetsya pid vplivom adrenalinu 1959 roku Edvin Krebs ta Edmond Fisher vstanovili sho a ta b formi fosforilazi vidriznyayutsya nayavnistyu fosfatnoyi grupi priyednanoyi do zalishku serinu 14 Visokorozdilnij rentgenostrukturnij analiz obidvoh form proveli Robert Fletterik ta Luyi Dzhonson Struktura glikogenfosforilaziGlikogenfosforilaza ce dimer dvoh identichnih subodinic dovzhinoyu po 842 aminokislotni zalishki 97 kDa Do skladu kozhnoyi subodinici vhodit aminokincevij zalishki 1 484 ta karboksikincevij domeni zalishki 485 842 Aminokincevij domen u svoyu chergu podilyayetsya na dva subdomeni odin iz yakih mistit misce kovalentnoyi modifikaciyi Ser14 alosterichni sajti ta poverhnyu vzayemodiyi iz inshim monomerom v dimeri Drugij subdomen mistit sajt zv yazuvannya glikogenu zalishki 316 484 Aktivnij centr roztashovanij u centri subodinici mizh N i C kincevim domenami Vin viddalenij vid sajtu zv yazuvannya glikogenu priblizno na 30 A i spoluchenij iz nim vuzkoyu shilinoyu v yaku pomishayetsya 4 5 zalishkiv glyukozi Cya shilina maye radius krivini vidpovidnij do radiusa spiralnoyi gilki glikogenu i ye nadto vuzkoyu shob zahopiti misce galuzhennya a1 6 zv yazok Rozdilennya aktivnogo sajtu ta sajtu zv yazuvannya glikogenu dozvolyaye fermentu katalizuvati rozsheplennya bagatoh glikozidnih zv yazkiv v odnij molekuli glikogenu bez potrebi vid yednuvatis i znovu priyednuvatis do neyi Takim chinom zbilshuyetsya Mehanizm reakciyiGlikogenfosforilaza katalizuye reakciyu v yakij ortofosfatna kislota atakuye a1 4 glikozidnij zv yazok mizh ostannim ta peredostannim zalishkami glyukozi iz gilki glikogenu vnaslidok chogo vidilyayetsya glyukozo 1 fosfat Cya reakciya dozvolyaye zberegti bilshu chastinu energiyi glikozidnogo zv yazku zavdyaki formuvannyu esteru Reakciya povinna vidbuvatis takim chinom shob viklyuchiti nayavnist vodi v aktivnomu centri oskilki v protilezhnomu vipadku zamist fosforolizu vidbudetsya gidroliz i na fosforliyuvannya utvorenoyi glyukozi potribno bude zatratiti ATF Piridoksal 5 fosfat formuye osnovu Shiffa iz lizinom v aktivnomu centri glikogenfosforilazi Kilka eksperimentalnih sposterezhen dozvolyayut robiti pripushennya pro mehanizm reakciyi Po pershe yak substrat gilkogen tak i produkt glyukozo 1 fosfat reakciyi perebuvayut u a konfiguraciyi Yaksho b vidbuvalas pryama ataka ortofosfatu na glikozidnij zv yazok ce suprovodzhuvalos bi invertuvannyam konfiguraciyi C 1 utvoryuvavsya bi b glyukozo 1 fosfat cherez te sho reakciya prohodila b cherez pentakovalentinj promizhnij stan Oskilki a kofiguraciya zberigayetsya reakciya povinna vidbuvatis u parnu kilkist etapiv u naprostishomu vipadku dva najbilsh imovirno cherez formuvannya promizhnoyi spoluki karbkationu iz Po druge dlya protikannya reakciyi fosforolizu neobhidna prisutnist kofaktora PLF pohidnogo vitaminu B6 priyednanogo do Liz679 cherez formuvannya osnovi Shiffa Strukturnij analiz pokazav sho ortofosfat zajmaye polozhennya mizh 5 