Glycogène phosphorylase - Glycogen phosphorylase
| Phosphorylase | |||||||||
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 La structure cristalline du complexe glycogène phosphorylase-AMP de muscle de lapin. Site allostérique AMP (jaune), Ser14 phosphorylé (orange), site de liaison au glycogène (bleu), site catalytique (rouge).
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| Identifiants | |||||||||
| CE n° | 2.4.1.1 | ||||||||
| N ° CAS. | 9035-74-9 | ||||||||
| Bases de données | |||||||||
| IntEnz | Vue IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrée BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Vue NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Entrée KEGG | ||||||||
| MétaCycle | voie métabolique | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| Structures de l' APB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontologie des gènes | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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La glycogène phosphorylase est l'une des enzymes phosphorylase ( EC 2.4.1.1 ). La glycogène phosphorylase catalyse l'étape limitante de la glycogénolyse chez les animaux en libérant du glucose-1-phosphate à partir de la liaison alpha-1,4-glycosidique terminale. La glycogène phosphorylase est également étudiée en tant que protéine modèle régulée à la fois par la phosphorylation réversible et les effets allostériques .
Mécanisme
La glycogène phosphorylase décompose le glycogène en sous-unités de glucose (voir également la figure ci-dessous) :
(chaîne glycogène α-1,4) n + Pi ⇌ (chaîne glycogène α-1,4) n-1 + α-D-glucose-1-phosphate.
Le glycogène se retrouve avec une molécule de glucose de moins et la molécule de glucose libre se présente sous la forme de glucose-1-phosphate . Afin d'être utilisé pour le métabolisme , il doit être converti en glucose-6-phosphate par l'enzyme phosphoglucomutase .
Bien que la réaction soit réversible in vitro , à l'intérieur de la cellule, l'enzyme ne fonctionne que dans le sens direct, comme indiqué ci-dessous, car la concentration de phosphate inorganique est beaucoup plus élevée que celle du glucose-1-phosphate.
La glycogène phosphorylase ne peut agir que sur les chaînes linéaires du glycogène (liaison glycosidique α1-4). Son travail s'arrêtera immédiatement à quatre résidus de la branche 1-6 (qui sont extrêmement courants dans le glycogène). Dans ces situations, l' enzyme de déramification est nécessaire, ce qui redressera la chaîne dans cette zone. De plus, l'enzyme transférase déplace un bloc de 3 résidus glucosyle de la branche externe à l'autre extrémité, puis une enzyme 1-6 glucosidase est nécessaire pour casser le résidu α1-6 restant (glucose unique) qui reste dans le nouveau chaîne. Après tout cela, la glycogène phosphorylase peut continuer. L'enzyme est spécifique des chaînes α1-4, car la molécule contient une crevasse longue de 30 angströms avec le même rayon que l'hélice formée par la chaîne glycogène; celui-ci contient 4 à 5 résidus glucosyle, mais est trop étroit pour les ramifications. Cette crevasse relie le site de stockage du glycogène au site catalytique actif.
La glycogène phosphorylase possède un phosphate de pyridoxal (PLP, dérivé de la vitamine B 6 ) à chaque site catalytique. Le phosphate de pyridoxal se lie aux résidus basiques (dans ce cas Lys680) et forme de manière covalente une base de Schiff . Une fois que la liaison de base de Schiff est formée, maintenant la molécule PLP dans le site actif, le groupe phosphate sur le PLP donne facilement un proton à une molécule de phosphate inorganique, permettant au phosphate inorganique d'être à son tour déprotoné par l'oxygène formant le -1 ,4 liaison glycosidique. Le PLP est facilement déprotoné car sa charge négative est non seulement stabilisée dans le groupe phosphate, mais aussi dans le cycle pyridine, ainsi la base conjuguée résultant de la déprotonation du PLP est assez stable. L'oxygène protoné représente maintenant un bon groupe partant et la chaîne de glycogène est séparée du glycogène terminal d'une manière S N 1 , entraînant la formation d'une molécule de glucose avec un carbocation secondaire en position 1. Enfin, le phosphate inorganique déprotoné agit comme un nucléophile et se lie au carbocation, entraînant la formation de glucose-1-phosphate et d'une chaîne de glycogène raccourcie d'une molécule de glucose.
