{{위키데이터 속성 추적}}
{{다른 뜻 넘어옴|포스포글리세르산 키네이스||포스포글리세르산 키네이스 (GTP)}}
{{효소 정보
| 이름 = 포스포글리세르산 키네이스
| AltNames =
| 그림 = Phosphoglycerate_kinase_3PGK.png
| 그림_크기 = 
| caption = 
| EC_number = 2.7.2.3
| CAS_number = 9001-83-6
| GO_code = 0004618
}}

'''포스포글리세르산 키네이스'''({{llang|en|phosphoglycerate kinase, '''PGK'''}}) ({{EC number|2.7.2.3}})는 다음과 같이 인산기의 [[가역 반응|가역적인]] 이동을 촉매하여 [[1,3-비스포스포글리세르산]]과 [[아데노신 이인산|ADP]]를 [[3-포스포글리세르산]]과 [[아데노신 삼인산|ATP]]로 전환시키는 반응을 촉매하는 [[효소]]이다.

:1,3-비스포스포글리세르산 + ADP ⇄ 3-포스포글리세르산 + ATP

모든 [[키네이스]]들과 마찬가지로 포스포글리세르산 키네이스는 [[전이효소]]이다. 포스포글리세르산 키네이스는 [[해당과정]]에 사용되는 주요 효소이며, 해당과정의 첫 번째 ATP 생성 단계에서 사용된다. [[포도당신생합성]]에서 포스포글리세르산 키네이스에 의해 촉매되는 반응은 반대 방향으로 진행되며, 3-포스포글리세르산과 ATP를 1,3-비스포스포글리세르산과 ADP로 전환시킨다.

사람에서 포스포글리세르산 키네이스(PGK)의 두 가지 [[동질효소]]인 PGK1 및 PGK2가 확인되었다. 동질효소는 87~88%의 동일한 [[아미노산]] 서열을 가지며, 구조적, 기능적으로 유사하지만 존재하는 위치가 상이하다. [[상염색체]] [[유전자]]에 의해 암호화되는 PGK2는 [[감수분열]]로 생성되는 [[정자형성]] 과정에서의 고유한 [[효소]]인 반면, [[X염색체]]에 의해 암호화되는 PGK1은 모든 세포에서 발현된다.<ref name="Chiarelli2012 "/>

== 생물학적 기능 ==
포스포글리세르산 키네이스는 모든 살아있는 [[생물체]]의 [[해당과정]]에서 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 생성하는 두 가지 효소들 중 하나이다. [[포도당신생합성]]에서 포스포글리세르산 키네이스는 해당과정에서 반응의 반대 방향으로 반응을 촉매한다. 생화학적 [[표준 온도 압력|표준 조건]]하에서는 해당과정으로의 방향이 선호된다.<ref name="pmid6765200">{{저널 인용| vauthors = Watson HC, Walker NP, Shaw PJ, Bryant TN, Wendell PL, Fothergill LA, Perkins RE, Conroy SC, Dobson MJ, Tuite MF | title = Sequence and structure of yeast phosphoglycerate kinase | journal = The EMBO Journal | volume = 1 | issue = 12 | pages = 1635–40 | year = 1982 | pmid = 6765200 | pmc = 553262 | doi =  10.1002/j.1460-2075.1982.tb01366.x}}</ref>

[[광합성]] 생물의 [[캘빈 회로]]에서 포스포글리세르산 키네이스는 [[3-포스포글리세르산]]의 환원 과정의 일부로서 3-포스포글리세르산의 인산화를 촉매하여 [[1,3-비스포스포글리세르산]]과 [[아데노신 이인산|ADP]]를 생성한다.

포스포글리세르산 키네이스는 [[플라스민]]에서 싸이올 [[환원효소]] 활성을 나타내는 것으로 보고되었으며, 혈관신생 및 [[신생물|종양]] 생장을 억제하는 [[안지오스타틴]]의 형성을 초래한다. 포스포글리세르산 키네이스는 또한 [[포유류]]의 [[세포핵]]에서 [[DNA 복제]] 및 [[DNA 복구|복구]]에 참여하는 것으로 나타났다.<ref name=Hogg>{{저널 인용| vauthors = Lay AJ, Jiang XM, Kisker O, Flynn E, Underwood A, Condron R, Hogg PJ | title = Phosphoglycerate kinase acts in tumour angiogenesis as a disulphide reductase | journal = Nature | volume = 408 | issue = 6814 | pages = 869–73 | date = December 2000 | pmid = 11130727 | doi = 10.1038/35048596 }}</ref>

