A piruvát-kináz (PYK) az az enzim, amely a glikolitikus út utolsó lépését katalizálja, amely magában foglalja a foszfoenolpiruvát (PEP) egyik molekulájának foszfátcsoportjának visszafordíthatatlan átadását az ADP molekulájához, ami egy molekula szintézisét eredményezi. ATP és egy másik piruvsav vagy piruvát.
Az így előállított piruvát később részt vesz különféle katabolikus és anabolikus (bioszintézis) folyamatokban: dekarboxilezhető acetil-CoA előállításához, karboxilezve oxaloacetát előállításához, transzaminizálva alanyin előállításához, oxidálva tejsav előállításához, vagy szintézis céljából glükoneogenezisbe irányítható. szőlőcukor.
A piruvát-kináz enzim által katalizált reakció (Forrás: Noah Salzman a Wikimedia Commons segítségével)
Mivel részt vesz a glikolízisben, ez az enzim nagyon fontos számos organizmus szénhidrát-anyagcseréjéhez, egysejtű és többsejtű, amelyek ezt a fő katabolikus módszert használják az energia előállításához.
Az energiatermelés szempontjából szigorúan a glikolízistől függő sejtekre példa az emlős vörösvértestek sejtjei, amelyeknél az ebben az útban részt vevő enzimek hiánya jelentősen negatív hatással lehet.
Szerkezet
Az emlősökben a piruvát-kináz enzim négy izoformáját írták le:
- PKM1, az izmokra jellemző
- PKM2, csak magzatokban (ugyanazon messenger RNS alternatív feldolgozásának mindkét terméke)
- PKL, jelen van a májban és
- PKR, jelen van az eritrocitákban (mindkettőt ugyanaz a gén, a PKLR kódolja, de a különböző promóterek átírják).
A természetben lévő különféle piruvát-kináz enzimek szerkezetére végzett elemzések (ideértve az emlősökből származó négy enzimet is) nagy hasonlóságot mutatnak az általános szerkezetben, valamint az aktív hely felépítése és a szabályozó mechanizmusok szempontjából.
Általános értelemben ez egy enzim, amelynek molekulatömege 200 kDa, amelyet egy tetramer szerkezet jellemez, amely 4 azonos fehérjeegységből áll, legalább 50 vagy 60 kDa, és mindegyikük 4 doméntel rendelkezik, nevezetesen:
- Kicsi spirális domén az N-terminális végén (hiányzik a bakteriális enzimekben)
- Egy „ A ” domén, amelyet 8 hajtogatott β lap és 8 α helikil topológiája azonosít
- " B " domén, beillesztve a 3-as számú hajtogatott béta lap és az "A" tartomány 3. alfa-hélix száma közé
- " C " domén, amelynek α + β topológiája van
A piruvát-kináz enzim molekuláris szerkezete (Forrás: Jawahar Swaminathan és az MSD munkatársai az Európai Bioinformatikai Intézetben a Wikimedia Commonn keresztül)
Három helyet detektáltak a különböző organizmusok piruvát-kináz-tetramereiben: az aktív hely, az effektor hely és az aminosav kötő hely. Ezen enzimek aktív helye az A és B domének között helyezkedik el, a C doménhez tartozó "effektor hely" közelében.
A tetramerben a C domének "kicsi" felületet alkotnak, míg az A domének nagyobb felületet képeznek.
Funkció
Mint már említettük, a piruvát-kináz a glikolitikus út utolsó lépését katalizálja, azaz egy foszfátcsoport átvitelét a foszfoenolpiruvátból (PEP) egy ADP-molekulához, hogy ATP-t és egy piruvát- vagy piruvsavmolekulát állítson elő.
Az enzim által katalizált reakciótermékek rendkívül fontosak a különféle anyagcsere-körülmények között. A piruvát különféle módon használható:
- Aerob körülmények között, azaz oxigén jelenlétében ez használható a piruvát dehidrogenáz komplex néven ismert enzim szubsztrátjának, dekarboxilezéséhez és acetil-CoA-ba konvertálásához, egy molekula, amely beléphet a Krebs-ciklusba a mitokondriumokban vagy részt vesz más anabolikus utakban, például a zsírsav-bioszintézisben.
- oxigén vagy anaerobiosis hiányában a piruvatot a laktátdehidrogenáz enzim felhasználhatja tejsav előállítására (oxidáció) "tej fermentáció" néven ismert eljárással.