Il existe également un mécanisme alternatif proposé impliquant un oxygène chargé positivement dans une conformation demi-chaise.
Structure
Le monomère glycogène phosphorylase est une grande protéine, composée de 842 acides aminés avec une masse de 97,434 kDa dans les cellules musculaires. Bien que l'enzyme puisse exister sous forme de monomère ou de tétramère inactif, elle est biologiquement active sous forme de dimère de deux sous-unités identiques.
Chez les mammifères, les principales isozymes de la glycogène phosphorylase se trouvent dans les muscles, le foie et le cerveau. Le type de cerveau est prédominant dans le cerveau adulte et les tissus embryonnaires, tandis que les types de foie et de muscle sont prédominants dans le foie et le muscle squelettique adultes, respectivement.
Le dimère de glycogène phosphorylase a de nombreuses régions d'importance biologique, y compris des sites catalytiques , des sites de liaison au glycogène, des sites allostériques et un résidu sérine phosphorylé de manière réversible. Premièrement, les sites catalytiques sont relativement enfouis, à 15 de la surface de la protéine et de l'interface sous-unité. Ce manque d'accès facile du site catalytique à la surface est important en ce qu'il rend l'activité protéique très sensible à la régulation, car de petits effets allostériques pourraient augmenter considérablement l'accès relatif du glycogène au site.
Le site régulateur le plus important est peut-être Ser14, le site de phosphorylation réversible très proche de l'interface de la sous-unité. Le changement structurel associé à la phosphorylation, et à la conversion de la phosphorylase b en phosphorylase a, est l'arrangement des résidus initialement désordonnés 10 à 22 en hélices . Ce changement augmente l'activité de la phosphorylase jusqu'à 25 % même en l'absence d'AMP, et améliore encore l'activation de l'AMP.
Le site allostérique de la liaison de l' AMP sur les isoformes musculaires de la glycogène phosphorylase est proche de l'interface de la sous-unité, tout comme Ser14. La liaison de l'AMP à ce site, correspondant à un changement de l'état T de l'enzyme à l'état R, entraîne de petits changements dans la structure tertiaire à l'interface des sous-unités conduisant à de grands changements dans la structure quaternaire. La liaison à l'AMP fait tourner les hélices de tour (résidus 262-278) des deux sous-unités 50˚ l'une par rapport à l'autre grâce à une plus grande organisation et des interactions inter-sous-unités. Cette rotation des hélices de la tour entraîne une rotation des deux sous-unités de 10˚ l'une par rapport à l'autre, et surtout perturbe les résidus 282-286 (la boucle 280s) qui bloquent l'accès au site catalytique à l'état T mais ne l'état R.
Le site final, peut-être le plus curieux, sur la protéine glycogène phosphorylase est ce qu'on appelle le site de stockage du glycogène. Les résidus 397-437 forment cette structure, qui permet à la protéine de se lier de manière covalente à la chaîne glycogène à 30 Â du site catalytique. Ce site est très probablement le site auquel l'enzyme se lie aux granules de glycogène avant d'initier le clivage des molécules de glucose terminales. En fait, 70% de la phosphorylase dimère dans la cellule existe sous forme liée aux granules de glycogène plutôt que flottant librement.