fosfatnoyu grupoyu PLF ta glikogenom 5 fosfatna grupa PLF mozhe vidigravati rol zagalnogo spochatku donuyuchi proton a potim peretvoryuyuchis u jogo akceptor Mozhlivij takij mehanizm reakciyi ortofosfat u formi HPO2 4 donuye proton atomu Oksigenu sho utvoryuye a1 4 zv yazok i odnochasno nabuvaye protona vid fosfatnoyi grupi PLF Takim chinom formuyetsya perehidna spoluka karbonij oksonij kation u konformaciyi pivkirsla Vin atakuyetsya ortofosfatom vnaslidok chogo vidbuvayetsya utvorennya glyukozo 1 fosfatu ta povernennya protona do PLF Glikogenfosforilaza vidsheplyuye po odnomu zalishku glyukozi vid neredukuyuchogo kincya poki ne nablizhayetsya do tochki galuzhennya a1 6 zv yazku na vidstan chotiroh zalishkiv de yiyi aktivnist pripinyayetsya i mozhe buti vidnovlena tilki pislya diyi amilo 1 6 glyukozidazi Termodinamika fosforilaznoyi reakciyiU reakciyi katalizovanij glikogenfosforilazoyu velika chastina energiyi glikozidnogo zv yazku zberigayetsya zavdyaki formuvannyu esteru iz fosfatnoyu kislotoyu Cherez ce standartna zmina vilnoyi energiyi DG0 ye nevelikoyu i reakciya mozhe protikati 3 1 kDzh mol in vitro yak u pryamomu tak i zvorotnomu napryamku Za pH 6 8 rivnovaga vstanovlyuyetsya pri spivvidnoshenni ortofosfat glyukozo 1 fosfat blizko 3 6 Prote za realnih umov in vivo ce spivvidnoshennya perevazhno perevishuye 100 cherez sho rivnovaga silno zmishuyetsya v storonu rozsheplennya glikogenu a realna zmina vilnoyi energiyi DG 8 kDzh mol Tobto fosforoliz glikogenu ye ekzergonichnim procesom Regulyuvannya aktivnosti fermentuAktivnist glikogenfosforilazi ye ob yektom bagatorivnevih mehanizmiv regulyuvannya Po pershe vona privoditsya u vidpovidnist potrebam klitini zavdyaki diyi alosterichnih modudyatoriv Po druge ferment mozhe aktivuvatis inaktivuvatis shlyahom kovalentnoyi modifikaciyi fosforilyuvannya sho zdijsnyuyetsya pid vplivom gormoniv glyukagonu adrenalinu ta insulinu takim chinom aktivnist glikogenfosforilazi zminyuyetsya v zalezhnosti vid potreb cilogo organizmu Po tretye izofermentnij sklad glikogenfosforilazi vidriznyayetsya u riznih organah zokrema v lyudini ye pechinkova m yazova ta mozkova formi kozhna iz yakih maye svoyi osoblivosti regulyuvannya Ce pov yazane iz tim sho funkciyi glikogenolizu ne odnakovi u riznih tkaninah napriklad u m yazah vin potribnij dlya zabezpechennya yih energiyeyu pid chas skorochen a u pechinci dlya pidtrimannya stabilnogo rivnya glyukozi v krovi Formi glikogenfosforilazi Perehid a ta b form glikogenfosforilazi mizh napruzhenoyu ta rozslablenoyu konformaciyami Isnuye dvi formi glikogenfosforilazi sho peretvoryuyutsya odna v odnu perevazhno aktivna fosforilovana fosforilaza a ta perevazhno neaktivna nefosforilovana fosforilaza b Kozhna iz cih form u svoyu chergu mozhe perebuvati v odnij iz dvoh konformacij katalitichno aktivnij rozslablenij R vid angl relaxed ta katalitichno neaktivnij napruzhenij T vid angl tense Dlya fosforilazi a rivnovaga zmishena v