글리코젠 탈분지효소

2. 기능

글리코젠 탈분지 효소는 인산화효소와 함께 글리코겐 분해와 포도당 동원에 기능한다. 인산화효소가 글리코겐 가지를 분해하여 4개의 포도당 잔기로 만들면 더 이상 잔기를 제거하지 못한다. 글리코젠 탈분지 효소는 글리코겐 분해에 관여하는 주요 효소인 인산화효소가 글리코겐 저장소를 동원하는 것을 돕는다. 인산화효소는 글리코겐 내 인접한 포도당 분자 사이의 α-1,4-글리코시드 결합만을 절단할 수 있지만, 가지는 α-1,6 결합으로도 존재한다. 인산화효소가 분지점으로부터 4개의 잔기에 도달하면 절단을 멈춘다. 잔기 중 10개 중 1개가 분지되어 있기 때문에 인산화효소만으로는 글리코겐 저장소 동원이 충분하지 않다.^[4][18] 인산화효소가 이화 작용을 재개하기 전에 탈분지 효소는 두 가지 기능을 수행한다.

• 4-α-D-글루칸 전이 효소(4-α-D-glucanotransferase^영어), 또는 글루코실전이효소는 4개의 잔기 글리코겐 가지에서 3개의 포도당 잔기를 근처의 가지로 옮긴다. 이는 α-1,6 글리코시드 결합을 통해 포도당 사슬에 결합된 단일 포도당 잔기를 노출시킨다.^[4]

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  아밀로-α-1,6-글루코시다제(amylo-α-1,6-glucosidase^영어), 또는 글루코시다제는 남아있는 α-1,6 결합을 절단하여 포도당과 선형 글리코겐 사슬을 생성한다.^[4] 글루코시다제가 α-1,6-결합을 절단하는 메커니즘은 활성 부위의 아미노산이 아직 확인되지 않아 완전히 알려지지 않았다. 이는 옥소카르베늄 이온 중간체와 포도당 내 구조 유지를 통해 두 단계의 산-염기 보조 유형 메커니즘을 거치는 것으로 생각된다.^[23] 이것은 결합을 절단하는 일반적인 방법으로, 가수 분해 부위 아래의 산이 양성자를 제공하고, 위에 있는 염기가 물을 탈양성자화하여 친핵체 역할을 할 수 있다. 이러한 산과 염기는 효소의 활성 부위에 있는 아미노산 측쇄이다.^[19]

3. 구조

대장균(*Escherichia coli*) 및 기타 세균에서 글루코실전달효소와 글루코시다제 기능은 두 개의 별개의 단백질에 의해 수행된다. 대장균에서 포도당 전달은 malQ 유전자에 의해 암호화된 78.5 kDa 단백질인 4-알파-글루칸전달효소에 의해 수행된다.^[14] α-1,6-포도당 절단을 수행하는 두 번째 단백질은 탈분지효소라고 하며, 이 효소는 분자량 73.6 kDa이며 glgX 유전자에 의해 암호화된다.^[13] 두 효소의 활성은 항상 반드시 결합되는 것은 아니다. 대장균에서 glgX는 글루칸전달효소의 작용 없이 4-서브유닛 가지의 절단을 선택적으로 촉매한다. 이 절단의 산물인 말토테트라오스는 말토덱스트린 포스포릴라제에 의해 추가로 분해된다.^[2][5]

대장균 GlgX는 이소아밀라아제 단백질과 구조적으로 유사하다. 단량체 단백질은 8개의 평행한 베타 가닥이 8개의 평행한 알파 가닥으로 둘러싸인 중심 도메인을 포함한다. 이 구조 내에서 주목할 만한 것은 길이가 26Å이고 폭이 9Å인 홈으로, 절단 전에 4-포도당 가지를 안정화시키는 것으로 생각되는 방향족 잔기를 포함한다.^[2]

고세균 ''Sulfolobus solfataricus''의 글리코겐 분해 효소인 treX는 아밀로시다제와 글루칸전달효소의 두 가지 활성에 단일 활성 부위를 사용하는 흥미로운 예이다. TreX는 glgX와 구조적으로 유사하며 80 kDa의 질량과 하나의 활성 부위를 갖는다.^[11][12] 그러나 glgX와 달리 treX는 용액에서 이량체 및 사량체로 존재한다. TreX의 올리고머 형태는 효소 모양과 기능을 모두 변경하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 이량체화는 활성 부위에 가까이 위치한 "유연한 루프"를 안정화시키는 것으로 생각된다. 이것은 treX(glgX가 아닌)가 글루코실전달효소 활성을 보이는 이유를 설명하는 데 핵심이 될 수 있다. 사량체로서 treX의 촉매 효율은 이량체 형태보다 4배 증가한다.^[2][15]

포유류와 효모에서 단일 효소가 두 가지 탈분지 기능을 모두 수행한다.^[6] 인간 글리코젠 탈분지 효소(유전자: AGL)는 분자량 175 kDa의 단량체이다. AGL의 두 가지 촉매 작용은 서로 독립적으로 작용할 수 있으며, 이는 여러 활성 부위가 존재함을 보여준다. 이러한 생각은 활성 부위 억제제인 폴리하이드록시아민과 같은 물질로 강화되었는데, 이 물질은 글루코시다아제 활성을 억제하는 반면 트랜스퍼라아제 활성은 측정 가능한 변화가 없었다.^[9] 글리코겐 탈분지 효소는 여러 촉매 부위를 포함하고 단량체로 활성화되는 유일한 알려진 진핵생물 효소이다.^[7][8]

일부 연구에 따르면 효모 GDE의 C-말단 절반은 글루코시다아제 활성과 관련이 있는 반면 N-말단 절반은 글루코실트랜스퍼라아제 활성과 관련이 있다.^[6] 이러한 두 개의 활성 부위 외에도 AGL은 글리코겐 중합체에 결합할 수 있는 세 번째 활성 부위를 포함하는 것으로 보인다.^[10] 아래의 그림은 사슬의 6개 포도당 분자와 분지된 포도당에 결합하여 활성 부위 내 7개의 소단위에 해당한다고 생각되는 결합 위치를 나타낸다.^[1]

''칸디다 글라브라타''(Candida glabrata) GDE의 구조가 보고되었다.^[1] 이 구조는 GDE 내의 별개의 도메인이 글루칸트랜스퍼라아제 및 글루코시다아제 활성을 암호화한다는 것을 보여주었다. 그들의 촉매 작용은 각각 알파-아밀라아제 및 글루코아밀라아제와 유사하다. 그들의 활성 부위는 각 기질에 선택적이어서 GDE의 적절한 활성화를 보장한다. 활성 부위 외에도 GDE는 글리코겐에 대한 추가 결합 부위를 가지고 있으며, 이는 글리코겐으로의 모집에 중요하다. 질병 유발 돌연변이를 GDE 구조에 매핑하여 글리코겐 저장 질환 III형에 대한 통찰력을 얻었다.