Piruvat kinaz ( PYK ), bir molekülün sentezine yol, ADP bir moleküle fosfoenolpiruvat (TSP) bir molekül fosfat grubunun geri dönüşü olmayan transferini içerir glikolitik yolun son adımı katalize enzimdir ATP ve başka bir pirüvik asit veya piruvat.
Bu şekilde üretilen piruvat daha sonra çeşitli katabolik ve anabolik (biyosentetik) yollara katılır: asetil-CoA üretmek için dekarboksilatlanabilir, oksaloasetat üretmek için karboksilatlanabilir, alanin üretmek için transaminat, laktik asit üretmek için oksitlenebilir veya sentez için glukoneojenez'e yönlendirilebilir. glikoz.
Enzim piruvat kinaz tarafından katalize edilen reaksiyon (Kaynak: Noah Salzman, Wikimedia Commons aracılığıyla)
Glikolize katıldığı için bu enzim, enerji elde etmek için ana katabolik yol olarak bunu kullanan tek hücreli ve çok hücreli birçok organizmanın karbonhidrat metabolizması için çok önemlidir.
Enerji üretimi için kesinlikle glikolize bağımlı olan hücrelere bir örnek, memeli eritrositlerininki olup, bu yolda yer alan enzimlerin herhangi birinde bir eksiklik önemli ölçüde olumsuz etkilere sahip olabilir.
yapı
Piruvat kinaz enziminin dört izoformu memelilerde tarif edilmiştir:
- PKM1 , kaslarda tipik
- PKM2 , sadece fetüslerde (aynı mesajcı RNA'nın alternatif işlemenin her iki ürünü)
- PKL , karaciğerde bulunur ve
- Eritrositlerde bulunan PKR (her ikisi de aynı gen, PKLR tarafından kodlanır, ancak farklı destekleyiciler tarafından kopyalanır).
Bununla birlikte, doğadaki farklı piruvat kinaz enzimlerinin yapısı (memelilerden elde edilen bu 4 dahil) üzerinde yapılan analizler, genel yapının yanı sıra, aktif bölgenin mimarisi ve düzenleyici mekanizmalar açısından da büyük benzerlik göstermektedir.
Genel anlamda, moleküler ağırlığı 200 kDa olan bir enzim olup, 4 özdeş protein ünitesinden oluşan, 50 veya 60 kDa'dan oluşan ve her biri 4 alan içeren bir tetramerik yapı ile karakterize edilir:
- N-terminal ucunda küçük bir sarmal alan (bakteriyel enzimlerde yoktur)
- 8 katlanmış β yaprak ve 8 α sarmalından oluşan bir topoloji ile tanımlanan bir " A " alanı
- Katlanmış 3 numaralı beta sayfa ile "A" alanının 3 numaralı alfa sarmalının arasına yerleştirilmiş bir " B " alanı
- α + β topolojisine sahip bir " C " alanı
Piruvat kinaz enziminin moleküler yapısı (Kaynak: Jawahar Swaminathan ve Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü'ndeki MSD personeli, Wikimedia Commons aracılığıyla)
Farklı organizmalardan alınan piruvat kinaz tetramerlerinde üç bölge tespit edilmiştir: aktif bölge, efektör saha ve amino asit bağlanma sahası. Bu enzimlerin aktif sahası, C alanına ait olan "efektör site" nin yakınında, A ve B alanları arasında yer alır.
Tetramerde, C alanları "küçük" bir arayüz oluştururken, A alanları daha büyük bir arayüz oluşturur.
fonksiyon
Daha önce tartışıldığı gibi piruvat kinaz, glikolitik yoldaki son adımı, yani bir fosfat grubunun fosfoenolpiruvattan (PEP) bir ADP molekülüne transferini ATP ve bir piruvat veya pirüvik asit molekülü üretmek üzere katalize eder.
Bu enzim tarafından katalize edilen reaksiyon ürünleri, farklı metabolik bağlamlar için son derece önemlidir. Piruvat farklı şekillerde kullanılabilir:
- Aerobik koşullar altında, yani oksijen varlığında, bu, piruvat dehidrojenaz kompleksi olarak bilinen, dekarboksillenecek ve mitokondride Krebs döngüsüne girebilen bir molekül olan asetil-CoA'ya dönüştürülecek bir enzim için bir substrat olarak kullanılabilir. veya örneğin yağlı asit biyosentezi gibi diğer anabolik yollara katılabilir.
- Oksijen veya anaerobiyozun yokluğunda, piruvat laktat dehidrojenaz enzimi tarafından "laktik fermantasyon" olarak bilinen bir işlemle laktik asit (oksidasyon) üretmek için kullanılabilir.
