Fosfofruktokináza-2

Fosfofruktokináza-2 ( FFK-2 ) nebo fruktóza-2,6-bisfosfatáza ( FBF-2 ) je bifunkční enzym , který reguluje procesy glykolýzy a glukoneogeneze v lidském těle. Tento protein je dimer, ve kterém každý monomer může v závislosti na vnějších podmínkách působit buď jako kináza nebo fosfatáza . Regulováno glukagonem a inzulínem [1] .

Struktura

Každý monomer daného proteinu je rozdělen do dvou funkčních domén . Kinázová doména se nachází na N-konci [2] . Skládá se z šestivláknového beta listu , který má pět paralelních vláken a jeden antiparalelní vlákno obklopené šesti alfa helixy [3] . Tato doména obsahuje nukleotid -  vazebný záhyb na C-konci prvního β-vlákna [4] , který jej kombinuje se strukturou adenylátkinázy.

Fosfatázová doména se nachází na C-konci [5] . Je podobná proteinům jiných rodin, jako jsou fosfoglycerátmutázy a kyselé fosfatázy [6] Tato doména má smíšenou α/β strukturu, ve které je šestivláknový centrální β-list a další α-helikální subdoména, pravděpodobně pokrývající aktivní místo enzymu molekuly [3] . Konečně N-terminální oblast moduluje aktivity fosfofruktokinázy-2 a fruktóza-2,6-bisfosfatázy a stabilizuje dimerní formu enzymu [6] [7] .

Mechanismus účinku

Když jsou hladiny glukózy nízké, glukagon se uvolňuje do krevního řečiště, což aktivuje signální kaskádu cAMP-dependentní dráhy . V játrech proteinkináza A fosforyluje Ser -32 tohoto bifunkčního enzymu (k tomu však nedochází v kosterním svalstvu), což způsobuje pokles aktivity kinázy a stimuluje aktivitu fosfatázy [8] . V důsledku toho dochází k poklesu hladiny fruktóza-2,6-bisfosfátu , který normálně stimuluje aktivitu fosfofruktokinázy-1 , což vede k oslabení glykolýzy a stimulaci glukoneogeneze [9] .

S rostoucí koncentrací glukózy roste i hladina fruktóza-6-fosfátu . Fruktóza-6-fosfát stimuluje fosfoprotein fosfatázu-1 , která defosforyluje fosfofruktokinázu-2. V důsledku toho se aktivuje jeho kinázová doména, která katalyzuje tvorbu Fr-2,6-P . Glykolýza je stimulována a glukoneogeneze je potlačena.

Nařízení

Alosterická regulace FFK-2/FBF-2 je podobná jako u FFK-1 [10] . Vysoká hladina AMP nebo anorganického fosfátu znamená, že buňce chybí energie: takové podmínky stimulují FFK-2. Na druhé straně vysoká koncentrace fosfoenolpyruvátu (PEP) a citrátu znamená, že v buňce existuje mnoho prekurzorů pro biosyntézu ATP, které inhibují FFK-2. Na rozdíl od FFK-1 aktivita FFK-2 nezávisí na koncentraci ATP.

Glukagon inhibuje kinázovou aktivitu enzymu aktivací proteinkinázy A, která fosforyluje enzym, snižuje aktivitu kinázy a stimuluje aktivitu fosfatázy; prostřednictvím proteinkinázy A a FFK-2 / FBF-2 snižuje glukagon hladinu fruktóza-2,6-bisfosfátu, což vede k potlačení glykolýzy. Inzulin aktivuje reverzní proces aktivací protein fosfatázy, která defosforyluje FFK-2/FBF-2, snižuje jeho fosfatázu a zvyšuje aktivitu kinázy; v důsledku toho se zvyšuje koncentrace fruktóza-2,6-bisfosfatátu, který aktivuje glykolýzu.

Isoenzymy

Dosud bylo u savců nalezeno pět izoenzymů , některé z nich vznikají jako výsledek transkripce jednotlivých genů a některé jako výsledek alternativního sestřihu [11] [12] [13] . Všechny izoenzymy se ve své regulaci radikálně liší: výše popsaný způsob regulace je popsán u nejstudovanější jaterní izoformy [3] .

Mezi lidské geny kódující proteiny s aktivitou fosfofruktokinázy-2 patří:

• PFKFB1 , PFKFB2 , PFKFB3 , PFKFB4

Význam pro lékařství

U Evropanů se ukázalo, že mutace v genu Pfkfb2 , který kóduje protein FFK-2/FBF-2, souvisí s predispozicí ke schizofrenii [14] . Navíc bylo zjištěno, že regulace aktivity FFK-2 je spojena s činností srdce a mechanismem, který brání rozvoji hypoxie [15] .