- Ezen túlmenően a piruvát a glükoneogenezis során glükózzá, alanyin-transzaminázzal alaninná, a piruvát-karboxilázzal oxaloacetáttá, stb.
Fontos megjegyezni, hogy az enzim által katalizált reakcióban az ATP nettó szintézise is megtörténik, amely a glikolízisnek felel meg, 2 molekula piruvátot és 2 molekulát ATP-t termelve minden glükózmolekula számára.
Ennélfogva ebből a szempontból a piruvát-kináz enzim alapvető szerepet játszik a sejtek metabolizmusának sok szempontjából, annyira, hogy számos humán kórokozó terápiás célpontjaként alkalmazzák, amelyek közül számos protozoa különbözik.
Szabályozás
A piruvát-kináz a sejtek metabolizmusának szempontjából rendkívül fontos enzim, mivel ez képezi az utolsó vegyületet, amely a glükóz-katabolizmus útvonalából származik: a piruvát.
Amellett, hogy a glikolitikus úton a három leginkább szabályozott enzim közé tartozik (a másik kettő a hexokináz (HK) és a foszfofruktokináz (PFK)), a piruvát-kináz nagyon fontos enzim az anyagcserének és a termelés szabályozásában ATP mennyiségét glikolízissel végezzük.
A foszfoenolpiruvát, az egyik szubsztrátja (homotróp szabályozás), valamint más mono- és difoszforilált cukrok aktiválja, bár szabályozása a figyelembe vett izoenzim típusától függ.
Egyes tudományos szövegek azt sugallják, hogy ennek az enzimnek a szabályozása a "több domain" architektúrájától is függ, mivel úgy tűnik, hogy aktivációja az alegységek doménjeinek bizonyos forgásaitól és az aktív hely geometriájának megváltozásától függ.
Sok szervezetnél a piruvát-kináz alloszterikus aktiválása a fruktóz-1,6-biszfoszfáttól (F16BP) függ, ám ez nem igaz a növényi enzimekre. Más enzimeket szintén ciklikus AMP és glükóz-6-foszfát aktivál.
Ezenkívül kimutatták, hogy a legtöbb vizsgált piruvát-kináz aktivitása nagymértékben függ egyértékű ionok, például kálium (K +) és kétértékű ionok, például magnézium (Mg + 2) és mangán (Mn + 2) jelenlététől.).
Gátlás
A piruvát-kinázt elsősorban a fiziológiás alloszterikus effektorok gátolják, így ezek a folyamatok jelentős különbségeket mutatnak különböző fajok között, sőt, ugyanazon organizmus sejt- és szövettípusai között.
Sok emlősnél a glukagon, az epinefrin és a cAMP gátló hatást gyakorol a piruvát-kináz aktivitásra, és ezeket az inzulin ellensúlyozhatja.
Bebizonyosodott továbbá, hogy egyes aminosavak, például a fenilalanin, az agyban enzim kompetitív inhibitoraiként működhetnek.
Irodalom
- Morgan, HP, Zhong, W., McNae, IW, Michels, PA, Fothergill-Gilmore, LA és Walkinshaw, MD (2014). A piruvát-kinázok szerkezete evolúciósan eltérő alloszterikus stratégiákat mutat. A Royal Society nyitott tudománya, 1 (1), 140120.
- Schormann, N., Hayden, KL, Lee, P., Banerjee, S., és Chattopadhyay, D. (2019). A piruvát kinázok szerkezetének, működésének és szabályozásának áttekintése. Fehérjetudomány.
- Valentini, G., Chiarelli, L., Fortin, R., Speranza, ML, Galizzi, A., és Mattevi, A. (2000). A piruvát-kináz alloszterikus szabályozása A helyspecifikus mutagenezis vizsgálata. Journal of Biological Chemistry, 275 (24), 18145-18152.
- Valentini, G., Chiarelli, LR, Fortin, R., Dolzan, M., Galizzi, A., Abraham, DJ,… és Mattevi, A. (2002). Az emberi vörösvértest-piruvát-kináz felépítése és működése A nem-sferocitikus hemolitikus anaemia molekuláris alapjai. Journal of Biological Chemistry, 277 (26), 23807-23814.
- Israelsen, WJ, és Vander Heiden, MG (2015, július). Piruvát-kináz: funkció, szabályozás és szerepe a rákban. A sejt- és fejlődési biológia szemináriumaiban (43. kötet, 43–51. Oldal). Academic Press.