Fosfofruktokinaasi-2

Fosfofruktokinaasi-2 ( FFK-2 ) tai fruktoosi-2,6-bisfosfataasi ( FBF-2 ) on bifunktionaalinen entsyymi , joka säätelee glykolyysin ja glukoneogeneesin prosesseja ihmiskehossa. Tämä proteiini on dimeeri, jossa kukin monomeeri voi ulkoisista olosuhteista riippuen toimia joko kinaasina tai fosfataasina . Glukagonin ja insuliinin säätelemä [1] .

Rakenne

Jokainen tietyn proteiinin monomeeri on jaettu kahteen toiminnalliseen domeeniin . Kinaasidomeeni sijaitsee N-päässä [2] . Se koostuu kuusijuosteisesta beetalevystä , jossa on viisi yhdensuuntaista säiettä ja yksi anti-rinnakkaissäike, jota ympäröi kuusi alfaheliksiä [3] . Tämä domeeni sisältää nukleotideja sitovan laskoksen ensimmäisen β-juosteen C-päässä [  4] , joka yhdistää sen adenylaattikinaasirakenteen kanssa.

Fosfataasidomeeni sijaitsee C-päässä [5] . Se on samanlainen kuin muiden perheiden proteiinit, kuten fosfoglyseraattimutaasit ja happamat fosfataasit [6] Tällä domeenilla on sekalainen α/β-rakenne, jossa on kuusijuosteinen keskus-β-levy ja ylimääräinen α-kierteinen alidomeeni, oletettavasti. joka peittää molekyylin entsyymin aktiivisen kohdan [3] . Lopuksi N-terminaalinen alue moduloi fosfofruktokinaasi-2:n ja fruktoosi-2,6-bisfosfataasin aktiivisuutta ja stabiloi entsyymin dimeeristä muotoa [6] [7] .

Toimintamekanismi

Kun glukoositasot ovat alhaiset, glukagonia vapautuu verenkiertoon, mikä aktivoi cAMP-riippuvaisen reitin signalointikaskadin . Maksassa proteiinikinaasi A fosforyloi tämän bifunktionaalisen entsyymin Ser - 32:n (mutta tätä ei esiinny luurankolihaksissa), mikä aiheuttaa kinaasiaktiivisuuden vähenemisen ja stimuloi fosfataasiaktiivisuutta [8] . Tämän seurauksena fruktoosi-2,6-bisfosfaatin taso laskee , mikä normaalisti stimuloi fosfofruktokinaasi-1 :n aktiivisuutta , mikä johtaa glykolyysin heikkenemiseen ja glukoneogeneesin stimulaatioon [9] .

Kun glukoosipitoisuus nousee, myös fruktoosi-6-fosfaatin taso nousee . Fruktoosi-6-fosfaatti stimuloi fosfoproteiinifosfataasi-1 :tä, joka defosforyloi fosfofruktokinaasi-2:ta. Tämän seurauksena sen kinaasidomeeni aktivoituu, mikä katalysoi Fr-2,6-P :n muodostumista . Glykolyysi stimuloituu ja glukoneogeneesi tukahdutetaan.

Asetus

FFK-2/FBF-2:n allosteerinen säätely on samanlainen kuin FFK-1 :n [10] . Korkea AMP- tai epäorgaaninen fosfaattitaso tarkoittaa, että solusta puuttuu energiaa: tällaiset olosuhteet stimuloivat FFK-2:ta. Toisaalta korkea fosfoenolipyruvaatin (PEP) ja sitraatin pitoisuus tarkoittaa, että solussa on monia ATP-biosynteesin esiasteita, jotka estävät FFK-2:ta. Toisin kuin FFK-1, FFK-2:n aktiivisuus ei riipu ATP:n pitoisuudesta.

Glukagoni estää entsyymin kinaasiaktiivisuutta aktivoimalla proteiinikinaasi A:ta, joka fosforyloi entsyymin, vähentäen kinaasiaktiivisuutta ja stimuloimalla fosfataasiaktiivisuutta; Proteiinikinaasi A:n ja FFK-2/FBF-2:n kautta glukagoni alentaa fruktoosi-2,6-bisfosfaatin tasoa, mikä johtaa glykolyysin estymiseen. Insuliini aktivoi käänteisen prosessin aktivoimalla proteiinifosfataasia, joka defosforyloi FFK-2/FBF-2:n, vähentäen sen fosfataasia ja lisäämällä kinaasiaktiivisuutta; seurauksena fruktoosi-2,6-bisfosfaatin pitoisuus kasvaa, mikä aktivoi glykolyysin.