Poznámky

1. ↑ Nelson, Cox, 2014 , str. 143-146.
2. ↑ Kurland I. , Chapman B. , Lee YH , Pilkis S. Evoluční reengineering aktivního místa fosfofruktokinázy: ARG-104 nestabilizuje přechodový stav v 6-fosfofrukto-2-kináze.  (anglicky)  // Biochemické a biofyzikální výzkumné komunikace. - 1995. - Sv. 213, č.p. 2 . - S. 663-672. - doi : 10.1006/bbrc.1995.2183 . — PMID 7646523 .
3. ↑ 1 2 3 Hasemann CA , Istvan ES , Uyeda K. , Deisenhofer J. Krystalová struktura bifunkčního enzymu 6-fosfofrukto-2-kinázy/fruktóza-2,6-bisfosfatázy odhaluje odlišné doménové homologie.  (anglicky)  // Structure (Londýn, Anglie: 1993). - 1996. - Sv. 4, č. 9 . - S. 1017-1029. — PMID 8805587 .
4. ↑ Walker JE , Saraste M. , Runswick MJ , Gay NJ Vzdáleně příbuzné sekvence v alfa- a beta-podjednotkách ATP syntázy, myosinu, kináz a dalších ATP-vyžadujících enzymů a společný nukleotidový vazebný záhyb.  (anglicky)  // The EMBO journal. - 1982. - Sv. 1, č. 8 . - S. 945-951. — PMID 6329717 .
5. ↑ Li L. , Lin K. , Pilkis J. , Correia JJ , Pilkis SJ Jaterní 6-fosfofrukto-2-kináza/fruktóza-2,6-bisfosfatáza. Úloha bazických zbytků povrchové smyčky ve vazbě substrátu na doménu fruktóza-2,6-bisfosfatázy.  (anglicky)  // The Journal of biologické chemie. - 1992. - Sv. 267, č.p. 30 . - S. 21588-21594. — PMID 1328239 .
6. ↑ 12 Stryer , Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. Rovnováha mezi glykolýzou a glukoneogenezí v játrech je citlivá na koncentraci glukózy v krvi // Biochemie (volný list)  (neopr.) . – San Francisco: W. H. Freeman, 2008. - S. 466-467. - ISBN 1-4292-3502-0 .
7. ↑ Tominaga N. , Minami Y. , Sakakibara R. , Uyeda K. Význam aminového konce varlete potkana fruktóza-6-fosfát, 2-kináza:fruktóza-2,6-bisfosfatáza.  (anglicky)  // The Journal of biologické chemie. - 1993. - Sv. 268, č.p. 21 . - S. 15951-15957. — PMID 8393455 .
8. ↑ Kurland IJ , el-Maghrabi MR , Correia JJ , Pilkis SJ Krysí játra 6-fosfofrukto-2-kináza/fruktóza-2,6-bisfosfatáza. Vlastnosti fosfo- a defosfo- forem a dvou mutant, ve kterých byl Ser32 změněn místně cílenou mutagenezí.  (anglicky)  // The Journal of biologické chemie. - 1992. - Sv. 267, č.p. 7 . - S. 4416-4423. — PMID 1339450 .
9. ↑ Pilkis SJ , Claus TH , Kurland IJ , Lange AJ 6-Fosfofrukto-2-kináza/fruktóza-2,6-bisfosfatáza: metabolický signální enzym.  (anglicky)  // Annual review of biochemistry. - 1995. - Sv. 64. - S. 799-835. - doi : 10.1146/annurev.bi.64.070195.004055 . — PMID 7574501 .
10. ↑ Van Schaftingen E., Hers HG Fosfofruktokináza 2: enzym, který tvoří fruktóza 2,6-bisfosfát z fruktóza 6-fosfátu a ATP   // Biochem . Biophys. Res. komunální. : deník. - 1981. - Srpen ( roč. 101 , č. 3 ). - S. 1078-1084 . - doi : 10.1016/0006-291X(81)91859-3 . — PMID 6458291 .
11. ↑ Darville MI , Crepin KM , Hue L. , Rousseau GG 5' přilehlá sekvence a struktura genu kódujícího potkaní 6-fosfofrukto-2-kinázu/fruktóza-2,6-bisfosfatázu.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Sv. 86, č.p. 17 . - S. 6543-6547. — PMID 2549541 .
12. ↑ Tsuchiya Y. , Uyeda K. Fruktóza 6-P,2-kináza z hovězího srdce:fruktóza 2,6-bisfosfatáza mRNA a genová struktura.  (anglicky)  // Archivy biochemie a biofyziky. - 1994. - Sv. 310, č.p. 2 . - S. 467-474. — PMID 8179334 .
13. ↑ Sakata J. , Abe Y. , Uyeda K. Molekulární klonování DNA a exprese a charakterizace varlat krys fruktóza-6-fosfát,2-kináza:fruktóza-2,6-bisfosfatáza.  (anglicky)  // The Journal of biologické chemie. - 1991. - Sv. 266, č.p. 24 . - S. 15764-15770. — PMID 1651918 .
14. ↑ Stone WS , Faraone SV , Su J. , Tarbox SI , Van Eerdewegh P. , Tsuang MT Důkaz pro vazbu mezi regulačními enzymy při glykolýze a schizofrenii v multiplexním vzorku.  (anglicky)  // Americký časopis lékařské genetiky. Část B, Neuropsychiatrická genetika: oficiální publikace International Society of Psychiatric Genetics. - 2004. - Sv. 127B, č.p. 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 6-fosfofrukto-2-kináza/fruktóza-2,6-bisfosfatáza s nedostatkem srdeční fosfatázy zvyšuje glykolýzu, hypertrofii a rezistenci myocytů k hypoxii.  (anglicky)  // American Journal of physiology. Fyziologie srdce a krevního oběhu. - 2008. - Sv. 294, č.p. 6 . - S. 2889-2897. - doi : 10.1152/ajpheart.91501.2007 . — PMID 18456722 .

Literatura

• D. Nelson, M. Cox. Základy Lehningerovy biochemie: ve 3 svazcích - M . : BINOM, 2014. - V. 2. - S. 144-146. — 636 s. — ISBN 978-5-94774-366-1 .