정자형성과정 동안만 발현되는 [[사람]]의 [[동질효소]]인 PGK2는 쥐에서 [[정자 (생물학)|정자]]의 기능에 필수적인 것으로 나타났다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Danshina PV, Geyer CB, Dai Q, Goulding EH, Willis WD, Kitto GB, McCarrey JR, Eddy EM, O'Brien DA | title = Phosphoglycerate kinase 2 (PGK2) is essential for sperm function and male fertility in mice | journal = Biology of Reproduction | volume = 82 | issue = 1 | pages = 136–45 | date = Jan 2010 | pmid = 19759366 | doi = 10.1095/biolreprod.109.079699 | pmc=2802118}}</ref>
{|
|[[파일:Glycolytic and gluconeogenic pathways.jpg|섬네일|왼쪽|500px|해당과정과 포도당신생합성의 경로를 보여주는 모식도. 포스포글리세르산 키네이스는 가역적인 반응을 촉매한다.]]
|}

== 구조==
=== 개관 ===
포스포글리세르산 키네이스는 모든 생물체에서 발견되며, 그 서열은 진화 과정에서 [[보존 서열|고도로 보존]]되어 왔다. 포스포글리세르산 키네이스는 [[단백질]]의 [[N 말단|N-말단]] 및 [[C 말단|C-말단]]에 상응하는 2개의 거의 동일한 크기의 도메인을 함유하는 415개의 [[잔기]]의 [[단량체]]로 존재한다.<ref name="Dhar">{{저널 인용| vauthors = Dhar A, Samiotakis A, Ebbinghaus S, Nienhaus L, Homouz D, Gruebele M, Cheung MS | title = Structure, function, and folding of phosphoglycerate kinase are strongly perturbed by macromolecular crowding | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 107 | issue = 41 | pages = 17586–91 | date = October 2010 | pmid = 20921368 | doi = 10.1073/pnas.1006760107 | pmc=2955104}}</ref> 3-포스포글리세르산은 N-말단에 결합하고, 뉴클레오타이드 기질, MgATP 또는 MgADP는 효소의 C-말단 도메인에 결합한다. 이러한 확장된 2개의 도메인 구조는 [[헥소키네이스]]에서 발견된 것과 유사한 큰 규모의 "힌지-벤딩(hinge-bending)" 입체구조 변화와 관련이 있다.<ref name="pmid10593256">{{저널 인용| vauthors = Kumar S, Ma B, Tsai CJ, Wolfson H, Nussinov R | title = Folding funnels and conformational transitions via hinge-bending motions | journal = Cell Biochemistry and Biophysics | volume = 31 | issue = 2 | pages = 141–64 | year = 1999 | pmid = 10593256 | doi = 10.1007/BF02738169 | url = https://zenodo.org/record/1232593 }}</ref> 단백질의 2개의 도메인은 갈라진 틈에 의해 분리되고, 2개의 [[α-나선]]에 의해 연결된다.<ref name="Chiarelli2012 "/> 각 도메인의 핵심에는 α-나선으로 둘러싸인 6가닥의 평행한 [[β-시트]]가 존재한다. 2개의 로브는 단일 도메인 접힘으로 [[단백질 접힘|접힘 경로]] 상의 중간생성물의 존재와 일치하여 독립적으로 접힐 수 있다.<ref name="pmid2124145">{{저널 인용| vauthors = Yon JM, Desmadril M, Betton JM, Minard P, Ballery N, Missiakas D, Gaillard-Miran S, Perahia D, Mouawad L | title = Flexibility and folding of phosphoglycerate kinase | journal = Biochimie | volume = 72 | issue = 6–7 | pages = 417–29 | year = 1990 | pmid = 2124145 | doi = 10.1016/0300-9084(90)90066-p }}</ref><ref name=Zerrad11>{{저널 인용| vauthors = Zerrad L, Merli A, Schröder GF, Varga A, Gráczer É, Pernot P, Round A, Vas M, Bowler MW | title = A spring-loaded release mechanism regulates domain movement and catalysis in phosphoglycerate kinase | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 286 | issue = 16 | pages = 14040–8 | date = April 2011 | pmid = 21349853 | pmc = 3077604 | doi = 10.1074/jbc.M110.206813 }}</ref> 하나의 기질의 결합이 [[입체구조 변화]]를 유발하지만, 두 기질의 결합을 통해서만 도메인 폐쇄가 발생하여 인산기의 이동을 초래한다.<ref name="Chiarelli2012 "/>