Isoentsyymit

Tähän mennessä nisäkkäistä on löydetty viisi isoentsyymiä , joista osa muodostuu yksittäisten geenien transkription seurauksena ja osa vaihtoehtoisen silmukoinnin seurauksena [11] [12] [13] . Kaikki isoentsyymit ovat säätelyltään radikaalisti erilaisia: edellä kuvattu säätelytapa on kuvattu tutkituimmalle maksan isoformille [3] .

Ihmisgeenejä, jotka koodaavat proteiineja, joilla on fosfofruktokinaasi-2-aktiivisuutta, ovat mm.

• PFKFB1 , PFKFB2 , PFKFB3 , PFKFB4

Merkitys lääketieteessä

Eurooppalaisilla FFK-2/FBF-2-proteiinia koodaavan Pfkfb2 -geenin mutaatioiden on osoitettu liittyvän alttiuteen skitsofrenialle [14] . Lisäksi havaittiin, että FFK-2-aktiivisuuden säätely liittyy sydämen työhön ja mekanismiin, joka estää hypoksian kehittymisen [15] .

Muistiinpanot

1. ↑ Nelson, Cox, 2014 , s. 143-146.
2. ↑ Kurland I. , Chapman B. , Lee YH , Pilkis S. Fosfofruktokinaasin aktiivisen kohdan evoluutionaarinen uudelleenjärjestely: ARG-104 ei stabiloi siirtymätilaa 6-fosfofrukto-2-kinaasissa.  (englanti)  // Biokemiallinen ja biofysikaalinen tutkimusviestintä. - 1995. - Voi. 213, nro. 2 . - s. 663-672. - doi : 10.1006/bbrc.1995.2183 . — PMID 7646523 .
3. ↑ 1 2 3 Hasemann CA , Istvan ES , Uyeda K. , Deisenhofer J. Bifunktionaalisen entsyymin 6-fosfofrukto-2-kinaasi/fruktoosi-2,6-bisfosfataasi kiderakenne paljastaa erilaisia ​​domeenihomologioita.  (Englanti)  // Rakenne (Lontoo, Englanti: 1993). - 1996. - Voi. 4, ei. 9 . - s. 1017-1029. — PMID 8805587 .
4. ↑ Walker JE , Saraste M. , Runswick MJ , Gay NJ ATP-syntaasin, myosiinin, kinaasien ja muiden ATP:tä vaativien entsyymien alfa- ja beeta-alayksiköissä etäisesti sukua olevat sekvenssit ja yhteinen nukleotidisitoutumislaskos.  (englanniksi)  // EMBO-lehti. - 1982. - Voi. 1, ei. 8 . - s. 945-951. — PMID 6329717 .
5. ↑ Li L. , Lin K. , Pilkis J. , Correia JJ , Pilkis SJ Maksan 6-fosfofrukto-2-kinaasi/fruktoosi-2,6-bisfosfataasi. Pintasilmukan emäksisten tähteiden rooli substraatin sitoutumisessa fruktoosi-2,6-bisfosfataasidomeeniin.  (englanti)  // The Journal of Biological Chemistry. - 1992. - Voi. 267, nro 30 . - P. 21588-21594. — PMID 1328239 .
6. ↑ 12 Stryer , Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. Glykolyysin ja glukoneogeneesin tasapaino maksassa on herkkä veren glukoosipitoisuudelle // Biochemistry (Looseleaf)  (neopr.) . -San Francisco: W. H. Freeman, 2008. - S. 466-467. - ISBN 1-4292-3502-0 .
7. ↑ Tominaga N. , Minami Y. , Sakakibara R. , Uyeda K. Rotan kiveksen aminopään merkitys fruktoosi-6-fosfaatti, 2-kinaasi:fruktoosi-2,6-bisfosfataasi.  (englanti)  // The Journal of Biological Chemistry. - 1993. - Voi. 268, nro 21 . - P. 15951-15957. — PMID 8393455 .
