enzima ramificadora del glucógeno

La enzima ramificadora de 1,4-α-glucano , también conocida como enzima ramificadora o enzima ramificadora de glucógeno, es una enzima que en los humanos está codificada por el gen GBE1 . ^{[ 5 ]}

La enzima ramificadora del glucógeno añade ramificaciones a la molécula de glucógeno en crecimiento durante su síntesis , una forma de almacenamiento de glucosa . Más específicamente, durante la síntesis de glucógeno , una molécula de glucosa 1-fosfato reacciona con uridina trifosfato (UTP) para convertirse en UDP-glucosa, una forma activada de glucosa. La unidad glucosilo activada de la UDP-glucosa se transfiere al grupo hidroxilo en el carbono 4 de un residuo terminal del glucógeno para formar un enlace glucosídico α-1,4 , reacción catalizada por la glucógeno sintasa . Es importante destacar que la glucógeno sintasa solo cataliza la síntesis de enlaces glucosídicos α-1,4. Dado que el glucógeno es una forma de almacenamiento de glucosa fácilmente movilizable, el polímero extendido de glucógeno se ramifica mediante la enzima ramificadora del glucógeno para proporcionar a las enzimas de degradación del glucógeno, como la glucógeno fosforilasa , numerosos residuos terminales para su rápida degradación. La ramificación también aumenta significativamente la solubilidad y disminuye la fuerza osmótica del glucógeno. ^{[ 6 ]}

La proteína codificada por este gen es una enzima ramificadora del glucógeno que cataliza la transferencia de unidades de glucosilo unidas mediante enlaces α-1,4 desde el extremo externo de una cadena de glucógeno a una posición α-1,6 en la misma cadena o en una cadena vecina. La ramificación de las cadenas es esencial para aumentar la solubilidad de la molécula de glucógeno y, por consiguiente, para reducir la presión osmótica intracelular . Los niveles más altos de esta enzima se encuentran en las células del hígado y del músculo . Las mutaciones en este gen se asocian con la glucogenosis tipo IV (también conocida como enfermedad de Andersen).

Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , específicamente, a las glicosiltransferasas que transfieren hexosas ( hexosiltransferasas ). El nombre sistemático de esta clase de enzimas es 1,4-α- D -glucano:1,4-α- D -glucano 6-α -D- (1,4-α- D -glucano)-transferasa. Otros nombres de uso común incluyen enzima ramificadora, amilo-(1,4→1,6)-transglicosilasa, enzima Q, α-glucano-glicosiltransferasa ramificadora, amilosa isomerasa, factor de ramificación enzimático, glicosiltransferasa ramificadora, enzima Q, glucosano transglicosilasa, enzima ramificadora 1,4-α-glucano 1 , enzima ramificadora vegetal, α-1,4-glucano:α-1,4-glucano-6-glicosiltransferasa y enzima ramificadora del almidón. Esta enzima participa en el metabolismo del almidón y la sacarosa .

GBE está codificado por el gen GBE1 . ^{[ 5 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

Mediante análisis Southern blot de ADN derivado de híbridos de células somáticas humanas/roedoras, se identificó GBE1 como un gen autosómico ubicado en el brazo corto del cromosoma 3 en la posición 12.3. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} El gen GBE humano también se aisló mediante complementación funcional de la deficiencia de GBE de Saccharomyces cerevisiae. ^{[ 10 ]} A partir del ADNc aislado, se encontró que la longitud del gen era de aproximadamente 3 kb. ^{[ 10 ]} Además, se encontró que la secuencia codificante comprende 2106 pares de bases y codifica una GBE de 702 aminoácidos. La masa molecular de la GBE humana se calculó en 80 438 Da. ^{[ 10 ]}

La enzima ramificadora del glucógeno pertenece a la familia de enzimas α-amilasa , que incluye α-amilasas, pullulanas/isoamilasa, ciclodextrina glucanotransferasa (CGT) y enzima ramificadora. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Mostrado por cristalografía de rayos X, la enzima ramificadora del glucógeno tiene cuatro unidades marginalmente asimétricas cada una que están organizadas en tres dominios: un dominio amino-terminal, involucrado en determinar la longitud de la transferencia de cadena, un dominio carboxilo-terminal, involucrado en la preferencia de sustrato y capacidad catalítica, y un dominio catalítico central de barril (α/β). ^{[ 11 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} El dominio amino-terminal consta de 128 residuos dispuestos en siete hebras β, el dominio carboxilo-terminal con 116 residuos también organizados en siete hebras β, y el dominio de barril (α/β) con 372 residuos. Si bien el dominio central (α/β) del barril es común en los miembros de la familia de la α-amilasa, existen numerosas variaciones entre los distintos dominios del barril. Además, hay diferencias notables entre los bucles que conectan los elementos de la estructura secundaria entre estos diversos miembros de la α-amilasa, especialmente alrededor del sitio activo. En comparación con otros miembros de la familia, la enzima de unión al glucógeno tiene bucles más cortos, lo que resulta en una cavidad más abierta, favorable a la unión de un sustrato más voluminoso como un azúcar ramificado. Mediante el análisis de la estructura primaria y las estructuras cristalográficas de rayos X de los miembros de la familia de la α-amilasa, se conservaron siete residuos: Asp335, His340, Arg403, Asp405, Glu458, His525 y Asp526 (numeración de E. coli). Estos residuos están implicados en la catálisis y la unión del sustrato. ^{[ 11 ]}

