Pyruvate kināzes ( PYK ) ir ferments, kas katalizē pēdējais solis glycolytic ceļā, kas ietver neatgriezenisku nodošanu fosfāta grupas viena molekula fosfenolpiruvāta (PEP) uz molekulu ADP, kā rezultātā sintēzē molekulā ATP un vēl viena pirūnskābes vai piruvāta.
Šādi iegūtais piruvats pēc tam piedalās dažādos kataboliskos un anaboliskajos (biosintētiskajos) veidos: to var dekarboksilēt, lai iegūtu acetil-CoA, karboksilēt, lai iegūtu oksaloacetātu, transaminēt, lai iegūtu alanīnu, oksidēt, lai iegūtu pienskābi, vai arī to var virzīt uz glikoneoģenēzi sintēzei. glikoze.
Enzīma piruvāta kināzes katalizētā reakcija (Avots: Noa Salzman, izmantojot Wikimedia Commons)
Tā kā šis enzīms piedalās glikolīzē, tas ir ļoti svarīgs daudzu vienšūnu un daudzšūnu organismu ogļhidrātu metabolismam, kas to izmanto kā galveno katabolisko ceļu enerģijas iegūšanai.
Šūnu piemērs, kas enerģijas iegūšanai ir stingri atkarīgs no glikolīzes, ir zīdītāju eritrocīti, kuriem jebkura šajā ceļā iesaistītā fermenta deficīts var radīt ievērojamas negatīvas sekas.
Uzbūve
Zīdītājiem ir aprakstītas četras piruvāta kināzes enzīma izoformas:
- PKM1 , tipisks muskuļiem
- PKM2 , tikai augļiem (abi vienas un tās pašas kurjera RNS alternatīvas apstrādes produkti)
- PKL , kas atrodas aknās un
- PKR , kas atrodas eritrocītos (abus kodē viens un tas pats gēns, PKLR, bet ko transkribē dažādi promotori).
Tomēr analīzes, kas veiktas dažādu piruvāta kināzes enzīmu struktūrā dabā (ieskaitot šos četrus no zīdītājiem), parāda lielu līdzību vispārējā struktūrā, kā arī attiecībā uz aktīvās vietas arhitektūru un regulējošajiem mehānismiem.
Vispārīgi runājot, tas ir enzīms ar molekulmasu 200 kDa, kam raksturīga tetrameriskā struktūra, kas sastāv no 4 identiskām olbaltumvielu vienībām, vairāk vai mazāk 50 vai 60 kDa, un katrai no tām ir 4 domēni, proti:
- neliels spirālveida domēns N-gala galā (nav baktēriju enzīmos)
- “ A ” domēns , ko identificē ar topoloģiju, kurā ir 8 salocītas β loksnes un 8 α spirāles
- domēns " B ", kas ievietots starp salocītās beta lapas Nr. 3 un "domēna" alfa spirāles numuru 3
- " C " domēns , kuram ir α + β topoloģija
Piruvāta kināzes enzīma molekulārā struktūra (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā, izmantojot Wikimedia Commons)
Dažādu organismu piruvāta kināzes tetrameros ir atklātas trīs vietas: aktīvā vieta, efektora vietne un aminoskābju saistošā vieta. Šo fermentu aktīvā vieta atrodas starp domēniem A un B, "efektora vietas" tuvumā, kas pieder pie C domēna.
Tetramerā C domēni veido "mazu" saskarni, bet A domēni veido lielāku saskarni.
Funkcija
Kā jau tika apspriests, piruvāta kināze katalizē pēdējo soli glikolītiskajā ceļā, tas ir, fosfātu grupas pārnešanu no fosfoenolpiruvāta (PEP) uz ADP molekulu, lai iegūtu ATP un piruvāta vai piruva skābes molekulu.
Reakcijas produkti, ko katalizē šis enzīms, ir ārkārtīgi svarīgi dažādās vielmaiņas situācijās. Piruvātu var izmantot dažādos veidos:
- Aerobos apstākļos, tas ir, skābekļa klātbūtnē, to var izmantot kā substrātu fermentam, kas pazīstams kā piruvāta dehidrogenāzes komplekss, lai dekarboksilētu un pārveidotu acetil-CoA - molekulā, kas mitohondrijos var iekļūt Krebsa ciklā. vai piedalīties citos anaboliskos ceļos, piemēram, taukskābju biosintēzē.
- Ja nav skābekļa vai anaerobiozes, fermentu laktāta dehidrogenāzi var izmantot piruvātu, lai iegūtu pienskābi (oksidāciju), izmantojot procesu, ko sauc par “pienskābo fermentāciju”.
