Glicóxeno sintase

A glicóxeno sintase (ou UDP-glicosa-glicóxeno glicosiltransferase) é un encima que cataliza a unión de unidades de glicosa a unha cadea de glicóxeno en crecemento. O encima toma curtos polímeros de glicosa e convérteos en polímeros longos engadindo unha a unha unidades de glicosa que chegan en forma de UDP-glicosa (en humanos).

É un encima glicosiltransferase (EC 2.4.1.11) que cataliza a reacción: $\mathrm{U}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{G}\mathrm{+}\mathrm{G}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{c}\acute{\mathrm{o}}\mathrm{x}\mathrm{e}\mathrm{n}{\mathrm{o}}_{\mathrm{(}\mathrm{n}\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{u}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{)}}\mathrm{⟺}\mathrm{U}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{+}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{G}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{c}\acute{\mathrm{o}}\mathrm{x}\mathrm{e}\mathrm{n}{\mathrm{o}}_{\mathrm{(}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{1}\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{u}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{)}}$

O ΔG⁰ ' da reacción é de 13,4kJmol⁻¹. O encima establece enlaces glicosídicos α-1,4 no extremo redutor das cadeas en crecemento de glicóxeno ramificado. Tamén corta o enlace éster entre a posición C1 da glicosa e o pirofosfato da UDP-glicosa. A glicóxeno sintetase non cataliza a formación dos puntos de ramificación do glicóxeno (con enlace glicosídico α-1,6), do cal se encarga o encima ramificador do glicóxeno, que é unha glicosil transferase especial, pero unha vez que este encima fai o inicio dunha nova rama, a glicóxeno sintase pode agrandar esa rama.

O encima converte o exceso de residuos de glicosa nunha cadea polimérica de glicóxeno para o seu almacenamento. A súa presenza é máxima 30-60 minutos despois do exercicio intenso para recuperar as reservas de glicóxeno gastadas. É un encima chave na glicoxenoxénese.

Estrutura

Aínda que se fixeron moitos estudos sobre o encima que degrada o glicóxeno, a glicóxeno fosforilase téñense feito moitos menos sobre o encima que o sintetiza, a glicóxeno sintase. Porén, a estrutura cristalina da glicóxeno sintase de Agrobacterium tumefaciens, foi determinada a unha resolución de 2,3 Å. Na súa forma asimétrica, a glicóxeno sintase atópase en forma de dímero, con monómeros compostos por dous dominios con pregamento rossman. Esta propiedade estrutural, entre outras, é compartida con encimas relacionados, como a glicóxeno fosforilase e outras glicosiltransferases da superfamilia GT-B.

Os encimas do tipo da glicóxeno sintases poden clasificarse en dúas grandes familias proteicas segundo a especie de que procedan. A primeira familia (GT3), que é propia de mamíferos e lévedos, ten un peso de aproximadamente 80 kDa, utiliza a UDP-glicosa como doante de azucre, e é regulada por fosforilación e unión de ligandos. A segunda familia (GT5), que é propia de bacterias e plantas, é de aproximdamente 50 kDA, e utiliza a ADP-glicosa como doante de azucre, e non está regulada ; nas bacterias produce glicóxeno e amidón (chámase glicóxeno (amidón) sintase ou amidón sintase EC 2.4.1.21) e nas plantas amidón (amidón sintase).

Mecanismo

Aínda non se coñecen ben os mecanismos catalíticos utilizados pola glicóxeno sintase. As similitudes estruturais coa glicóxeno fosforilase nos sitios catalítico e de unión ao substrato suxiren que o mecanismo de síntese é similar en ambos os encimas.

Función

Sintetiza o glicóxeno e xoga un importante papel biolóxico na regulación dos niveis de glicóxeno/glicosa.

Nun recente estudo con ratos modificados xeneticamente, o sobreexpresión da glicóxeno sintase e a sobreexpresión da fosfatase orixinaban uns niveis excesivos de almacenemento de glicóxeno.

Isoencimas

Nos humanos hai dous isoencimas parálogos da glicóxeno sintase:

isoencima	distribución nos tecidos	xene
glicóxeno sintase 1	músculo e outros tecidos	GYS1
glicóxeno sintase 2	fígado	GYS2

O isoencima hepático só se expresa no fígado, pero o isoencima muscular está amplamente distribuído. O glicóxeno do fígado serve como un reservorio para manter os niveis de glicosa sanguíneos durante o xaxún, mentres que para a síntese de glicóxeno muscular utilízase ata o 90% da glicosa inxerida, e funciona como unha reserva que proporciona enerxía durante a actividade intensa.