También se han cristalizado y determinado estructuralmente enzimas de unión al glucógeno en otros organismos, demostrando similitud y variación con la GBE encontrada en Escherichia coli . ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

En el glucógeno , cada 10 a 14 unidades de glucosa , se produce una ramificación lateral con una cadena adicional de unidades de glucosa. Esta cadena lateral se une al átomo de carbono 6 de una unidad de glucosa mediante un enlace α-1,6-glucosídico. Esta unión es catalizada por una enzima ramificadora, generalmente denominada enzima ramificadora de α-glucano. Dicha enzima une una cadena de siete unidades de glucosa (con alguna variación menor en este número) al carbono en la posición C-6 de la unidad de glucosa, formando así el enlace α-1,6-glucosídico. La especificidad de esta enzima implica que esta cadena de 7 carbonos se une generalmente a una molécula de glucosa que se encuentra en la tercera posición desde el extremo no reductor de otra cadena. Debido a la especificidad de la enzima con respecto al número de unidades de glucosa transferidas y la posición a la que se transfieren, se crea la molécula de glucógeno altamente ramificada y muy característica. ^{[ 20 ]}

Las mutaciones en este gen están asociadas con la enfermedad de almacenamiento de glucógeno tipo IV (también conocida como enfermedad de Andersen) en recién nacidos y con la enfermedad de cuerpos poliglucosanos en adultos . ^{[ 5 ] [ 21 ]}

Aproximadamente 40 mutaciones en el gen GBE1, la mayoría de las cuales resultan en una mutación puntual en la enzima ramificadora del glucógeno, han dado lugar al trastorno infantil temprano, enfermedad de almacenamiento de glucógeno tipo IV (GSD IV). ^{[ 9 ]} Esta enfermedad se caracteriza por un agotamiento severo o ausencia completa de GBE, lo que resulta en la acumulación de glucógeno con estructura anormal, conocido como cuerpos de poliglucosano. ^{[ 9 ]} La acumulación de glucógeno conduce a un aumento de la presión osmótica que resulta en hinchazón y muerte celular. ^{[ 9 ]} Los tejidos más afectados por esta enfermedad son el hígado, el corazón y el sistema neuromuscular, áreas con los mayores niveles de acumulación de glucógeno. ^{[ 9 ] [ 22 ]} La acumulación anormal de glucógeno en el hígado interfiere con el funcionamiento hepático y puede resultar en un hígado agrandado y enfermedad hepática. ^{[ 9 ] [ 23 ]} En los músculos, la incapacidad de las células para degradar eficientemente el glucógeno debido a la reducción severa o ausencia de ramificación puede conducir a debilidad y atrofia muscular. ^{[ 9 ]} Se ha descubierto que al menos tres mutaciones en el gen GBE1 causan otra enfermedad llamada enfermedad de cuerpos poliglucosanos del adulto (APBD). ^{[ 9 ] [ 24 ]} Mientras que en la GSD IV la actividad de GBE es indetectable o mínimamente detectable, la APBD se caracteriza por una actividad de GBE reducida o incluso normal. ^{[ 24 ]} En esta enfermedad, el glucógeno anormal puede acumularse en las neuronas, lo que conduce a un espectro de problemas. Específicamente, algunas características de la enfermedad son dificultades para caminar debido a la afectación mixta de las neuronas motoras superiores e inferiores, pérdida sensorial en las extremidades inferiores y vejiga neurógena , un problema en el que una persona carece de control de la vejiga debido a una afección cerebral, de la médula espinal o de los nervios. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

• Entrada de GeneReviews/NCBI/NIH/UW sobre la enfermedad de los cuerpos poliglucosanos en adultos.
• Entradas de OMIM sobre la enfermedad de los cuerpos poliglucosanos en adultos.
• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : Q04446 (enzima ramificadora de 1,4-α-glucano) en el PDBe-KB .