8. ↑ Kurland IJ , el-Maghrabi MR , Correia JJ , Pilkis SJ Rotan maksan 6-fosfofrukto-2-kinaasi/fruktoosi-2,6-bisfosfataasi. Fosfo- ja defosfomuotojen ja kahden mutantin ominaisuudet, joissa Ser32 on muutettu kohdennetulla mutageneesillä.  (englanti)  // The Journal of Biological Chemistry. - 1992. - Voi. 267, nro 7 . - P. 4416-4423. — PMID 1339450 .
9. ↑ Pilkis SJ , Claus TH , Kurland IJ , Lange AJ 6-Phosphofrukto-2-kinaasi/fruktoosi-2,6-bisfosfataasi: metabolinen signalointientsyymi.  (englanti)  // Biokemian vuosikatsaus. - 1995. - Voi. 64. - P. 799-835. - doi : 10.1146/annurev.bi.64.070195.004055 . — PMID 7574501 .
10. ↑ Van Schaftingen E., Hers HG Fosfofruktokinaasi 2: entsyymi, joka muodostaa fruktoosi-2,6-bisfosfaattia fruktoosi-6-fosfaatista ja ATP  :stä  // Biochem . Biophys. Res. commun. : päiväkirja. - 1981. - elokuu ( osa 101 , nro 3 ) . - s. 1078-1084 . - doi : 10.1016/0006-291X(81)91859-3 . — PMID 6458291 .
11. ↑ Darville MI , Crepin KM , Hue L. , Rousseau GG 5'-reunustava sekvenssi ja rotan 6-fosfofrukto-2-kinaasia/fruktoosi-2,6-bisfosfataasia koodaavan geenin rakenne.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. - 1989. - Voi. 86, nro. 17 . - P. 6543-6547. — PMID 2549541 .
12. ↑ Tsuchiya Y. , Uyeda K. Naudan sydämen fruktoosi 6-P,2-kinaasi:fruktoosi-2,6-bisfosfataasi mRNA ja geenirakenne.  (englanti)  // Biokemian ja biofysiikan arkistot. - 1994. - Voi. 310, nro. 2 . - s. 467-474. — PMID 8179334 .
13. ↑ Sakata J. , Abe Y. , Uyeda K. DNA:n molekyylikloonaus ja rotan kivesten ilmentyminen ja karakterisointi fruktoosi-6-fosfaatti,2-kinaasi:fruktoosi-2,6-bisfosfataasi.  (englanti)  // The Journal of Biological Chemistry. - 1991. - Voi. 266, nro 24 . - P. 15764-15770. — PMID 1651918 .
14. ↑ Stone WS , Faraone SV , Su J. , Tarbox SI , Van Eerdewegh P. , Tsuang MT Todisteita säätelyentsyymien välisestä yhteydestä glykolyysissä ja skitsofrenian välillä multipleksinäytteessä.  (Englanti)  // American Journal of Medical Genetics. Osa B, Neuropsychiatric genetics: International Society of Psychiatric Genetics -järjestön virallinen julkaisu. - 2004. - Voi. 127B, no. 1 . - s. 5-10. - doi : 10.1002/ajmg.b.20132 . — PMID 15108172 .
15. ↑ Wang Q. , Donthi RV , Wang J. , Lange AJ , Watson LJ , Jones SP , Epstein PN Sydänfosfataasipuutteinen 6-fosfofrukto-2-kinaasi/fruktoosi-2,6-bisfosfataasi lisää resistenssiä, hyperosytrofyyttisiä glykolyyttejä ja hypoksiaan.  (Englanti)  // American Journal of physiology. Sydämen ja verenkierron fysiologia. - 2008. - Voi. 294, nro. 6 . - s. 2889-2897. - doi : 10.1152/ajpheart.91501.2007 . — PMID 18456722 .

Kirjallisuus

• D. Nelson, M. Cox. Lehningerin biokemian perusteet: 3 osassa - M . : BINOM, 2014. - V. 2. - S. 144-146. — 636 s. — ISBN 978-5-94774-366-1 .