- Turklāt piruvātu var pārveidot par glikozi glikoneoģenēzes ceļā, par alanīnu caur alanīna transamināzi, par oksaloacetātu caur piruvāta karboksilāzi utt.
Svarīgi atcerēties, ka reakcijā, ko katalizē šis enzīms, notiek arī ATP tīrā sintēze, kas tiek ņemta vērā glikolīzei, iegūstot 2 molekulas piruvāta un 2 molekulas ATP katrai glikozes molekulai.
Tādējādi no šī viedokļa piruvāta kināzes enzīmam ir būtiska loma daudzos šūnu metabolisma aspektos, tik daudz, ka to izmanto kā terapeitisko mērķi daudziem cilvēku patogēniem, starp kuriem izceļas vairāki vienšūņi.
Regula
Piruvāta kināze ir ārkārtīgi svarīgs enzīms no šūnu metabolisma viedokļa, jo tas ir viens, kas veido pēdējo savienojumu, kas rodas no glikozes katabolisma ceļa: piruvāts.
Piruvāta kināze ir ne tikai viens no trim visvairāk regulētajiem enzīmiem visā glikolītiskajā ceļā (pārējie divi ir heksokināze (HK) un fosfofruktokināze (PFK)), bet arī ļoti svarīgs enzīms metabolisma plūsmas un ražošanas kontrolei. glikolīzes rezultātā.
To aktivizē fosfoenolpiruvāts, viens no tā substrātiem (homotropā regulēšana), kā arī citi mono- un difosforilētie cukuri, kaut arī tā regulēšana ir atkarīga no attiecīgā izoenzīma veida.
Daži zinātniskie teksti liecina, ka šī enzīma regulēšana ir atkarīga arī no tā "daudzdomēnu" arhitektūras, jo šķiet, ka tā aktivizācija ir atkarīga no dažām apakšvienību domēnu rotācijām un no aktīvās vietas ģeometrijas izmaiņām.
Daudziem organismiem piruvāta kināzes allosteriskā aktivācija ir atkarīga no fruktozes 1,6-bisfosfāta (F16BP), bet tas neattiecas uz augu fermentiem. Citus enzīmus aktivizē arī ciklisks AMP un glikozes 6-fosfāts.
Turklāt ir pierādīts, ka vairuma pētīto piruvānkināžu aktivitāte ir ļoti atkarīga no monovalentu jonu, piemēram, kālija (K +), un divvērtīgu jonu, piemēram, magnija (Mg + 2) un mangāna (Mn + 2), klātbūtnes. ).
Inhibēšana
Piruvāta kināzi galvenokārt kavē fizioloģiski allosteriski efektori, tāpēc šie procesi ievērojami atšķiras dažādās sugās un pat starp viena un tā paša organisma šūnu un audu veidiem.
Daudziem zīdītājiem glikagonam, epinefrīnam un cAMP ir nomācoša iedarbība uz piruvāta kināzes aktivitāti - iedarbību, kuru var neitralizēt insulīns.
Turklāt ir pierādīts, ka dažas aminoskābes, piemēram, fenilalanīns, smadzenēs var darboties kā konkurējoši šī fermenta inhibitori.
Atsauces
- Morgan, HP, Zhong, W., McNae, IW, Michels, PA, Fothergill-Gilmore, LA, & Walkinshaw, MD (2014). Piruvatu kināžu struktūrām ir evolucionāri atšķirīgas allosteriskās stratēģijas. Karaliskās biedrības atvērtā zinātne, 1 (1), 140120.
- Schormann, N., Hayden, KL, Lee, P., Banerjee, S., & Chattopadhyay, D. (2019). Piruvāta kināžu struktūras, funkcijas un regulācijas pārskats. Olbaltumvielu zinātne.
- Valentini, G., Chiarelli, L., Fortin, R., Speranza, ML, Galizzi, A., & Mattevi, A. (2000). Piruvāta kināzes allosteriskā regulēšana Vietnes līmeņa mutaģenēzes pētījums. Journal of Biological Chemistry, 275 (24), 18145-18152.
- Valentīni, G., Čiarelli, LR, Fortins, R., Dolzāns, M., Galizzi, A., Ābrahāms, DJ,… un Mattevi, A. (2002). Cilvēka eritrocītu piruvāta kināzes uzbūve un darbība Nesterohemiskās hemolītiskās anēmijas molekulārā bāze. Journal of Biological Chemistry, 277 (26), 23807-23814.
- Israelsen, WJ un Vander Heiden, MG (2015, jūlijs). Piruvāta kināze: funkcija, regulēšana un loma vēža gadījumā. Semināros šūnu un attīstības bioloģijā (43. sēj., 43.-51. Lpp.). Akadēmiskā prese.