UDP-Glykogensynthase
Die UDP-Glykogensynthase (Gen: GYS) ist die beim Menschen, Tieren und Pilzen vorkommende Glykogensynthase, ein Enzym, das für den Aufbau von Glykogen im Stoffwechsel unentbehrlich ist. Zwei Isoformen sind bekannt, die Muskel-Glykogensynthase (Gen: GYS1) und die Leber-Glykogensynthase (GYS2). Mutationen an den GYS-Genen können erblichen Glykogensynthasemangel, und damit die sehr seltene Glykogenspeicherkrankheit vom Typ 0 verursachen.[1]
| Muskel-Glykogensynthase | ||
|---|---|---|
| Eigenschaften des menschlichen Proteins | ||
| Masse/Länge Primärstruktur | 737 Aminosäuren | |
| Bezeichner | ||
| Gen-Name | GYS1 | |
| Externe IDs | ||
| Enzymklassifikation | ||
| EC, Kategorie | 2.4.1.11, Glycosyltransferase | |
| Reaktionsart | Übertragung eines Glycosylrests | |
| Substrat | UDP-Glucose + (1,4-α-D-Glycosyl)n | |
| Produkte | UDP + (1,4-α-D-Glycosyl)n+1 | |
| Vorkommen | ||
| Homologie-Familie | Glykogensynthase | |
| Übergeordnetes Taxon | Bilateria, Fungi | |
| Leber-Glykogensynthase | ||
|---|---|---|
| Eigenschaften des menschlichen Proteins | ||
| Masse/Länge Primärstruktur | 701 Aminosäuren | |
| Bezeichner | ||
| Gen-Name | GYS2 | |
| Externe IDs | ||
| Vorkommen | ||
| Homologie-Familie | Hovergen | |
Funktion
Hauptaufgabe dieses regulierten Schlüsselenzyms des Glykogenstoffwechsel ist die Polymerisation von Glucose in α-1-4-glykosidischer Bindung. Dies geschieht im vorletzten Schritt der Glykogensynthese. Dabei wird unter Abspaltung von UDP UDP-Glucose (gebildet aus UTP und Glucose) endständig an bereits vorhandene Glykogenketten angehängt. Letztere sind Voraussetzung für die Reaktion und werden durch Initiierungsschritte durch das Glykogenin („priming glucosyltransferase“) bereitgestellt. Eine Polymerisation an freier, nicht an Glykogeninketten fixierter Glucose findet nicht statt.
Regulation
Regulation durch Phosphorylierung
Die Regulation der Glykogen-Synthase findet, wie bei fast allen wichtigen Schlüsselenzymen des Stoffwechsels, durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung statt. Im Falle der Glykogensynthase geschieht dies durch den Insulin-/Glucagonspiegel, der über eine G-Protein-Kaskade die Bereitstellung eines Second Messengers zur Folge hat. Hierdurch werden entsprechende Kinasen oder Phosphatasen aktiviert, die zur Phosphorylierung bzw. Dephosphorylierung von Enzymen führen. Hierbei gilt: Phosphorylierung durch Kinasen führt zu beschränkter Enzymaktivität und Dephosphorylierung durch Phosphatasen zur vollständigen Enzymaktivität.
Die konkreten Einzelreaktionen sind: Insulin deaktiviert Glykogensynthase-Kinase 3, die im Ruhezustand die Glykogensynthase phosphoryliert. Dephosphoryliert wird sie durch die Proteinphosphatase 1 (PP1). Inwieweit diese PP1-Aktivität durch Insulin beeinflusst wird, ist nach wie vor unklar.[2][3][4][5][6] Glucagon dagegen aktiviert Proteinkinase A, die die Glykogen-Synthase phosphoryliert.
Partielle Aktivität
Die Glykogensynthase ist in ihrer phosphorylierten Form nicht vollständig inaktiviert. Vielmehr besitzt sie eine konzentrationsabhängige Aktivität. Durch eine hohe Konzentration an Glucose-6-phosphat wird sie partiell aktiviert.
Einzelnachweise
- UniProt P54840
- Roach PJ, Takeda Y, Larner J: Rabbit skeletal muscle glycogen synthase. I. Relationship between phosphorylation state and kinetic properties. In: J. Biol. Chem. 251. Jahrgang, Nr. 7, April 1976, S. 1913–9, PMID 818081.
- Frame S, Cohen P: GSK3 takes centre stage more than 20 years after its discovery. In: Biochem. J. 359. Jahrgang, Pt 1, Oktober 2001, S. 1–16, PMID 11563964, PMC 1222116 (freier Volltext) – (biochemj.org [PDF]).
- Ceulemans H, Bollen M: Functional diversity of protein phosphatase-1, a cellular economizer and reset button. In: Physiol. Rev. 84. Jahrgang, Nr. 1, Januar 2004, S. 1–39, doi:10.1152/physrev.00013.2003, PMID 14715909.
- Delibegovic M, Armstrong CG, Dobbie L, Watt PW, Smith AJ, Cohen PT: Disruption of the striated muscle glycogen targeting subunit PPP1R3A of protein phosphatase 1 leads to increased weight gain, fat deposition, and development of insulin resistance. In: Diabetes. 52. Jahrgang, Nr. 3, März 2003, S. 596–604, PMID 12606498.
- Suzuki Y, Lanner C, Kim JH, et al: Insulin control of glycogen metabolism in knockout mice lacking the muscle-specific protein phosphatase PP1G/RGL. In: Mol. Cell. Biol. 21. Jahrgang, Nr. 8, April 2001, S. 2683–94, doi:10.1128/MCB.21.8.2683-2694.2001, PMID 11283248, PMC 86899 (freier Volltext).