효소는 개방형의 입체구조로 존재하는 경향이 있으나 촉매시 짧은 시간 동안 폐쇄형 입체구조를 가지며, 이를 통해 결합 부위를 통한 기질 및 생성물이 빠르게 [[확산]]되도록 한다. 포스포글리세르산 키네이스의 개방형 입체구조는 도메인 폐쇄시 단백질의 [[소수성]] 영역의 노출로 인해 입체구조적으로 보다 안정하다.<ref name="pmid2124145" />

=== 마그네슘의 역할 ===
[[마그네슘]] 이온은 일반적으로 포스포글리세르산의 뉴클레오타이드 기질의 인산기와 복합체를 형성한다. 마그네슘이 없으면 효소가 활성을 갖지 못하는 것으로 알려져 있다.<ref name=Varga>{{저널 인용| vauthors = Varga A, Palmai Z, Gugolya Z, Gráczer É, Vonderviszt F, Závodszky P, Balog E, Vas M | title = Importance of aspartate residues in balancing the flexibility and fine-tuning the catalysis of human 3-phosphoglycerate kinase | journal = Biochemistry | volume = 51 | issue = 51 | pages = 10197–207 | date = December 2012 | pmid = 23231058 | doi = 10.1021/bi301194t }}</ref> [[원자가|2가]] 금속 이온은 효소 [[리간드]]가 결합된 인산기의 음전하를 차폐하는 것을 도와서 [[친핵체|친핵성 공격]]이 일어날 수 있도록 한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Cliff MJ, Bowler MW, Varga A, Marston JP, Szabó J, Hounslow AM, Baxter NJ, Blackburn GM, Vas M, Waltho JP | title = Transition state analogue structures of human phosphoglycerate kinase establish the importance of charge balance in catalysis | journal = Journal of the American Chemical Society | volume = 132 | issue = 18 | pages = 6507–16 | date = May 2010 | pmid = 20397725 | doi = 10.1021/ja100974t  }}</ref> 이러한 전하 안정화는 인산기 전이반응의 전형적인 특징이다. 포스포글리세르산 키네이스가 두 기질과 결합할 때 이온은 또한 도메인 폐쇄를 촉진할 수 있다는 이론이 있다.<ref name=Varga />

== 메커니즘 ==
[[파일:PGK Mechanism.jpg|섬네일|오른쪽|220px|해당과정에서 포스포글리세르산 키네이스의 작용 메커니즘.]]
포스포글리세르산 키네이스는 [[반응물|기질]]과 결합하지 않으면 개방형 입체구조로 존재한다. [[삼탄당]] 및 뉴클레오타이드 기질들이 각각 [[N 말단|N-말단]] 및 [[C 말단|C-말단]] 도메인에 결합된 후, 광범위한 힌지-벤딩 움직임이 발생하여, 도메인 및 도메인에 결합된 기질이 근접하여 폐쇄형 입체구조를 형성한다.<ref>{{저널 인용|last=Banks|first=R. D.|author2=Blake, C. C. F. |author3=Evans, P. R. |author4=Haser, R. |author5=Rice, D. W. |author6=Hardy, G. W. |author7=Merrett, M. |author8= Phillips, A. W. |title=Sequence, structure and activity of phosphoglycerate kinase: a possible hinge-bending enzyme|journal=Nature|date=28 June 1979|volume=279|issue=5716|pages=773–777|doi=10.1038/279773a0|pmid=450128}}</ref> 이어서 [[해당과정]]의 방향으로 반응이 진행될 경우, [[아데노신 이인산|ADP]]의 β-인산은 [[1,3-비스포스포글리세르산]]의 1번 인산에 대한 [[친핵체|친핵성 공격]]을 개시한다. 효소의 Lys<sup>219</sup> 잔기는 인산기를 기질로 안내한다.

