A enzima glicogênio sintase catalisa a formação de ligações glicosídicas α-1,4 através da transferência de resíduos glicosil da UDP-glicose a extremidades não redutoras de uma cadeia pré-existente. Esta proteína é amplamente distribuída nas células animais, embora sua regulação seja melhor entendida nos tecidos hepático e muscular. Glicogênio sintase foi a terceira enzima mostrada ser regulada por fosforilação reversível [57]. Em mamíferos, duas isoformas foram descritas e seus cDNAs foram clonados [58, 59] A maior parte dos tecidos
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expressa a isoforma de músculo enquanto a isoforma de fígado é expressa, exclusivamente, neste tecido. As isoformas de músculo e fígado compartilham cerca de 70% de identidade entre si [58]. As enzimas glicogênio sintases de músculo humano e de coelho [60] possuem 97% de identidade, o que sugere que a mesma isoforma em diferentes organismos é mais conservada do que diferentes isoformas do mesmo organismo. A expressão simultânea de ambas isoformas em um mesmo tecido ou célula não foi relatada até o momento.
Em microganismos, diversos genes codificando para glicogênio sintase de diferentes bactérias foram identificados. As enzimas glicogênio sintases bacterianas apresentam pouca similaridade de seqüência com as demais glicogênio sintases e diferem pelo fato de usarem ADP-glicose como substrato [61]. Em S. cerevisiae, dois genes (Gsy1 e Gsy2) codificam para duas proteínas glicogênio sintases, as quais possuem 50% de identidade às proteínas de mamíferos [62, 63] e são diferentemente reguladas [63]. Um gene codificando para GS em Dyctiostelium discoideum também foi isolado e caracterizado [64], e recentemente, o cDNA codificando para o ortólogo da glicogênio sintase no fungo N. crassa foi isolado em nosso laboratório e alguns mecanismos de regulação deste gene foram estudados [65].
Em solução, glicogênio sintase de músculo e de fígado se comportam como tetrâmeros formados por subunidades com peso molecular ao redor de 85 kDa [66]. Um trabalho descrevendo a purificação da glicogênio sintase de N. crassa relata a formação de um homo-
[59] Browner, M. F.; Nakano, K.; Bang, A. G. and Fletterick, R. J. (1989) Human muscle glycogen synthase cDNA sequence: a negatively charged protein with an asymmetric charge distribution, Proc.
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trímero [67]. Apesar de tais informações, pouco é conhecido sobre a estrutura terciária desta enzima uma vez que nenhuma estrutura cristalina foi determinada até o momento.
De um modo geral, todas as enzimas glicogênio sintases tão relativamente bem conservadas nas regiões centrais e apresentam as maiores divergências seqüenciais nas regiões amino- e carboxi-terminais, justamente as regiões onde estão contidos os sítios de fosforilação regulatórios. Os resíduos de aminoácidos Lys38 e Lys300 da enzima de músculo de coelho foram mostrados estar envolvidos na ligação do substrato UDP-glicose [68]. O resíduo Lys38 está contido dentro do “motif” KVGG. Um “motif” semelhante (RVGG) está presente nas enzimas Gsy1p e Gsy2p de S. cerevisiae [62, 63] assim como na enzima GSN de N. crassa [65].
Estudos sobre o controle da expressão dos genes codificando para enzimas glicogênio sintase foram descritos apenas em S. cerevisiae [69] e N. crassa [65]. Nenhum estudo mostrando o controle da expressão das isoformas de mamíferos é disponível. De um modo geral, todas proteínas glicogênio sintases de eucariotos são fortemente reguladas por reações de fosforilação reversíveis e por alosterismo através da ação do modulador glicose-6-fosfato. Esta enzima existe em duas formas: a forma a (desfosforilada) apresenta atividade completa na ausência ou presença de G-6-P e a forma b (com diferentes níveis de fosforilação) possui pouca atividade, embora esta possa ser completamente restaurada na presença de G-6-P. Os sítios regulatórios, os quais constituem alvos para as reações de fosforilação estão localizados tanto nas regiões amino- como carboxi-terminais da proteína. Tais sítios são reversivelmente modificados pela ação de diferentes proteínas quinases e fosfatases, cujos mecanismos de atuação serão discutidos adiante. A figura 4 mostra um esquema ilustrando o controle da enzima glicogênio sintase por proteínas quinases e fosfatases.
A síntese global da molécula de glicogênio se completa pela ação da enzima ramificadora do glicogênio, a qual adiciona os pontos de ramificação da molécula. Isso é feito pela quebra de segmentos da cadeia oligossacarídica e transferência para uma cadeia lateral pela formação das ligações α-1,6 [70]. A ação da enzima ramificadora não representa um papel limitante para a síntese de glicogênio, embora defeitos nesta proteína de humanos leve ao
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Figura 4- Controle da atividade glicogênio sintase por reações de fosforilação reversíveis e
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aparecimento da doença de armazenamento de glicogênio do tipo IV, caracterizada pela formação anormal de moléculas de glicogênio pouco ramificadas [24].