Signification clinique
| phosphorylase, glycogène; musculaire (syndrome de McArdle, maladie de stockage du glycogène de type V) | |||||||
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| Identifiants | |||||||
| symbole | PYGM | ||||||
| gène NCBI | 5837 | ||||||
| HGNC | 9726 | ||||||
| OMIM | 608455 | ||||||
| RéfSeq | NM_005609 | ||||||
| UniProt | P11217 | ||||||
| Autre informations | |||||||
| Numéro CE | 2.4.1.1 | ||||||
| Lieu | Chr. 11 q12-q13.2 | ||||||
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| phosphorylase, glycogène; foie (maladie de Hers, maladie de stockage du glycogène de type VI) | |||||||
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| Identifiants | |||||||
| symbole | PYGL | ||||||
| gène NCBI | 5836 | ||||||
| HGNC | 9725 | ||||||
| OMIM | 232700 | ||||||
| RéfSeq | NM_002863 | ||||||
| UniProt | P06737 | ||||||
| Autre informations | |||||||
| Numéro CE | 2.4.1.1 | ||||||
| Lieu | Chr. 14 q11.2-24,3 | ||||||
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| phosphorylase, glycogène; cerveau | |||||||
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| Identifiants | |||||||
| symbole | PYGB | ||||||
| gène NCBI | 5834 | ||||||
| HGNC | 9723 | ||||||
| OMIM | 138550 | ||||||
| RéfSeq | NM_002862 | ||||||
| UniProt | P11216 | ||||||
| Autre informations | |||||||
| Numéro CE | 2.4.1.1 | ||||||
| Lieu | Chr. 20 p11.2-p11.1 | ||||||
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L' inhibition de la glycogène phosphorylase a été proposée comme une méthode de traitement du diabète de type 2 . Comme il a été démontré que la production de glucose dans le foie augmente chez les patients diabétiques de type 2, l'inhibition de la libération de glucose à partir des réserves de glycogène du foie semble être une approche valable. Le clonage de la glycogène phosphorylase du foie humain (HLGP) a révélé un nouveau site de liaison allostérique près de l'interface de la sous-unité qui n'est pas présent dans la glycogène phosphorylase du muscle de lapin (RMGP) normalement utilisée dans les études. Ce site n'était pas sensible aux mêmes inhibiteurs que ceux du site allostérique de l'AMP, et le plus grand succès a été obtenu en synthétisant de nouveaux inhibiteurs qui imitent la structure du glucose, puisque le glucose-6-phosphate est un inhibiteur connu de HLGP et stabilise le moins actif. T-état. Ces dérivés du glucose ont réussi à inhiber la HLGP, avec des valeurs de Ki prévues aussi basses que 0,016 mM.
Des mutations dans l'isoforme musculaire de la glycogène phosphorylase (PYGM) sont associées à la maladie de stockage du glycogène de type V (GSD V, maladie de McArdle). Plus de 65 mutations du gène PYGM qui conduisent à la maladie de McArdle ont été identifiées à ce jour. Les symptômes de la maladie de McArdle comprennent une faiblesse musculaire, une myalgie et un manque d'endurance, tous résultant d'un faible taux de glucose dans les tissus musculaires.
Des mutations dans l'isoforme hépatique de la glycogène phosphorylase (PYGL) sont associés à la maladie de Hers ( type de maladie de stockage du glycogène VI ). La maladie de Hers est souvent associée à des symptômes bénins normalement limités à l' hypoglycémie , et est parfois difficile à diagnostiquer en raison de l'activité enzymatique résiduelle.
L'isoforme du cerveau de glycogène phosphorylase (PYGB) a été proposée comme marqueur biologique pour le cancer gastrique .
Régulation
La glycogène phosphorylase est régulée par le contrôle allostérique et par la phosphorylation . La phosphorylase a et la phosphorylase b existent chacune sous deux formes : un état T (tendu) inactif et un état R (détendu). La phosphorylase b est normalement à l'état T, inactive en raison de la présence physiologique d'ATP et de phosphate de glucose 6, et la phosphorylase a est normalement à l'état R (actif). Une isoenzyme de glycogène phosphorylase existe dans le foie sensible à la concentration de glucose, car le foie agit comme un exportateur de glucose. Essentiellement, la phosphorylase du foie est sensible au glucose, ce qui provoque une transition très sensible de la forme R à la forme T, l'inactivant ; de plus, la phosphorylase hépatique est insensible à l'AMP.
Des hormones telles que l' épinéphrine , l' insuline et le glucagon régulent la glycogène phosphorylase à l' aide de systèmes d' amplification de second messager liés aux protéines G . Glucagon active l' adénylate cyclase par l' intermédiaire d' un récepteur couplé aux protéines G (GPCR) couplé à G s qui à son tour active l' adénylate cyclase pour augmenter les concentrations intracellulaires d'AMPc. L'AMPc se lie à la protéine kinase A (PKA) et l'active . La PKA phosphoryle la phosphorylase kinase , qui à son tour phosphoryle la glycogène phosphorylase b en Ser14, la convertissant en glycogène phosphorylase active a.