- Ek olarak, piruvat, glikoneojenez yoluyla glikoza, alanin transaminaz yoluyla alanine, piruvat karboksilaz yoluyla oksaloasetata dönüştürülebilir.
Bu enzim tarafından katalize edilen reaksiyonda, glikolizden sorumlu olan, her glikoz molekülü için 2 piruvat molekülü ve 2 ATP molekülü üreten net ATP sentezinin de meydana geldiğini hatırlamak önemlidir.
Dolayısıyla, bu perspektiften bakıldığında, piruvat kinaz enzimi, hücresel metabolizmanın birçok yönünde temel bir rol oynar, öyle ki, aralarında birkaç protozoanın öne çıktığı birçok insan patojeni için terapötik bir hedef olarak kullanılır.
düzenleme
Piruvat kinaz, hücresel metabolizma açısından son derece önemli bir enzimdir, çünkü glikoz katabolizma yolundan kaynaklanan son bileşiği oluşturan piruvattır.
Piruvat kinaz, tüm glikolitik yolda en çok düzenlenen üç enzimden biri olmasının yanı sıra (diğer ikisi heksokinaz (HK) ve fosfofruktokinazdır (PFK)), piruvat kinaz metabolik akış ve üretimin kontrolü için çok önemli bir enzimdir. ATP'nin glikoliz yoluyla.
Regülasyonu dikkate alınan izoenzim tipine bağlı olmasına rağmen, substratlarından biri olan fosfoenolpiruvat (homotropik düzenleme) ve diğer mono- ve difosforile şekerler tarafından aktive edilir.
Bazı bilimsel metinler, bu enzimin düzenlenmesinin aynı zamanda "çoklu alan" mimarisine de bağlı olduğunu öne sürmektedir, çünkü aktivasyonu, alt birimlerin alanlarındaki bazı rotasyonlara ve aktif bölgenin geometrisindeki değişikliklere bağlı gibi görünmektedir.
Pek çok organizma için, piruvat kinazın allosterik aktivasyonu fruktoz 1,6-bifosfata (F16BP) bağlıdır, ancak bu bitki enzimleri için geçerli değildir. Diğer enzimler de siklik AMP ve glikoz 6-fosfat tarafından aktive edilir.
Ek olarak, incelenen piruvat kinazların çoğunun aktivitesinin, potasyum (K +) gibi tek değerlikli iyonların ve magnezyum (Mg + 2) ve manganez (Mn + 2) gibi iki değerlikli iyonların varlığına büyük ölçüde bağlı olduğu gösterilmiştir. ).
İnhibisyon
Piruvat kinaz esas olarak fizyolojik allosterik efektörler tarafından engellenir, bu nedenle bu işlemler, farklı türler arasında ve hatta aynı organizmanın hücre türleri ve dokuları arasında önemli ölçüde değişiklik gösterir.
Birçok memelide, glukagon, epinefrin ve cAMP, piruvat kinaz aktivitesi üzerinde önleyici etkilere sahiptir, bu etkiler insülin tarafından engellenebilir.
Ayrıca, fenilalanin gibi bazı amino asitlerin beyindeki bu enzim için rekabetçi inhibitörler olarak hareket edebildiği kanıtlanmıştır.
Referanslar
- Morgan, HP, Zhong, W., McNae, IW, Michels, PA, Fothergill-Gilmore, LA ve Walkinshaw, MD (2014). Piruvat kinazların yapıları evrimsel olarak farklı allosterik stratejiler sergiler. Royal Society açık bilim, 1 (1), 140120.
- Schormann, N., Hayden, KL, Lee, P., Banerjee, S., & Chattopadhyay, D. (2019). Piruvat Kinazların Yapısı, İşlevi ve Düzenlenmesine Genel Bir Bakış. Protein Bilimi.
- Valentini, G., Chiarelli, L., Fortin, R., Speranza, ML, Galizzi, A. ve Mattevi, A. (2000). Piruvat kinazın allosterik regülasyonu A bölgeye yönelik mutagenez çalışması. Biyolojik Kimya Dergisi, 275 (24), 18145-18152.
- Valentini, G., Chiarelli, LR, Fortin, R., Dolzan, M., Galizzi, A., Abraham, DJ,… & Mattevi, A. (2002). İnsan eritrosit piruvat kinazın yapısı ve işlevi. Nonferositik hemolitik aneminin moleküler temeli. Biyolojik Kimya Dergisi, 277 (26), 23807-23814.
- Israelsen, WJ ve Vander Heiden, MG (2015, Temmuz). Piruvat kinaz: kanserde fonksiyon, düzenleme ve rol. Hücre ve gelişim biyolojisinde seminerler (Cilt 43, s. 43-51). Akademik Basın.