Piruvato kinazės ( PYK ) yra fermentas, kuris katalizuoja paskutinį žingsnį į glikolizinių būdo, kuris apima negrįžtamą pervedimą fosfato grupės vienos molekulės fosfoenolpiruvato (PEP) į ADP molekulę, ir gaunamas molekulės sintezės ATP ir kitos piruvo rūgšties arba piruvato.
Tokiu būdu pagamintas piruvatas vėliau dalyvauja įvairiuose kataboliniuose ir anaboliniuose (biosintetiniuose) keliuose: jis gali būti dekarboksilintas, kad gautų acetil-CoA, karboksilintas, kad gautų oksaloacetatą, transaminato, kad gautų alaniną, oksiduotas, kad gautų pieno rūgštį, arba gali būti nukreiptas į gliukoneogenezę sintezei. gliukoze.
Fermento piruvato kinazės katalizuojama reakcija (Šaltinis: Nojus Salzmanas per „Wikimedia Commons“)
Šis fermentas, dalyvaujantis glikolizėje, yra labai svarbus daugelio organizmų, vienaląsčių ir daugialąsčių, angliavandenių apykaitai. Šie fermentai naudojami kaip pagrindinis katabolinis būdas energijai gauti.
Ląstelių, griežtai priklausomų nuo glikolizės, energijos gamybai pavyzdys yra žinduolių eritrocitai, kuriems bet kurio iš šiame kelyje dalyvaujančių fermentų trūkumas gali turėti reikšmingą neigiamą poveikį.
Struktūra
Žinduoliams buvo aprašytos keturios fermento piruvato kinazės izoformos:
- PKM1 , būdingas raumenims
- PKM2 , tik vaisiams (abu to paties pasiuntinio RNR alternatyvaus apdorojimo produktai)
- PKL , esantis kepenyse ir
- PKR , esantis eritrocituose (abu juos koduoja tas pats genas PKLR, bet juos transkribuoja skirtingi promotoriai).
Tačiau atlikus skirtingų gamtoje esančių piruvatkinazės fermentų struktūros analizę (įskaitant šiuos 4 iš žinduolių), struktūros analizė rodo didelį panašumą į aktyviosios vietos struktūrą ir reguliavimo mechanizmus.
Apskritai tai yra fermentas, kurio molekulinė masė yra 200 kDa, kuriam būdinga tetramerinė struktūra, susidedanti iš 4 vienodų baltymų vienetų, daugiau ar mažiau 50 arba 60 kDa, ir kiekvienas iš jų su 4 domenais, būtent:
- Mažas spiralinis domenas N-gale (nėra bakterijų fermentų)
- „ A “ sritis , identifikuojama pagal 8 sulankstytų β lakštų ir 8 α spiralių topologiją
- „ B “ domenas , įterptas tarp sulankstyto „beta“ numerio 3 ir „A“ domeno alfa spiralės Nr. 3
- „ C “ domenas , turintis α + β topologiją
Piruvato kinazės fermento molekulinė struktūra (Šaltinis: Jawahar Swaminathan ir MSD darbuotojai Europos bioinformatikos institute per „Wikimedia Commons“)
Įvairių organizmų piruvato kinazės tetrameruose buvo aptiktos trys vietos: aktyvioji vieta, efektoriaus ir aminorūgščių surišimo vieta. Šių fermentų aktyvioji vieta yra tarp A ir B sričių, netoli „efektoriaus vietos“, kuri priklauso C sričiai.
Tetramere C domenai sudaro „mažą“ sąsają, tuo tarpu A domenai sudaro didesnę sąsają.
Funkcija
Kaip jau aptarta, piruvato kinazė katalizuoja paskutinį glikolitinio kelio žingsnį, tai yra, fosfato grupės perkėlimą iš fosfoenolpiruvato (PEP) į ADP molekulę, kad susidarytų ATP ir piruvato arba piruvato rūgšties molekulė.
Šio fermento katalizuojami reakcijos produktai yra nepaprastai svarbūs skirtinguose metaboliniuose kontekstuose. Piruvatą galima naudoti įvairiais būdais:
- Aerobinėmis sąlygomis, tai yra, esant deguoniui, jis gali būti naudojamas kaip fermento, žinomo kaip piruvato dehidrogenazės kompleksas, substratas, kuris turi būti dekarboksilintas ir paverčiamas acetil-CoA - molekule, kuri gali patekti į Krebso ciklą mitochondrijose. arba dalyvauti kituose anaboliniuose keliuose, pavyzdžiui, riebalų rūgščių biosintezėje.
- Nesant deguonies ar anaerobiozės, piruvatą fermentas laktato dehidrogenazė gali naudoti pieno rūgščiai gauti (oksidacijai), vadinamai pieno rūgimo fermentacija.