Modelo:Proteína

Modelo:Proteína

Regulación

A actividade deste encima está moi regulada por efectores alostéricos como a glicosa 6-fosfato, por reaccións de fosforilación, e desencadeada indirectamente pola hormona insulina, que segrega o páncreas. A fosforilación da glicóxeno sintase fai decrecer a súa actividade.

O control da glicóxeno sintase é un paso chave na regulación do metabolismo do glicóxeno e o almacenamento da glicosa. A glicóxeno sintase está regulada indirectamente pola glicóxeno sintase quinase 3 (GSK-3), a proteína quinase activada por AMP (AMPK) e a proteína quinase A (PKA). Cada unha destas proteína quinases fan que a glicóxeno sintase se fosforile e quede inactiva cataliticamente. Os sitios de fosforilación da glicóxeno sintase son os que se resumen abaixo:

Nome	Sitio de fosforilación	Quinase	Referencia(s)
Sitio 1a		PKA	,
Sitio 1b		PKA	,
Sitio 2	Serina 7	AMPK	,
Sitio 2a	Serina 10	CK2
Sitio 3a	Serina 641	GSK3
Sitio 3b	Serina 645	GSK3
Sitio 3c	Serina 649	GSK3
Sitio 3d	Serina 653	GSK3
Sitio 4	Serina 727

Estas quinases regulatorias inactivan a glicóxeno sintase fosforilándoa no residuo 25 N-terminal e no 120 C-terminal. A glicóxeno sintase é tamén regulada pola proteína fosfatase 1 (PP1), que a activa por desfosforilación. A proteína fosfatase 1 (PP1) é dirixida ao gránulo de glicóxeno por catro subunidades seguintes: G_M, G_L, PTG e R6. Estes encimas regulatorios están regulados polas vías de sinalización da insulina e o glicagón.

Patoloxía

As mutacións no xene GYS2 están asociadas coa enfermidade de almacenamento de glicóxeno de tipo 0. Nos humanos, os defectos no control estrito da captación e consumo de glicosa están tamén asociados coa diabetes e hiperglicemia. Os pacientes con diabetes tipo 2 normalmente mostran baixos niveis de almacenamento de glicóxeno debido a impedimentos na síntese de glicóxeno estimulado pola insulina e a supresión da glicoxenólise. A insulina estimula a glicóxeno sintase inhibindo as glicóxeno sintase qiinases ou/e activando a proteína fosfatase 1 (PP1) entre outros mecanismos.

Organismos modelo

Gys2 (fenotipo do rato knockout)

Característica	Fenotipo
Viabilidade do homocigoto	Normal
Fertilidade	Normal
Peso corporal	Normal
Ansiedade	Normal
Valoración neurolóxica	Normal
Forza de agarre	Normal
Proba da placa quente (dor)	Normal
Anormalidades morfolóxicas	Normal
Calorimetría indirecta	Normal
Proba de tolerancia á glicosa	Anormal
Resposta auditiva no tronco cerebral	Normal
DEXA	Normal
Radiografía	Normal
Temperatura corporal	Normal
Morfoloxía ocular	Normal
Química clínica	Anormal
Inmunoglobulinas do plasma	Normal
Hematoloxía	Normal
Linfocitos no sangue periférico	Normal
Proba do micronúcleo	Normal
Peso do corazón	Normal
Histopatoloxía cutánea	Normal
Histopatoloxía cerebral	Normal
Histopatoloxía ocular	Normal
Infección por Salmonella	Normal
Infección por Citrobacter	Normal
Todos as probas e análises de

Para o estudo da función do xene GYS2 utilizáronse organismos modelo. Creouse unha liña de ratos knockout condicional, chamada Gys2^{tm1a(KOMP)Wtsi} como parte do programa Consorcio dos Ratos Knockout Internacional, un proxecto para utilizar a mutaxénese de alto rendemento para xerar e distribuír animais modelo de doenzas aos científicos interesados. Os animais machos e femias foron sometidos a un exame fenotípico estandarizado para determinar os efectos das delecións. Realizáronse 26 probas e atopáronse dous fenotipos interesantes. Ratos macho adultos mutantes homocigóticos mostraban unha tolerancia á glicosa alterada, e as femias presentaban unha diminución significativa da glicosa circulante determinada na química clínica (despregar cadro).

Véxase tamén

Outros artigos

• Glicoquinase

Ligazóns externas

• Modelo:Cita web