storonu perehodu v R stan todi yak bilshist fosforilazi b perebuvaye u T stani Konformacijnij perehid vid T do R stanu peredbachaye povorot monomeriv na 10 navkolo osi simetriyi drugogo poryadku dimeru Vnaslidok chogo vidbuvayetsya zmina roztashuvannya a spiralej i vihid iz aktivnogo centru petli sho zakrivala jogo u T stani i pereshkodzhala zv yazuvannyu substratu Okrim togo vidbuvayetsya povorot bichnogo lancyuga zalishku argininu 569 poblizu piridoksl 5 fosfatu cherez sho zbilshuyetsya sporidnenist fermentu do ortofosfatu Perehid mizh napruzhenoyu ta rozslablenoyu formami fermentu regulyuyetsya zv yazuvannyam alosterichnih modulyatoriv yaki vidriznyayutsya u riznih tkaninah Alosetrichna regulyaciya glikogenfosforilazi Alosterichna regulyaciya m yazovoyi ta pechnkovoyi izoform glikogenfosforilazi U rozslablenih m yazah fosforilaza b perevazhaye nad a formoyu Bilshist molekul fosforilazi b perebuvayut u neaktivnomu T stani prote voni mozhut perehoditi u R konformaciyu pid vplivom pozitivnogo alosterichnogo modulyatora AMF visokij riven yakogo svidchit pro nizkij eneretichnij status klitini Alosterichnim ingibitorami glikogenfosforilazi b ye ATF sho konkuruye iz AMF za zv yazuvannya z fermentom ta yakij zabezpechuye negativnij zvorotnij zv yazok u comu metabolichnomu shlyahu kincevij produkt prignichuye aktivnist pershogo fermentu Pid vplivom gormonalnih signaliv mozhe vidbuvatis fosforilyuvannya glikogenfosforilazi vnaslidok chogo vona perehodit v a formu aktivnist yakoyi ne zalezhit vid alosterichnih modulyatoriv Inshim shlyahom vidbuvayetsya regulyaciya aktivnosti glikogenfosforilazi u pechinci Oskilki zavdannyam cogo organu ye pidtrimannya stalogo rivnya glyukozi v krovi to pechinkovij izoferment ingibuyetsya visokimi koncentraciyami glyukozi Pri chomu alosterichnij modulyator diye na a a ne na b formu Glikogenfosforilaza pechinki ne chutliva do koncentraciyi ATF ta AMF oskilki u gepatocitah ne vidbuvayetsya takoyi rizkoyi zmini zapasiv energiyi yak u m yazovih voloknah Regulyaciya shlyahom kovalentnoyi modifikaciyi Okrim alosterichnih modulyatoriv na katalitichnu aktivnist glikogenfosforilazi vplivaye kovalentna modifikaciya sho vidbuvayetsya u vidpovid na diyu gormoniv Peretvorennya perevazhno neaktivnoyi fosforilazi b u perevazhno aktivnu fosforilazu a zdijsnyuyetsya zavdyaki fosforilyuvannyu po zalishku serinu 14 Dlya zvorotnogo perehodu neobhidna aktivnist fosfatazi fosforilazi a Ci fermenti u svoyu chergu takozh pidlyagayut skladnim mehanizmam regluyuvannya Aktivaciya fosforilazi pid vplivom glyukagonu ta adrenalinu Aktivaciya glikogenfosforilazi u m yazah pid vplivom adrenalinu Gormoni glyukagon ta adrenalin aktivuyut glikogenfosforilazu cherez kaskad signalnih reakcij Pershij iz nih vidilyayetsya pid chas goloduvannya drugij pid chas fizichnoyi aktivnosti abo yiyi ochikuvannya Glikogenoliz u pechinci chutlivishij do diyi glyukagonu a u m yazah do adrenalinu Obidva gormoni diyut