Fosfoglycerátkináza - Phosphoglycerate kinase
| Fosfoglycerátkináza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| EC číslo | 2.7.2.3 | ||||||||
| Číslo CAS | 9001-83-6 | ||||||||
| Databáze | |||||||||
| IntEnz | IntEnz pohled | ||||||||
| BRENDA | Vstup BRENDA | ||||||||
| EXPASY | Pohled NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Vstup KEGG | ||||||||
| MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB struktur | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Genová ontologie | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Fosfoglycerátkináza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura kvasinkové fosfoglycerátkinázy.[1] | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | PGK | ||||||||
| Pfam | PF00162 | ||||||||
| InterPro | IPR001576 | ||||||||
| STRÁNKA | PDOC00102 | ||||||||
| SCOP2 | 3pgk / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Fosfoglycerátkináza (ES 2.7.2.3 ) (PGK 1) je enzym který katalyzuje reverzibilní přenos fosfátové skupiny z 1,3-bisfosfoglycerát (1,3-BPG) na ADP produkující 3-fosfoglycerát (3-PG) a ATP :
- 1,3-bisfosfoglycerát + ADP ⇌ glycerát 3-fosfát + ATP
Jako všichni kinázy to je transferáza. PGK je hlavní enzym používaný v glykolýza, v prvním kroku generování ATP glykolytické dráhy. v glukoneogeneze, reakce katalyzovaná PGK probíhá v opačném směru, za vzniku ADP a 1,3-BPG.
U lidí dva isozymy PGK byly dosud identifikovány, PGK1 a PGK2. Izozymy mají 87-88% identických aminokyselina sekvenční identita a přestože jsou strukturálně a funkčně podobné, mají různé lokalizace: PGK2, kódované pomocí autosomální gen, je jedinečný pro meiotické a postmeiotické spermatogenní buňky, zatímco PGK1, kódované na X-chromozom, je všudypřítomně exprimován ve všech buňkách.[2]
Biologická funkce
PGK je přítomen ve všech živých organismech jako jeden ze dvou enzymů generujících ATP v glykolýze. V glukoneogenní dráze PGK katalyzuje reverzní reakci. Podle biochemické standardní podmínky, je upřednostňován glykolytický směr.[1]
V Calvinův cyklus v fotosyntetický organismy, PGK katalyzuje fosforylaci 3-PG, produkující 1,3-BPG a ADP, jako součást reakcí, které regenerují ribulóza-1,5-bisfosfát.
Uvádí se, že PGK vykazuje thiol reduktáza aktivita na plasmin, vedoucí k angiostatin tvorba, která inhibuje angiogeneze a nádor růst. Bylo také prokázáno, že se enzymu účastní replikace DNA a oprava v savčí buňce jádra.[3]
Ukázalo se, že lidský isozym PGK2, který je exprimován pouze během spermatogeneze, je nezbytný pro funkci spermií u myší.[4]
Interaktivní mapa cest
Kliknutím na geny, proteiny a metabolity níže můžete odkazovat na příslušné články.[§ 1]
- ^ Interaktivní mapu cest lze upravit na WikiPathways: „GlycolysisGluconeogenesis_WP534“.
