Fosfofruktokinaza 1

1-fosfofruktokinaza
Fosfofruktokinaza 1, tetramer, Geobacillus stearothermophilus
Identifikatori
Simbol	1-FFK
CAS broj	37278-03-8

1-fosfofruktokinaza - PFKI - (EC broj 2.7.1.56) – fruktoza-1-fosfat kinaza, 1-fosfofruktokinaza (fosforilacija), D-fruktoza-1-fosfat kinaza, fruktoza 1-fosfat kinaza, fosfofruktokinaza 1) – je enzim sistemskog imena ATP:D-fruktoza-fosfat 6-fosfotransferaza.^[1][2] Ovaj enzim katalizira slijedeću hemijsku reakciju:

ATP + D-fruktoza 1-fosfat ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ ADP + D-fruktoza 1,6-bisfosfat

• U ovom procesu metabolizma, ITP, GTP ili UTP mogu zamijeniti ATP.^[3]

Šablon:Enzimska reakcija

Struktura

PFK1 sisara je tetramer od 340 kD, koji se sastoji od tri tipa podjedinica: mišićne (M), jetrene (L), i trombocitne (P). Sastav ovog tetramera se ralikuje ovisno o tipu pripadajućeg tkiva. Naprimjer, mišići ispoljavaju samo M izozim, što znači da su mišićni PFK1 homotetrameri: M4. Jetra i bubrezi pretežno imaju L izoformu. Eritrociti ispoljavaju M i L podjedinice koje se slučajno tetramerizuju u M4, L4 i tri hibridne forme enzima (ML3, M2L2, M3L). Kinetička i regulacijska svojstva različitih izoformi ovise o kompoziciji. Tkivno specifične promjene aktivnosti PFK i izoenzimski sadržaj znatno doprinose raznolikosti glikolitske i glukoneogenetske brzine u raličitim tkivima.

PFK1 je alosterni enzim čija struktura liči hemoglobinsku. To je dimer dimera.^[4] Jedna polovina svakog dimera sadrži mjesto vezanja ATP molekule, dok je u drugoj polovini mjesto vezanja supstrata (fruktoze 6-fosfata ili F6P), kao i zasebno alosterno mesto vezanja.

Regulacijske funkcije

Regulacija u ćeliji

Regulacija fosfofruktokinaze u fotosintezi

PFKI ima katalitska mjesta na N-kraju, regulacijskog centra u C-kraju, uzrokovano dupliranjem gena i fuzijom proteina e. Obje dijela samim tim ispoljavaju homologne sekvence , ali su, u skladu sa svojom ulogom, odvojeni u procesu optimizacije:

• Katalitski dio' integrira podlogu fruktoza-6-fosfat (F-6-P) i ATP;
• ATP se pri višim koncentracijama reducira i ima nizak afinitet vezanja za 'regulacijski dio' i djeluje kao alosterni inhibitor (odatle "enzimska inhibicija"). Inhibitornu funkciju dijeli s drugim endogenim viškom energije ćelijske signalizacije (NADH/H⁺ i citrat). Ako, međutim, nedostaje energije signala, enzim (AMP, ADP [adenozin difosfat]) aktivna je alosterni forma. Dokle god prevladavaju AMP i ADP, oni određuju šta se dešava.
• U eritrociima je uključen u Rapoport Luebering ciklus aktivnosti enzima bisfosfoglicerat mutaza formirajući međuprodukt 2,3-difosfoglicerat kao inhibitor fosfofruktokinaze.

Funkcije u organizmu

Regulacija fosfofruktokinaze

Poznato je da PFKI inhibiran, ne samo jednim od svojih supstrata (ATP), nego i jednim od svojih proizvoda (F-1,6-BP), koji se in vitro može aktivirati ("perverzni enzim"). U ćeliji, ovaj drugi efekt vjerojatno ne postoji, jer F-1,6-BP u aldoznoj aktivnost nikada nije dostigao željenu koncentraciju ravnoteže. Utvrđeno je, međutim, da je izomerna molekula fruktoza-2,6-bisfosfat (F-2,6-BP), fiziološki alosterni aktivator. F-2,6-BP posreduje signale gladi (nizak šećera krvi), koji se emituje organizam Glukagon ili adrenalin. Nakon način "trećeg glasnika" služi s odašilju duž glukagonskog signala - cAMP - PCA (pogledajte: "drugi glasnik").