cherez G bilokspryazheni receptori u m yazah ta pechinci ta glyukagonovij receptor u pechinci Pislya zv yazuvannya iz ligandom receptori peredayut signal trimernomu Gs bilku Ostannij aktivuye membrannij ferment adenilatciklazu sho katalizuye utvorennya ciklichnogo AMF iz ATF Pidvishena koncentraciya cAMF viklikaye suttyeve zbilshennya katalitichnoyi aktivnosti cAMF zalezhnoyi proteyinkinazi a ta u svoyu chergu fosforilyuye kinazu fosforilazi Pislya cogo kinaza fosforilazi modifikuye glikogenfosforilazu b i peretvoryuye yiyi v a formu Okrim fosforilyuvannya kinaza fosforilazi mozhe aktivuvatis takozh i pidvishenimi koncentraciyami kalciyu u citoplazmi oskilki mistit u svoyemu skladi kalmodulin yak regulyatornu subodinicyu U m yazah riven kalciyu zrostaye pid chas skorochen todi yak u pechinci ce mozhe vidbuvatis pid vplivom adrenalinu sho diye cherez Odnochasno iz aktivaciyeyu kinazi fosforilazi vidbuvayetsya inkativaciya fosfoproteyinfosfatazi 1 Cej bilok maye u svoyemu skladi regulyatornu subodinicyu u m yazah GM a v pechinci GL Ci polipeptidi kriplyat katalitichnu subodinicyu FF1 do yiyi substrativ ta glikogenu U m yazovih voloknah GM regulyuyetsya shlyahom fosforilyuvannya proteyinkianaza A priyednuye zalishok fosfatnoyi kisloti u specifichnomu sajti 2 mozhlive takozh fosforilyuvannya inshimi kinazami po sajtu 1 sho maye protilezhnij efekt sho prizvodit do disociaciyi FF1 u citoplazmu de vona ne maye dostupu do fosforilazi a ta kinazi fosforilazi Krim togo u citoplazmi FF1 zv yazuyetsya iz ingibitornimi blikami takozh modifikovanimi proteyinkinazoyu A vnaslidok chogo yiyi katalitichna aktivnist dodatkovo prignichuyetsya U pechinci regulyatorna subodinicya GL FF1 ne kontrolyuyetsya shlyahom fosforilyuvannya Prote FF1 micno priyednuyetsya do fosforilazi a v R formi i v takomu stani ye neaktivnoyu azh poki ne vidbudetsya perehid R T zokrema pid vplivom visokih koncentracij glyukozi Kaskad fermentativnih reakcij sho vinikaye pid vplivom gormoniv zabezpechuye znachne pidsilennya signalu x molekul gormonu viklikayut vivilnennya v krov 10 000x molekul glyukozi gepatocitami Pislya zavershennya diyi gormoniv glikogenoliz povinen shvidko zupinyatis ce zabezpechuyetsya fosfoproteyinfosfatazoyu 1 sho defosforilyuye yak glikogenfosforilazu tak i kinazu fosforilazi Inaktivaciya glikogenfosofilazi pid vplivom insulinu ta glyukozi Gormon insulin ye antagonistom glyukagonu vin vidilyayetsya u krov u vidpovid na znachne pidvishennya koncentraciyi glyukozi i stimulyuye yiyi zahoplennya i vikoristannya klitinami v tomu chisli i dlya biosintezu glikogenu Odnochasno iz aktivaciyeyu glikogenezu insulin prignichuye glikogenoliz a same jogo klyuchovij ferment glikogenfosforilazu U m yazah pid vplivom cogo gormonu aktivuyetsya sho fosforilyuye regulyatornu GM subodinicyu fosfoproteyinfosfatazi 1 po sajtu 1 vidminnij vid sajtu 2 yakij ye substratom dlya proteyinkinazi A sho u svoyu chergu viklikaye yiyi aktivaciyu