Pyruvaattikinaasia (PYK) on entsyymi, joka katalysoi viimeinen vaihe glykolyyttisen reitin, joka liittyy peruuttamattomaan siirron fosfaattiryhmän yhden molekyylin fosfoenolipyruvaatin (PEP) on ADP-molekyyliä, mikä johtaa synteesi molekyylin ATP: tä ja toinen pyruviinihappoa tai pyruvaattia.
Näin valmistettu pyruvaatti osallistuu myöhemmin erilaisiin katabolisiin ja anabolisiin (biosynteettisiin) reitteihin: se voidaan dekarboksyloida tuottamaan asetyyli-CoA: ta, karboksyloida tuottamaan oksaloasetaattia, transaminaatista tuottaa alaniinia, hapettaa tuottamaan maitohappoa tai se voidaan suunnata glukoneogeneesiin synteesiä varten glukoosi.
Entsyymi-pyruvaattikinaasin katalysoima reaktio (Lähde: Noah Salzman Wikimedia Commonsin kautta)
Koska tämä entsyymi osallistuu glykolyysiin, se on erittäin tärkeä monien, yksisoluisten ja monisoluisten organismien hiilihydraattimetabolialle, jotka käyttävät tätä pääkatabolisena reitinä energian saamiseksi.
Esimerkki soluista, jotka ovat energian tuottamiseksi tiukasti glykolyysiä, on nisäkkäiden erytrosyytit, joille minkä tahansa tällä reitillä mukana olevan entsyymin puutoksella voi olla huomattavasti kielteisiä vaikutuksia.
Rakenne
Nisäkkäillä on kuvattu neljä pyruvaattikinaasientsyymin isoformia:
- PKM1, tyypillinen lihaksille
- PKM2, vain sikiöissä (molemmat saman messenger-RNA: n vaihtoehtoisen prosessoinnin tuotteet)
- PKL, jota esiintyy maksassa ja
- PKR, läsnä punasoluissa (molemmat koodaavat samaa geeniä, PKLR, mutta transkriptoivat eri promoottorit).
Luonnossa olevien erilaisten pyruvaattikinaasientsyymien (mukaan lukien nämä 4 nisäkkäistä) rakenteelle suoritetut analyysit osoittavat kuitenkin suurta samankaltaisuutta yleisessä rakenteessa, samoin kuin aktiivisen paikan arkkitehtuurin ja säätelymekanismien suhteen.
Yleisesti ottaen se on entsyymi, jonka molekyylipaino on 200 kDa, jolle on tunnusomaista tetrameerinen rakenne, joka koostuu 4 identtisestä proteiiniyksiköstä, enemmän tai vähemmän 50 tai 60 kDa, ja jokaisella on 4 domeenia, nimittäin:
- pieni kierteinen domeeni N-terminaalisessa päässä (puuttuu bakteeri-entsyymeissä)
- ” A ” -domeeni, tunnistettu topologisesti 8 taitettua β-arkkia ja 8 α-heliksiä
- " B " -domeeni, asetettu taitetun beeta-arkin numero 3 ja "A" -alfa-heeliksin numero 3 väliin
- " C " -domeeni, jolla on a + β-topologia
Pyruvaattikinaasientsyymin molekyylirakenne (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)
Eri organismien pyruvaattikinaasitetrameereissä on havaittu kolme kohtaa: aktiivinen kohta, efektoripaikka ja aminohappojen sitoutumiskohta. Näiden entsyymien aktiivinen kohta sijaitsee domeenien A ja B välissä "efektorikohdan" läheisyydessä, joka kuuluu domeeniin C.
Tetrameerissä C-domeenit muodostavat "pienen" rajapinnan, kun taas A-domeenit muodostavat suuremman rajapinnan.
toiminto
Kuten jo mainittiin, pyruvaatti-kinaasi katalysoi viimeistä vaihetta glykolyyttisessä reitissä, ts. Fosfaattiryhmän siirtämistä fosfoenolipyruvaatista (PEP) ADP-molekyyliin ATP: n ja pyruvaatin tai pyruviinihappomolekyylin tuottamiseksi.
Tämän entsyymin katalysoimat reaktion tuotteet ovat erittäin tärkeitä erilaisissa metabolisissa tilanteissa. Pyruvaattia voidaan käyttää eri tavoin:
- Aerobisissa olosuhteissa, ts. Hapen läsnä ollessa, tätä voidaan käyttää substraattina entsyymille, joka tunnetaan pyruvaattidehydrogenaasikompleksina, dekarboksyloidaan ja muunnetaan asetyyli-CoA: ksi, molekyyliksi, joka voi päästä Krebs-sykliin mitokondrioissa tai osallistua muihin anabolisiin reitteihin, kuten esimerkiksi rasvahappojen biosynteesiin.
- Hapen tai anaerobioosin puuttuessa, laktaattidehydrogenaasi-entsyymi voi käyttää pyruvaattia maitohapon tuottamiseksi (hapettuminen) prosessilla, joka tunnetaan nimellä "maitohappokäyminen".
