La enzima desramificante del glucógeno , en los seres humanos, es la proteína codificada por el gen AGL . [5] Esta enzima es esencial para la descomposición del glucógeno , que sirve como depósito de glucosa en el cuerpo. Tiene actividades independientes de glucosiltransferasa y glucosidasa. [6] [7]
Junto con las fosforilasas , la enzima moviliza 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 degradación del glucógeno está altamente regulada en el cuerpo, especialmente en el hígado , por varias hormonas, incluidas la insulina y el glucagón , para mantener un equilibrio homeostático de los niveles de glucosa en sangre. [8] Cuando la degradación del glucógeno se ve comprometida por mutaciones en la enzima desramificadora del glucógeno, pueden resultar enfermedades metabólicas como la enfermedad de almacenamiento de glucógeno tipo III . [6] [7]
Los dos pasos de la degradación del glucógeno, la glucosiltransferasa y la glucosidasa, son realizados 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 desramificadoras del glucógeno (EDG). Cuando la glucosiltransferasa y la glucosidasa son catalizadas por enzimas distintas, la enzima desramificadora del glucógeno suele referirse a la enzima glucosidasa . En alguna literatura, una enzima capaz solo de glucosidasa se denomina enzima desramificadora . [9]
Junto con la fosforilasa , las enzimas desramificantes del glucógeno funcionan en la degradación del glucógeno y la movilización de la glucosa. Cuando la fosforilasa ha digerido una ramificación de glucógeno hasta cuatro residuos de glucosa, no eliminará más residuos. Las enzimas desramificantes del glucógeno ayudan a la fosforilasa, la enzima principal involucrada 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 llega a cuatro residuos desde un punto de ramificación, deja de escindir; debido a que 1 de cada 10 residuos está ramificado, la escisión por fosforilasa sola no sería suficiente para movilizar las reservas de glucógeno. [10] [11] Antes de que la fosforilasa pueda reanudar el catabolismo, las enzimas desramificantes realizan dos funciones:
De esta forma, las enzimas desramificantes, transferasa y α-1,6-glucosidasa, convierten la estructura ramificada del glucógeno en una lineal, allanando el camino para una mayor escisión por parte de la fosforilasa.
En E. coli y otras bacterias, las funciones de glucosiltransferasa y glucosidasa son realizadas por dos proteínas distintas. En E. coli , la transferencia de glucosa es realizada por la 4-alfa-glucanotransferasa, una proteína de 78,5 kDa codificada por el gen malQ. [14] Una segunda proteína, denominada enzima desramificadora, 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. [15] La actividad de las dos enzimas no siempre está necesariamente acoplada. En E. coli, glgX cataliza selectivamente la escisión de las ramas de 4 subunidades, sin la acción de la glucanotransferasa. El producto de esta escisión, la maltotetraosa , es degradado aún más por la maltodextrina fosforilasa. [6] [16]
La GlgX de E. coli 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. En esta estructura se destaca 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 glucosas antes de la escisión. [6]
La enzima que degrada el glucógeno de la arquea Sulfolobus solfataricus , treX, proporciona un ejemplo interesante de uso de un único sitio activo para dos actividades: actividades de amilosas y glucanotransferasas. TreX es estructuralmente similar a glgX, y tiene una masa de 80 kD y un sitio activo. [9] [17] Sin embargo, a diferencia de cualquiera de los glgX, treX existe como dímero y tetrámero en solución. La forma oligomérica de TreX parece desempeñar 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 de glucosiltransferasa. Como tetrámero, la eficiencia catalítica de treX aumenta cuatro veces con respecto a su forma dimérica. [6] [18]
En los mamíferos y las levaduras , una sola enzima realiza ambas funciones desramificantes. [19] La enzima desramificante de glucógeno humana (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 una de la otra, 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 se modificaba de forma medible. [20] La enzima desramificante de glucógeno es la única enzima eucariota conocida que contiene múltiples sitios catalíticos y es activa como monómero. [21] [22]
Algunos estudios han demostrado que la mitad C-terminal de la GDE de levadura está asociada con la actividad de la glucosidasa, mientras que la mitad N-terminal está asociada con la actividad de la glucosiltransferasa. [19] Además de estos dos sitios activos , la AGL parece contener un tercer sitio activo que le permite unirse a un polímero de glucógeno. [23] 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 figura siguiente. [24]
Se ha descrito la estructura de la GDE de Candida glabrata . [25] La estructura reveló que dominios distintos en la GDE codifican las actividades de la glucanotransferasa y la 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 la GDE. Además de los sitios activos, la GDE tiene sitios de unión adicionales para el glucógeno, que son importantes para su reclutamiento al glucógeno. El mapeo de las mutaciones causantes de la enfermedad en la estructura de la GDE proporcionó información sobre la enfermedad por 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 1p21. [11] El gen AGL proporciona instrucciones para producir varias versiones diferentes, conocidas como isoformas, de la enzima desramificadora 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 en gran detalle, porque la mutación en este gen es la causa de la enfermedad de almacenamiento de glucógeno tipo III. [5] El gen tiene 85 kb de longitud, tiene 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 5' no traducida. Los exones 4-35 codifican los 1505 aminoácidos restantes del gen AGL. [7] Estudios realizados por el departamento de pediatría de la Universidad de Duke sugieren que el gen AGL humano contiene al menos 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 que es específica para diferentes tejidos. [23] [26]
Cuando la actividad de la GDE se ve comprometida, el cuerpo no puede liberar eficazmente el glucógeno almacenado, lo que puede provocar una enfermedad de almacenamiento de glucógeno de tipo III (deficiencia de desramificador), un trastorno autosómico recesivo. En la GSD III, la degradación del glucógeno es incompleta y hay acumulación de glucógeno anormal con ramificaciones externas cortas. [27]
La mayoría de los pacientes presentan deficiencia de GDE tanto en el hígado como en el músculo (tipo IIIa), aunque el 15% de los pacientes han conservado GDE en el músculo mientras que no lo tienen en el hígado (tipo IIIb). [11] Dependiendo de la ubicación de la mutación , diferentes mutaciones en el gen AGL pueden afectar diferentes isoformas de la expresión génica . 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 diferentes manifestaciones producen síntomas variados, que pueden ser casi indistinguibles de la GSD Tipo I, incluyendo 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 afectación muscular progresiva, con variaciones causadas por la edad de aparición, la tasa de progresión de la enfermedad y la gravedad. Los pacientes con Tipo IIIb generalmente presentan síntomas relacionados con enfermedad hepática. [30] Los pacientes de Tipo III se distinguen por enzimas hepáticas elevadas, con niveles normales de ácido úrico y lactato en sangre, lo que difiere 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 conducir a hipertrofia ventricular y atrofia muscular distal. [28]
