Den pyruvatkinas ( PYK ) är det enzym som katalyserar det sista steget i den glykolytiska vägen, som innebär irreversibel överföring av fosfatgruppen av en molekyl av fosfoenolpyruvat (PEP) till en molekyl av ADP, vilket resulterar i syntesen av en molekyl av ATP och en annan av pyruvinsyra eller pyruvat.
Det så producerade pyruvatet deltar därefter i olika kataboliska och anabola (biosyntetiska) vägar: det kan dekarboxyleras för att producera acetyl-CoA, karboxyleras för att producera oxaloacetat, transamineras för att producera alanin, oxideras för att producera mjölksyra eller det kan riktas mot glukoneogenes för syntes glukos.
Reaktion katalyserad av enzymet pyruvat-kinas (Källa: Noah Salzman via Wikimedia Commons)
Eftersom det deltar i glykolys är detta enzym mycket viktigt för kolhydratmetabolismen hos många organismer, unicellulära och multicellulära, som använder detta som den huvudsakliga kataboliska vägen för att få energi.
Ett exempel på celler som strikt är beroende av glykolys för energiproduktion är den hos erytrocyter från däggdjur, för vilka en brist i någon av de enzymer som är involverade i denna väg kan ha betydande negativa effekter.
Strukturera
Fyra isoformer av pyruvatkinasenzym har beskrivits hos däggdjur:
- PKM1 , typisk för muskler
- PKM2 , endast i fostret (båda produkterna av alternativ behandling av samma messenger RNA)
- PKL , närvarande i levern och
- PKR , närvarande i erytrocyter (båda kodade av samma gen, PKLR, men transkriberade av olika promotorer).
Emellertid visar analyserna på strukturen för de olika pyruvat-kinas-enzymerna i naturen (inklusive dessa 4 från däggdjur) en stor likhet i den allmänna strukturen såväl som med avseende på arkitekturen för det aktiva stället och regleringsmekanismerna.
I allmänna termer är det ett enzym med en molekylvikt av 200 kDa, kännetecknad av en tetramerisk struktur bestående av 4 identiska proteinenheter, av mer eller mindre 50 eller 60 kDa, och var och en med 4 domäner, nämligen:
- En liten spiralformad domän vid den N-terminala änden (frånvarande i bakterieenzymer)
- En " A " -domän , identifierad med en topologi med 8 vikta β-ark och 8 α-helices
- En " B " -domän , införd mellan vikta betablad nummer 3 och alfa-helix nummer 3 för domän "A"
- En " C " -domän som har en a + ß-topologi
Molekylstruktur för pyruvat-kinas-enzymet (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Tre ställen har detekterats i pyruvat-kinasetetramrar från olika organismer: det aktiva stället, effektorstället och aminosyrabindningsstället. Det aktiva stället för dessa enzymer är beläget mellan domänerna A och B, i närheten av "effektorstället", som tillhör domän C.
I tetramer bildar C-domänerna ett "litet" gränssnitt, medan A-domänerna utgör ett större gränssnitt.
Fungera
Som redan diskuterats katalyserar pyruvatkinas det sista steget i den glykolytiska vägen, det vill säga överföringen av en fosfatgrupp från fosfoenolpyruvat (PEP) till en ADP-molekyl för att producera ATP och en pyruvat- eller pyruvinsyramolekyl.
Produkterna från den reaktion som katalyseras av detta enzym är av yttersta vikt för olika metaboliska sammanhang. Pyruvat kan användas på olika sätt:
- Under aeroba förhållanden, det vill säga i närvaro av syre, kan detta användas som ett substrat för ett enzym som kallas pyruvat-dehydrogenas-komplexet, som ska dekarboxyleras och omvandlas till acetyl-CoA, en molekyl som kan gå in i Krebs-cykeln i mitokondrierna. eller delta i andra anabola vägar såsom fettsyrabiosyntes, till exempel.
- I frånvaro av syre eller anaerobios kan pyruvat användas av enzymet laktatdehydrogenas för att producera mjölksyra (oxidation) genom ett förfarande som kallas "mjölkfermentering".