F-2,6-BP je proizvod još specijaliziranije fosfofructokinaze (PFKII). Ova "PFKII" u kičmenjaka spaja protein fosfofructokinazu i fruktoza-2,6-bisfosfatazu, pa je jedan od međupretvarajućih enzima, čija je aktivnost određena protein kinazom A (PKA) i na taj način indirektno regulira hormonske signale fosforilacije serinskih ostataka, isključujući aktivnost kinaze, dok je fosfataza uključena. Signali koji dolaze iz glukagona uzrokuju da F-2,6-BP više nije dostupan. Ovaj metabolički protok glikolize PFKI tu prestaje. U jetri, rezultira skladištenje Glukoza-6-fosfata, konverzijom u glukozu (ili, obrnuto, glikolize putem glukoneogeneze), koji mogu biti isporučeni u krvotok, kao neutralna molekula. Glukagonski signal zvani "niži šećer u krvi" je odgovorio na taj način.

Suprotno tome, (insulinski) signal " visok šećer u krvi" ostvaruje izuzetno pH-zavisnu aktivnost. Kao antagonist glukagona, insulin ima efekat na smanjenja koncentracije F-2,6-BP, preko aktiviranja razine fosfodiesteraze i cAMP-a, kao i aktiviranja fosfataza. Ova defosforilirana PFKII tako dovodi do izražaja svoju kinaznu aktivnost i priprema F-2,6-BP, koja ima učinak aktiviranja PFKI i na taj način glikolize. Dakle, signalni okidač, pretvara višak glukoze u krvi.

Aktiviranje PFK1 uključuje, ne samo konformacijske promjene pojedinih podjedinica, već i formaciju agregata u više oligomere.

U mišićnim ćelijama, fosforilacija PFKII ne inhibira glikolizu, jer se formira izoenzimi, pa se regulacija odvija u obrnutom smjeru. To je osnova za Corijev ciklus, koji dovodi do nepotpune oksidacije pri mišićnj aktivnost i stvaranja laktata iz glikolize preko krvi u jetru, gdje je (bez obzira na isti hormonski situacija) glukoneogeneze. U tim ćelijama se također održao glukagon, prvenstveno regulatornom funkcijom adrenalina.^[5]

Reference

1. Reeves, R.E., Warren, L.G. and Hsu, D.S. (1966). "1-Phosphofructokinase from an anaerobe". J. Biol. Chem. 241: 1257–1261. PMID 4222878.
2. Sapico, V. and Anderson, R.L. (1969). "D-Fructose 1-phosphate kinase and D-fructose 6-phosphate kinase from Aerobacter aerogenes. A comparative study of regulatory properties". J. Biol. Chem. 244: 6280–6288. PMID 4242639.
3. Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
4. PDB 4pfk; Evans PR, Farrants GW, Hudson PJ (1981). "Phosphofructokinase: structure and control". Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 293 (1063): 53–62. doi:10.1098/rstb.1981.0059. PMID 6115424. Nepoznati parametar |laysource= zanemaren (prijedlog zamjene: |lay-source=) (pomoć); Nepoznati parametar |laysummary= zanemaren (prijedlog zamjene: |lay-url=) (pomoć); Nepoznati parametar |month= zanemaren (pomoć)
5. |Author=Joachim Rassow, Karin Hauser, Roland Netzker, Rainer Deutzmann |Title=Duale Reihe: Biochemie |publisher=Thieme Verlag |Edition=2. |Ort=Stuttgart |year=2008 |isbn=978-3131253521}}

Vanjski linkovi

• 1-phosphofructokinase na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)