# Phosphoglycérate kinase

La phosphoglycérate kinase (PGK) est une phosphotransférase qui catalyse la réaction :
    3-phospho-D-glycérate + ATP $\rightleftharpoons$ ADP + 1,3-bisphospho-D-glycérate.
Cette enzyme intervient à la 7e étape de la glycolyse en transférant de manière réversible un groupe phosphate du 1,3-bisphosphoglycérate (1,3-BPG} sur de l'ADP pour former de l'ATP et du 3-phosphoglycérate (3PG). Elle intervient également dans la néoglucogenèse en catalysant la réaction inverse, c'est-à-dire la conversion du 3-phosphoglycérate en 1,3-bisphosphoglycérate avec conversion concomitante d'une molécule d'ATP en ADP.
| | + ADP $\rightleftharpoons$ ATP + | |
| 1,3-BPG | | 3PG |

## Isoformes

Deux isoenzymes de phosphoglycérate kinase ont été identifiées chez l'homme, appelées PGK1 et PGK2. Elles partagent une séquence peptidique identique à 87-88 %, mais, bien qu'elles soient semblables structurellement et fonctionnellement, elles sont exprimées très différemment : le gène de la PGK1 est située sur le chromosome X et est exprimée de manière ubiquitaire dans toutes les cellules, tandis que la PGK2 est encodée sur un autosome et est spécifique aux spermatides méiotiques et posméiotiques.

## Structure et fonctionnement

On trouve la phosphoglycérate kinase chez pratiquement tous les êtres vivants, et sa séquence a été particulièrement conservée au cours de l'évolution. Il s'agit d'une enzyme monomérique de 415 résidus d'acides aminés contenant deux domaines de taille à peu près égale correspondant à l'extrémité N-terminale et à l'extrémité C-terminale de la protéine. Le 3-phosphoglycérate se lie au domaine N-terminal tandis que le substrat nucléotidique (ADP ou ATP) se lie au domaine C-terminal de l'enzyme. Les deux domaines de la protéines sont séparés par une fente et sont reliées par deux hélices α. Le cœur de chacun de ces deux domaines est constitué d'un feuillet β à six brins parallèles entouré d'hélices α. Cette structure en deux domaines permet des changements conformationnels de grande ampleur de type flexion articulée semblables à ceux de l'hexokinase. Ces deux lobes peuvent se replier de manière indépendante. ce qui est cohérent avec l'existence d'intermédiaires de repliement ne présentant qu'un seul domaine replié$^,$. Si la liaison de chacun des substrats induit des changements conformationnels de manière indépendante, la liaison des deux substrats en même temps est indispensable pour que ces changements conduisent les deux domaines à se refermer, ce qui permet de réaliser le transfert du groupe phosphate.
L'enzyme tend à privilégier la conformation ouverte avec de brèves périodes pendant lesquelles elle est refermée en mode catalytique, ce qui permet aux substrats et aux produits de diffuser rapidement autour des sites de liaison. La conformation ouverte est stabilisée en raison de la présence de chaînes latérales hydrophobes exposée à la surface de la protéine lorsque celle-ci est en conformation refermée.
Les cations de magnésium Mg$^{2+}$ sont normalement complexés avec les groupes phosphate des substrats nucléotidiques de la phosphoglycérate kinase. L'enzyme est inactive en l'absence de magnésium. Ce cation permet d'écranter la charge électrique négative des ligands de l'enzyme afin de permettre la substitution nucléophile : cette stabilisation de charge est une caractéristique typique des transferts de groupes phosphate catalysés par les phosphotransférases.

## Pathologies

Chez l'homme, un déficit en PGK est associé à une anémie hémolytique et à des troubles mentaux.