- Dessutom kan pyruvat omvandlas till glukos genom glukoneogenes, till alanin genom alanintransaminas, till oxaloacetat genom pyruvatkarboxylas, etc.
Det är viktigt att komma ihåg att i den reaktion som katalyseras av detta enzym, inträffar även nettosyntesen av ATP, vilket står för glykolys, vilket producerar 2 pyruvatmolekyler och 2 ATP-molekyler för varje glukosmolekyl.
Ur detta perspektiv spelar sålunda pyruvat-kinas-enzymet en grundläggande roll i många aspekter av cellulär metabolism, så mycket att det används som ett terapeutiskt mål för många mänskliga patogener, bland vilka flera protozoer sticker ut.
förordning
Pyruvat-kinas är ett extremt viktigt enzym ur cellulär metabolism, eftersom det är det som bildar den sista föreningen som är resultatet av glukoskatabolismvägen: pyruvat.
Förutom att vara ett av de tre mest reglerade enzymerna i hela den glykolytiska vägen (de andra två är hexokinas (HK) och fosfofruktokinas (PFK)) är pyruvat-kinas ett mycket viktigt enzym för kontroll av metaboliskt flöde och produktion av ATP genom glykolys.
Det aktiveras av fosfoenolpyruvat, ett av dess underlag (homotropisk reglering), liksom av andra mono- och difosforylerade sockerarter, även om dess reglering beror på vilken typ av isoenzym som beaktas.
Vissa vetenskapliga texter antyder att regleringen av detta enzym också beror på dess "multidomain" -arkitektur, eftersom dess aktivering verkar bero på vissa rotationer i domänerna för underenheterna och på förändringar i den aktiva platsens geometri.
För många organismer är allosterisk aktivering av pyruvatkinas beroende av fruktos 1,6-bisfosfat (F16BP), men detta är inte sant för växtenszymer. Andra enzymer aktiveras också av cyklisk AMP och glukos 6-fosfat.
Dessutom har det visats att aktiviteten hos de flesta av de studerade pyruvat-kinaserna är mycket beroende av närvaron av monovalenta joner såsom kalium (K +) och tvåvärda joner såsom magnesium (Mg + 2) och mangan (Mn + 2). ).
Hämning
Pyruvat-kinas hämmas huvudsakligen av fysiologiska allosteriska effektorer, så dessa processer varierar avsevärt mellan olika arter och till och med mellan celler och vävnader av samma organisme.
Hos många däggdjur har glukagon, epinefrin och cAMP hämmande effekter på pyruvat-kinasaktivitet, effekter som kan motverkas med insulin.
Vidare har det visat sig att vissa aminosyror, såsom fenylalanin, kan fungera som konkurrerande hämmare för detta enzym i hjärnan.
referenser
- Morgan, HP, Zhong, W., McNae, IW, Michels, PA, Fothergill-Gilmore, LA, & Walkinshaw, MD (2014). Strukturer av pyruvatkinaser visar evolutionärt avvikande allosteriska strategier. Royal Society open science, 1 (1), 140120.
- Schormann, N., Hayden, KL, Lee, P., Banerjee, S., & Chattopadhyay, D. (2019). En översikt över struktur, funktion och reglering av Pyruvat-kinaser. Protein Science.
- Valentini, G., Chiarelli, L., Fortin, R., Speranza, ML, Galizzi, A., & Mattevi, A. (2000). Allosterisk reglering av pyruvat-kinas En platsriktad mutagenesstudie. Journal of Biologisk kemi, 275 (24), 18145-18152.
- Valentini, G., Chiarelli, LR, Fortin, R., Dolzan, M., Galizzi, A., Abraham, DJ, … & Mattevi, A. (2002). Struktur och funktion hos mänsklig erytrocytpyruvat-kinas Molekylär bas av icke-ferocytisk hemolytisk anemi. Journal of Biologisk kemi, 277 (26), 23807-23814.
- Israelsen, WJ, & Vander Heiden, MG (2015, juli). Pyruvat-kinas: funktion, reglering och roll i cancer. I seminarier i cell- och utvecklingsbiologi (Vol. 43, sid. 43-51). Academic Press.