- Lisäksi pyruvaatti voidaan muuntaa glukoosiksi glukoneogeneesin kautta, alaniiniksi alaniinitransaminaasin kautta, oksaloasetaatiksi pyruvaattikarboksylaasin kautta jne.
On tärkeätä muistaa, että tämän entsyymin katalysoimassa reaktiossa tapahtuu myös ATP: n nettosynteesi, jonka osuus on glykolyysi, tuottaen 2 molekyyliä pyruvaattia ja 2 molekyyliä ATP kutakin glukoosimolekyyliä kohti.
Siksi tästä näkökulmasta pyruvaattikinaasientsyymi on perustavanlaatuinen rooli monissa solun metabolian näkökohdissa, niin paljon, että sitä käytetään terapeuttisena kohteena monille ihmisen patogeeneille, joista useita alkueläimiä erottuu.
Säätö
Pyruvaattikinaasi on erittäin tärkeä entsyymi solujen aineenvaihdunnan kannalta, koska se muodostaa viimeisen yhdisteen, joka johtuu glukoosin katabolismireitistä: pyruvaatti.
Sen lisäksi, että pyruvaattikinaasi on yksi kolmesta säänneltyimmästä entsyymistä koko glykolyyttisellä reitillä (kaksi muuta ovat heksokinaasi (HK) ja fosfofruktokinaasi (PFK)), se on erittäin tärkeä entsyymi aineenvaihdunnan ja tuotannon hallitsemiseksi. ATP: n määrää glykolyysiin.
Sitä aktivoi fosfoenolipyruvaatti, yksi sen substraateista (homotrooppinen säätely), samoin kuin muut mono- ja difosforyloidut sokerit, vaikka sen säätely riippuu tarkastellun isoentsyymin tyypistä.
Jotkut tieteelliset tekstit viittaavat siihen, että tämän entsyymin säätely riippuu myös sen "monidomeenin" arkkitehtuurista, koska sen aktivoituminen näyttää riippuvan tietyistä alayksiköiden domeenien kiertoista ja aktiivisen paikan geometrian muutoksista.
Monien organismien pyruvaattikinaasin allosteerinen aktivaatio on riippuvainen fruktoosi-1,6-bisfosfaatista (F16BP), mutta tämä ei pidä paikkaansa kasvientsyymeissä. Muut entsyymit aktivoidaan myös syklisellä AMP: llä ja glukoosi-6-fosfaatilla.
Lisäksi on osoitettu, että useimpien tutkittujen pyruvaattikinaasien aktiivisuus riippuu suuresti yksiarvoisten ionien, kuten kalium (K +), ja kahdenarvoisten ionien, kuten magnesiumin (Mg + 2) ja mangaanin (Mn + 2) läsnäolosta.).
esto
Pyruvaattikinaasia estävät pääasiassa fysiologiset allosteeriset efektorit, joten nämä prosessit vaihtelevat huomattavasti eri lajien välillä ja jopa saman organismin solutyyppien ja kudosten välillä.
Monilla nisäkkäillä glukagonilla, epinefriinillä ja cAMP: llä on estäviä vaikutuksia pyruvaattikinaasiaktiivisuuteen, vaikutukset, jotka insuliini voi torjua.
Lisäksi on osoitettu, että jotkut aminohapot, kuten fenyylialaniini, voivat toimia tämän entsyymin kilpailevina estäjinä aivoissa.
Viitteet
- Morgan, HP, Zhong, W., McNae, IW, Michels, PA, Fothergill-Gilmore, LA, ja Walkinshaw, MD (2014). Pyruvaatti-kinaasien rakenteilla on evoluutioerot eroavat allosteeriset strategiat. Royal Society: n avoin tiede, 1 (1), 140120.
- Schormann, N., Hayden, KL, Lee, P., Banerjee, S., ja Chattopadhyay, D. (2019). Katsaus pyruvaattikinaasien rakenteeseen, toimintaan ja säätelyyn. Proteiinitiede.
- Valentini, G., Chiarelli, L., Fortin, R., Speranza, ML, Galizzi, A., & Mattevi, A. (2000). Pyruvaattikinaasin allosteerinen säätely A-kohdennettu mutageneesitutkimus. Journal of Biological Chemistry, 275 (24), 18145-18152.
- Valentini, G., Chiarelli, LR, Fortin, R., Dolzan, M., Galizzi, A., Abraham, DJ,… ja Mattevi, A. (2002). Ihmisen erytrosyyttien pyruvaattikinaasin rakenne ja toiminta Ei-sferosyyttisen hemolyyttisen anemian molekyylipohja. Journal of Biological Chemistry, 277 (26), 23807 - 233814.
- Israelsen, WJ, ja Vander Heiden, MG (2015, heinäkuu). Pyruvaattikinaasi: toiminta, säätely ja rooli syövässä. Solu- ja kehitysbiologian seminaareissa (osa 43, s. 43-51). Academic Press.