Struktura
Přehled
PGK se nachází ve všech živých organismech a jeho sekvence byla vysoce konzervativní v průběhu evoluce. Enzym existuje jako 415-zbytek monomer obsahující dvě téměř stejně velké domény, které odpovídají N- a C-koncům proteinu.[5] 3-fosfoglycerát (3-PG) se váže na N-konec, zatímco nukleotidové substráty, MgATP nebo MgADP, se vážou na C-koncovou doménu enzymu. Tato rozšířená struktura dvou domén je spojena s velkými konformačními změnami typu „ohýbání závěsů“, podobné těm, které se nacházejí v hexokináza.[6] Dvě domény proteinu jsou odděleny rozštěpem a spojeny dvěma alfa-šroubovice.[2] V jádru každé domény je 6vláknová paralelka beta-list obklopen alfa helixy. Oba laloky jsou schopné skládat se samostatně, v souladu s přítomností meziproduktů na skládací cesta se složenou jednou doménou.[7][8] I když vazba na kterýkoli substrát spouští a konformační změna pouze k navázání obou substrátů dochází k uzavření domény, což vede k přenosu fosfátové skupiny.[2]
Enzym má tendenci existovat v otevřené konformaci s krátkými obdobími uzavření a katalýzy, které umožňují rychlé difúze substrátu a produktů prostřednictvím vazebných míst; otevřená konformace PGK je konformačně stabilnější v důsledku expozice a hydrofobní oblast proteinu po uzavření domény.[7]
Role hořčíku
Hořčík ionty jsou normálně v komplexu s fosfátovými skupinami nukleotidovými substráty PGK. Je známo, že při nedostatku hořčíku nedochází k žádné enzymové aktivitě.[9] The bivalentní kov pomáhá enzymu ligandy ve stínění záporných nábojů vázané fosfátové skupiny, což umožňuje nukleofilní útok nastat; tato stabilizace náboje je typickou charakteristikou fosfotransferové reakce.[10] Předpokládá se, že iont může také podporovat uzavření domény, když PGK naváže oba substráty.[9]
Mechanismus
Bez toho, aby byl vázán jakýkoli substrát, existuje PGK v „otevřeném“ konformace. Poté, co jsou jak trioza, tak nukleotidové substráty navázány na N- a C-terminální domény, dochází k rozsáhlému pohybu v ohybu, který přivede domény a jejich navázané substráty do těsné blízkosti a vede k „uzavřené“ konformaci.[11] Potom v případě dopředné glykolytické reakce zahájí beta-fosfát ADP a nukleofilní útok na 1-fosfátu 1,3-BPG. Lys219 na enzymu vede fosfátovou skupinu k substrátu.
PGK postupuje prostřednictvím stabilizovaného náboje přechodový stav který je upřednostňován před uspořádáním vázaného substrátu v uzavřeném enzymu, protože v přechodném stavu jsou všechny tři fosfátové kyslíky stabilizovány ligandy, na rozdíl od pouze dvou stabilizovaných kyslíků v počátečním vázaném stavu.[12]
V glykolytický cesta, 1,3-BPG je fosfát dárce a má vysoký potenciál přenosu fosforylu. PGK katalyzovaný přenos fosfátové skupiny z 1,3-BPG na ADP za vzniku ATP může pohánět oxidačně-uhlíkovou reakci předchozího glykolytického kroku (konverze glyceraldehyd-3-fosfát na 3-fosfoglycerát ).
Nařízení
Enzym je aktivován nízkými koncentracemi různých multivalentních aniontů, jako je pyrofosfát, síran, fosfát a citrát. Vysoké koncentrace MgATP a 3-PG aktivují PGK, zatímco Mg2 + při vysokých koncentracích nekompetitivně inhibuje enzym.[13]
PGK vykazuje širokou specificitu vůči nukleotidovým substrátům.[14] Jeho aktivita je inhibována salicyláty, které, jak se zdá, napodobují nukleotidový substrát enzymu.[15]
Ukázalo se, že makromolekulární vytěsňování zvyšuje aktivitu PGK jak v počítačových simulacích, tak v in vitro prostředí simulující interiér buňky; v důsledku shlukování se enzym stává enzymaticky aktivnějším a kompaktnějším.[5]
Relevance nemoci
Nedostatek fosfoglycerátkinázy (PGK) je X-vázaná recesivní vlastnost spojená s hemolytická anémie, duševní poruchy a myopatie u lidí[16][17] v závislosti na formě - existuje hemolytická forma a myopatická forma.[18] Vzhledem k tomu, že vlastnost je vázána na X, je obvykle plně vyjádřena u mužů, kteří mají jeden chromozom X; postižené ženy jsou obvykle asymptomatické.[2][17] Podmínka vyplývá z mutace v Pgk1 byl identifikován gen kódující PGK1 a dvacet mutací.[17][2] Na molekulární úrovni mutace v Pgk1 zhoršuje tepelnou stabilitu a inhibuje katalytickou aktivitu enzymu.[2] PGK je jediný enzym v bezprostřední glykolytické cestě kódovaný genem vázaným na X. V případě hemolytické anémie se nedostatek PGK vyskytuje v erytrocyty. V současné době neexistuje žádná definitivní léčba nedostatku PGK.[19]
Byla spojována nadměrná exprese PGK1 rakovina žaludku a bylo zjištěno, že zvyšuje invazivitu buněk rakoviny žaludku in vitro.[20] Enzym je vylučován nádor buněk a podílí se na angiogenním procesu, což vede k uvolnění angiostatin a inhibici růstu nádorových krevních cév.[3]
Vzhledem ke své široké specifičnosti vůči nukleotid je známo, že PGK se účastní fosforylace a aktivace HIV antiretrovirové léky, které jsou na bázi nukleotidů.[14][21]
Lidské isozymy
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Reference
- ^ A b Watson HC, Walker NP, Shaw PJ, Bryant TN, Wendell PL, Fothergill LA, Perkins RE, Conroy SC, Dobson MJ, Tuite MF (1982). "Pořadí a struktura kvasinkové fosfoglycerátkinázy". Časopis EMBO. 1 (12): 1635–40. doi:10.1002 / j.1460-2075.1982.tb01366.x. PMC 553262. PMID 6765200.