- Be to, piruvatas gali būti paverstas gliukoze per gliukoneogenezę, į alaniną per alanino transaminazę, į oksaloacetatą per piruvato karboksilazę ir kt.
Svarbu atsiminti, kad šio fermento katalizuojamoje reakcijoje taip pat vyksta grynoji ATP sintezė, kuriai priskiriama glikolizė, kiekvienai gliukozės molekulei gaminant 2 piruvatų molekules ir 2 ATP molekules.
Taigi, žvelgiant iš šios perspektyvos, piruvato kinazės fermentas vaidina pagrindinį vaidmenį daugelyje ląstelių metabolizmo aspektų, tiek, kad jis naudojamas kaip terapinis taikinys daugeliui žmogaus patogenų, tarp kurių išsiskiria keli pirmuonys.
Reglamentas
Piruvato kinazė yra nepaprastai svarbus fermentas ląstelių metabolizmo požiūriu, nes ji yra tas, kuris sudaro paskutinį junginį, atsirandantį dėl gliukozės katabolizmo kelio: piruvato.
Piruvato kinazė yra ne tik vienas iš trijų labiausiai reguliuojamų fermentų visame glikolitiniame kelyje (kiti du yra heksokinazė (HK) ir fosfofruktokinazė (PFK)), bet ir labai svarbus fermentas metabolizmo srautui ir gamybai kontroliuoti. ATP kiekis per glikolizę.
Jį aktyvina fosfoenolpiruvatas, vienas iš jo substratų (homotropinis reguliavimas), taip pat kiti mono- ir difosforilinti cukrūs, nors jo reguliavimas priklauso nuo nagrinėjamo izofermento tipo.
Kai kurie moksliniai tekstai rodo, kad šio fermento reguliavimas taip pat priklauso nuo jo „daugiadomenio“ architektūros, nes atrodo, kad jo aktyvacija priklauso nuo tam tikrų poskyrių subvienetų srityse ir nuo aktyviosios vietos geometrijos pokyčių.
Daugeliui organizmų allosterinis piruvato kinazės aktyvavimas priklauso nuo fruktozės 1,6-bisfosfato (F16BP), tačiau tai netaikoma augalų fermentams. Kiti fermentai taip pat aktyvuojami cikliniu AMP ir gliukozės 6-fosfatu.
Be to, buvo įrodyta, kad daugumos tirtų piruvato kinazių aktyvumas labai priklauso nuo monovalentiškų jonų, tokių kaip kalio (K +), ir dvivalenčių jonų, tokių kaip magnis (Mg + 2) ir mangano (Mn + 2), buvimo. ).
Slopinimas
Piruvato kinazę daugiausia slopina fiziologiniai alosteriniai efektoriai, todėl šie procesai labai skiriasi skirtingoms rūšims ir netgi skirtingoms to paties organizmo ląstelių ir audinių rūšims.
Daugeliui žinduolių gliukagonas, epinefrinas ir cAMP slopina piruvato kinazės aktyvumą. Tokį poveikį gali neutralizuoti insulinas.
Be to, buvo įrodyta, kad kai kurios amino rūgštys, tokios kaip fenilalaninas, smegenyse gali veikti kaip konkurenciniai šio fermento inhibitoriai.
Nuorodos
- Morgan, HP, Zhong, W., McNae, IW, Michels, PA, Fothergill-Gilmore, LA, ir Walkinshaw, MD (2014). Piruvato kinazių struktūros rodo evoliuciškai skirtingas allosterines strategijas. Karališkosios draugijos atvirasis mokslas, 1 (1), 140120.
- Schormann, N., Hayden, KL, Lee, P., Banerjee, S., & Chattopadhyay, D. (2019). Piruvato kinazių struktūros, funkcijos ir reguliavimo apžvalga. Baltymų mokslas.
- Valentini, G., Chiarelli, L., Fortin, R., Speranza, L. L., Galizzi, A., ir Mattevi, A. (2000). Allosterinis piruvato kinazės reguliavimas. Vietos mutagenezės tyrimas. Biologinės chemijos žurnalas, 275 (24), 18145–18152.
- Valentini, G., Chiarelli, LR, Fortin, R., Dolzan, M., Galizzi, A., Abraham, DJ,… ir Mattevi, A. (2002). Žmogaus eritrocitų piruvato kinazės struktūra ir funkcijos Nesteroheminės hemolizinės anemijos molekulinė bazė. Journal of Biological Chemistry, 277 (26), 23807-23814.
- „Israelsen“, WJ ir Vanderis Heidenas, MG (2015 m., Liepa). Piruvato kinazė: funkcija, reguliavimas ir vaidmuo sergant vėžiu. Ląstelių ir raidos biologijos seminaruose (43 tomas, p. 43-51). Akademinė spauda.