FF1 zabezpechuye peretvorennya aktivnoyi fosforilazi a v neaktivnu b formu U pechinci okrim insulinu vazhlive znachennya dlya prignichennya glikogenolizu maye vlasnij sensor glyukozi gilkogenfosforilaza a V aktivnomu R stani vona micno zv yazuye FF1 ta prignichuye yiyi katalitichnu aktivnist pid vplivom pidvishenih koncentracij glyukozi fosforilaza a perehodit u T konformaciyu vnaslidok chogo fosforilovanij Ser14 staye zruchnim substratom dlya defosforilyuvannya FF1 Odnochasno znimayetsya ingibuvannya FF1 yaka teper mozhe defosforilyuvati inshi bilki Evolyuciya glikogenfosforilaziPorivnyannya aminokislotnoyi poslidovnosti glikogenfosforilazi kishkovoyi palichki drizhdzhiv slizovika Dictyostelium kartopli pacyukiv ta lyudini pokazalo nayavnist troh konservativnih poslidovnostej sho zaznali duzhe malo zmin vprodovzh evolyuciyi 15 aminokislotnih zalishkiv sho kontaktuyut iz glyukozoyu v aktivnomu centri majzhe identichni u vsih doslidzhenih organizmiv desho bilsh variabelnimi ye 15 aminokislot sho zv yazuyut priridoksalfosfat ta sajt zv yazuvannya glikogenu Taki rezultati svidchat pro te sho katalitichnij mehanizm ne zminivsya u procesi evolyuciyi Z inshogo boku v regulyatornih sajtah sposterigayutsya suttyevi vidminnosti V toj chas yak najprostishij tip regulyuvannya ingibuvannya glyukozo 6 fosfatom sho zabezpechuye negativnij zvorotnij zv yazok nayavnij u bilshosti doslidzhenih organizmiv aminokisloti neobhidni dlya fosforilyuvannya fermentu i zv yazuvannya nukleotidiv ye tilki u glikogenfosforilazi ssavciv Otzhe skladnishi mehanizmi kontrolyu fermentativnoyi aktivnosti v procesi evolyuciyi vinikli piznishe PrimitkiNelson et al 2008 s 603 Voet et al 2011 s 651 Voet et al 2011 s 640 Voet et al 2011 s 639 Berg et al 2007 s 597 Nelson et al 2008 s 595 Berg et al 2007 s 596 Watson KA McCleverty C Geremia S Cottaz S Driguez H Johnson LN 1999 Phosphorylase recognition and phosphorolysis of its oligosaccharide substrate answers to a long outstanding question EMBO J 18 4619 32 doi 10 1093 emboj 18 17 4619 PMID 10469642 Voet et al 2011 s 642 Nelson et al 2008 s 596 Voet et al 2011 s 643 Berg et al 2007 s 594 Berg et al 2007 s 598 Berg et al 2007 s 600 Voet et al 2011 s 648 Berg et al 2007 s 599 Berg et al 2007 s 601 Berg et al 2007 s 603 Berg et al 2007 s 609 Voet et al 2011 s 659 Berg et al 2007 s 610 Nelson et al 2008 s 604 Voet et al 2001 s 662 Berg et al 2007 s 604 DzherelaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Glikogenfosforilaza Berg JM Tymoczko JL Stryer L 2007 Biochemistry vid 6th W H Freeman and Company ISBN 0 7167 8724 5 Nelson D L Cox M M 2008 Lehninger Principles of Biochemistry vid 5th W H Freeman ISBN 978 0 7167 7108 1 Voet D Voet J G 2011 Biochemistry vid 4th Wiley s 487 496 ISBN 978 0470 57095 1 PosilannyaDavid Goodsell Glycogen Phosphorylase 19 zhovtnya 2015 u Wayback Machine Molecule of the Month na sajti PDB 2001 Pereglyanuto 20 chervnya 2012 roku

Дата публікації:
Топ