- ^ A b C d E F Chiarelli LR, Morera SM, Bianchi P, Fermo E, Zanella A, Galizzi A, Valentini G (2012). „Molekulární vhledy na patogenní účinky mutací způsobujících nedostatek fosfoglycerátkinázy“. PLOS ONE. 7 (2): e32065. doi:10.1371 / journal.pone.0032065. PMC 3279470. PMID 22348148.
- ^ A b Lay AJ, Jiang XM, Kisker O, Flynn E, Underwood A, Condron R, Hogg PJ (prosinec 2000). „Fosfoglycerátkináza působí v angiogenezi nádorů jako disulfidreduktáza“. Příroda. 408 (6814): 869–73. doi:10.1038/35048596. PMID 11130727. S2CID 4340557.
- ^ Danshina PV, Geyer CB, Dai Q, Goulding EH, Willis WD, Kitto GB, McCarrey JR, Eddy EM, O'Brien DA (leden 2010). „Fosfoglycerátkináza 2 (PGK2) je nezbytná pro funkci spermií a mužskou plodnost u myší“. Biologie reprodukce. 82 (1): 136–45. doi:10.1095 / biolreprod.109.079699. PMC 2802118. PMID 19759366.
- ^ A b Dhar A, Samiotakis A, Ebbinghaus S, Nienhaus L, Homouz D, Gruebele M, Cheung MS (říjen 2010). „Struktura, funkce a skládání fosfoglycerátkinázy jsou silně narušeny makromolekulárním shlukováním“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 107 (41): 17586–91. doi:10.1073 / pnas.1006760107. PMC 2955104. PMID 20921368.
- ^ Kumar S, Ma B, Tsai CJ, Wolfson H, Nussinov R (1999). "Skládací nálevky a konformační přechody pomocí pohybů v ohybu". Buněčná biochemie a biofyzika. 31 (2): 141–64. doi:10.1007 / BF02738169. PMID 10593256. S2CID 41924983.
- ^ A b Yon JM, Desmadril M, Betton JM, Minard P, Ballery N, Missiakas D, Gaillard-Miran S, Perahia D, Mouawad L (1990). "Flexibilita a skládání fosfoglycerátkinázy". Biochimie. 72 (6–7): 417–29. doi:10.1016 / 0300-9084 (90) 90066-p. PMID 2124145.
- ^ Zerrad L, Merli A, Schröder GF, Varga A, Gráczer É, Pernot P, Round A, Vas M, Bowler MW (duben 2011). „Pružinový uvolňovací mechanismus reguluje pohyb domény a katalýzu ve fosfoglycerátkináze“. The Journal of Biological Chemistry. 286 (16): 14040–8. doi:10.1074 / jbc.M110.206813. PMC 3077604. PMID 21349853.
- ^ A b Varga A, Palmai Z, Gugolya Z, Gráczer É, Vonderviszt F, Závodszky P, Balog E, Vas M (prosinec 2012). „Důležitost zbytků aspartátu při vyrovnávání flexibility a jemném doladění katalýzy lidské 3-fosfoglycerátkinázy“. Biochemie. 51 (51): 10197–207. doi:10.1021 / bi301194t. PMID 23231058.