Dans le foie, le glucagon active également un autre GPCR qui déclenche une cascade différente, entraînant l'activation de la phospholipase C (PLC). Le PLC provoque indirectement la libération de calcium du réticulum endoplasmique des hépatocytes dans le cytosol. La disponibilité accrue du calcium se lie à la sous-unité calmoduline et active la glycogène phosphorylase kinase. La glycogène phosphorylase kinase active la glycogène phosphorylase de la même manière mentionnée précédemment.
La glycogène phosphorylase b n'est pas toujours inactive dans le muscle, car elle peut être activée allostériquement par l'AMP. Une augmentation de la concentration d'AMP, qui se produit pendant un exercice intense, signale une demande d'énergie. L'AMP active la glycogène phosphorylase b en changeant sa conformation d'une forme tendue à une forme relâchée. Cette forme relâchée a des propriétés enzymatiques similaires à celles de l'enzyme phosphorylée. Une augmentation de la concentration d'ATP s'oppose à cette activation en déplaçant l'AMP du site de liaison des nucléotides, indiquant des réserves d'énergie suffisantes.
Lors d'un repas, il y a une libération d' insuline , signalant la disponibilité du glucose dans le sang. L'insuline active indirectement la protéine phosphatase 1 (PP1) et la phosphodiestérase via une cascade de transduction de signal. PP1 déphosphoryle la glycogène phosphorylase a, reformant la glycogène phosphorylase inactive b. La phosphodiestérase convertit l'AMPc en AMP. Ensemble, ils diminuent la concentration d'AMPc et inhibent la PKA. En conséquence, la PKA ne peut plus initier la cascade de phosphorylation qui se termine par la formation de la glycogène phosphorylase a (active). Dans l'ensemble, la signalisation de l'insuline diminue la glycogénolyse pour préserver les réserves de glycogène dans la cellule et déclenche la glycogenèse .
Importance historique
La glycogène phosphorylase a été la première enzyme allostérique à être découverte. Il a été isolé et son activité caractérisée en détail par Carl F. Cori , Gerhard Schmidt et Gerty T. Cory . Arda Green et Gerty Cori l'ont cristallisé pour la première fois en 1943 et ont illustré que la glycogène phosphorylase existait sous les formes a ou b selon son état de phosphorylation, ainsi que dans les états R ou T basés sur la présence d'AMP.
Voir également
Les références
Lectures complémentaires
- Voet JG, Voet D (1995). "Chapitre 17 : Métabolisme du Glycogène" . Biochimie (2e éd.). New York : J. Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-58651-7.
- Voet JG, Voet D (2004). "Chapitre 18 : Métabolisme du Glycogène" . Biochimie (3e éd.). New York : J. Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-19350-0.
- Goodsell DS (2001-12-01). "Glycogène Phosphorylase" . Molécule du mois . Banque de données sur les protéines RCSB . Récupéré le 2009-01-10 .
- Diwan JJ. "Métabolisme du glycogène" . Biochimie moléculaire I . Institut polytechnique Rensselaer. Archivé de l'original le 2009-01-25 . Récupéré le 2009-01-10 .
Liens externes
- Entrée GeneReviews/NCBI/NIH/UW sur la maladie de stockage du glycogène de type VI - La maladie de Hers
- Glycogène + phosphorylase à la National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) des États-Unis
- Aperçu de toutes les informations structurelles disponibles dans le PDB pour UniProt : P11217 (Human muscle Glycogen phosphorylase) au PDBe-KB .
- Vue d'ensemble de toutes les informations structurelles disponibles dans le PDB pour UniProt : P06737 (Human liver Glycogen phosphorylase) au PDBe-KB .
- Aperçu de toutes les informations structurelles disponibles dans le PDB pour UniProt : P11216 (Human brain Glycogen phosphorylase) au PDBe-KB .