- ^ Cliff MJ, Bowler MW, Varga A, Marston JP, Szabó J, Hounslow AM, Baxter NJ, Blackburn GM, Vas M, Waltho JP (květen 2010). "Přechodové analogové struktury lidské fosfoglycerátkinázy stanovují význam rovnováhy náboje při katalýze". Journal of the American Chemical Society. 132 (18): 6507–16. doi:10.1021 / ja100974t. PMID 20397725.
- ^ Banks, R. D .; Blake, C. C. F .; Evans, P. R .; Haser, R .; Rice, D. W .; Hardy, G. W .; Merrett, M .; Phillips, A. W. (28. června 1979). "Pořadí, struktura a aktivita fosfoglycerátkinázy: možný enzym ohýbající kloub". Příroda. 279 (5716): 773–777. doi:10.1038 / 279773a0. PMID 450128. S2CID 4321999.
- ^ Bernstein BE, Hol WG (březen 1998). „Krystalové struktury substrátů a produktů vázaných na aktivní místo fosfoglycerátkinázy odhalují katalytický mechanismus“. Biochemie. 37 (13): 4429–36. doi:10.1021 / bi9724117. PMID 9521762.
- ^ Larsson-Raźnikiewicz M (leden 1967). „Kinetické studie reakce katalyzované fosfoglycerátkinázou. II. Kinetické vztahy mezi 3-fosfoglycerátem, MgATP2- a aktivujícím kovovým iontem“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymologie. 132 (1): 33–40. doi:10.1016/0005-2744(67)90189-1. PMID 6030358.
- ^ A b Varga A, Chaloin L, Sági G, Sendula R, Gráczer E, Liliom K, Závodszky P, Lionne C, Vas M (červen 2011). „Zaměřuje se na nukleotidovou promiskuitu 3-fosfoglycerátkinázy: důsledky pro návrh lepších analogů anti-HIV“. Molekulární biosystémy. 7 (6): 1863–73. doi:10.1039 / c1mb05051f. PMID 21505655.
- ^ Larsson-Raźnikiewicz, Märtha; Wiksell, Eva (1. března 1978). "Inhibice fosfoglycerátkinázy salicyláty". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymologie. 523 (1): 94–100. doi:10.1016/0005-2744(78)90012-8. PMID 343818.
- ^ Yoshida A, Tani K (1983). "Abnormality fosfoglycerátkinázy: funkční, strukturální a genomické aspekty". Biomedica Biochimica Acta. 42 (11–12): S263-7. PMID 6689547.
- ^ A b C Beutler E (leden 2007). "Nedostatek PGK". British Journal of Hematology. 136 (1): 3–11. doi:10.1111 / j.1365-2141.2006.06351.x. PMID 17222195. S2CID 21111736.
- ^ NIH Genetics Home Reference
- ^ Rhodes M, Ashford L, Mánes B, Calder C, Domm J, Frangoul H (únor 2011). "Transplantace kostní dřeně při deficitu fosfoglycerátkinázy (PGK)". British Journal of Hematology. 152 (4): 500–2. doi:10.1111 / j.1365-2141.2010.08474.x. PMID 21223252. S2CID 37605904.
- ^ Zieker D, Königsrainer I, Tritschler I, Löffler M, Beckert S, Traub F, Nieselt K, Bühler S, Weller M, Gaedcke J, Taichman RS, Northoff H, Brücher BL, Königsrainer A (březen 2010). „Fosfoglycerátkináza 1 propagující enzym pro peritoneální diseminaci u rakoviny žaludku“. International Journal of Cancer. 126 (6): 1513–20. doi:10.1002 / ijc.24835. PMC 2811232. PMID 19688824.
- ^ Gallois-Montbrun S, Faraj A, Seclaman E, Sommadossi JP, Deville-Bonne D, Véron M (listopad 2004). "Široká specificita lidské fosfoglycerátkinázy pro antivirové nukleosidové analogy". Biochemická farmakologie. 68 (9): 1749–56. doi:10.1016 / j.bcp.2004.06.012. PMID 15450940.
externí odkazy
- Fosfoglycerát + kináza v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
- Ilustrace na arizona.edu
ATP ADP ATP ADP + + 2 ×  2 ×  2 × 3-fosfoglycerát 2 ×  2 × 2-fosfoglycerát 2 ×  2 × Fosfoenolpyruvát 2 ×  ADP ATP 2 × Pyruvát 2 ×  |