포스포글리세르산 키네이스는 초기 결합 상태에서 2개의 안정화된 산소와는 반대로 [[전이 상태]]에서 3개의 인산의 산소가 모두 [[리간드]]에 의해 안정화되기 때문에 폐쇄형 입체구조의 효소에서 결합된 기질의 배열보다 유리한 전하가 안정화된 전이 상태를 진행시킨다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Bernstein BE, Hol WG | title = Crystal structures of substrates and products bound to the phosphoglycerate kinase active site reveal the catalytic mechanism | journal = Biochemistry | volume = 37 | issue = 13 | pages = 4429–36 | date = March 1998 | pmid = 9521762 | doi = 10.1021/bi9724117 }}</ref>

[[해당과정]]에서 [[1,3-비스포스포글리세르산]]은 [[인산염|인산기]] 공여체이며, 인산기 전달 포텐셜이 높다. [[아데노신 삼인산|ATP]]를 생성하기 위한 포스포글리세르산 키네이스에 의한 1,3-비스포스포글리세르산에서 ADP로의 인산기의 [[촉매]] 전달은 이전의 해당과정 단계([[글리세르알데하이드 3-인산]]의 [[3-포스포글리세르산]]으로의 전환)의 탄소-산화 반응을 강화시킬 수 있다.

== 조절 ==
포스포글리세르산 키네이스는 피로인산, [[황산염|황산]], [[인산염|인산]], [[시트르산]]과 같은 저농도의 다양한 다가 음이온들에 의해 활성화된다. 고농도의 MgATP 및 3-포스포글리세르산은 포스포글리세르산 키네이스를 활성화시키는 반면, 고농도의 Mg2<sup>+</sup>는 비경쟁적으로  포스포글리세르산 키네이스를 저해한다.<ref name=LarssonR-1967>{{저널 인용| vauthors = Larsson-Raźnikiewicz M | title = Kinetic studies on the reaction catalyzed by phosphoglycerate kinase. II. The kinetic relationships between 3-phosphoglycerate, MgATP2-and activating metal ion | journal = Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology | volume = 132 | issue = 1 | pages = 33–40 | date = Jan 1967 | pmid = 6030358 | doi = 10.1016/0005-2744(67)90189-1 }}</ref>

포스포글리세르산 키네이스는 [[뉴클레오타이드]] [[반응물|기질]]들에 대해 넓은 특이성을 나타낸다.<ref name=Varga_nuc>{{저널 인용| vauthors = Varga A, Chaloin L, Sági G, Sendula R, Gráczer E, Liliom K, Závodszky P, Lionne C, Vas M | title = Nucleotide promiscuity of 3-phosphoglycerate kinase is in focus: implications for the design of better anti-HIV analogues | journal = Molecular BioSystems | volume = 7 | issue = 6 | pages = 1863–73 | date = June 2011 | pmid = 21505655 | doi = 10.1039/c1mb05051f }}</ref> 포스포글리세르산 키네이스의 활성은 [[살리실산]]에 의해 저해되는데, 이는 살리실산의 구조가 효소의 뉴클레오타이드 기질과 유사하기 때문인 것으로 보인다.<ref>{{저널 인용|last=Larsson-Raźnikiewicz|first=Märtha|author2=Wiksell, Eva|title=Inhibition of phosphoglycerate kinase by salicylates|journal=Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology|date=1 March 1978|volume=523|issue=1|pages=94–100|doi=10.1016/0005-2744(78)90012-8|pmid=343818}}</ref>

거대 분자 군집은 컴퓨터 시뮬레이션 및 [[생체외]] 환경 시뮬레이션 둘 다에서 포스포글리세르산의 활성을 증가시키는 것으로 나타났다. 군집화의 결과, 효소는 보다 효소적으로 활성이 높아지고 더 조밀해진다.<ref name="Dhar" />

== 질병 관련성 ==
사람에서 포스포글리세르산 키네이스 결핍증은 [[용혈성 빈혈]], [[정신 질환]], [[근육병]]과 관련된 X-연관 열성 형질이며,<ref name="pmid6689547">{{저널 인용| vauthors = Yoshida A, Tani K | title = Phosphoglycerate kinase abnormalities: functional, structural and genomic aspects | journal = Biomedica Biochimica Acta | volume = 42 | issue = 11–12 | pages = S263-7 | year = 1983 | pmid = 6689547 | doi =  }}</ref><ref name="Beutler2006">{{저널 인용| vauthors = Beutler E | title = PGK deficiency | journal = British Journal of Haematology | volume = 136 | issue = 1 | pages = 3–11 | date = Jan 2007 | pmid = 17222195 | doi = 10.1111/j.1365-2141.2006.06351.x }}</ref> 형태에 따라 용혈성 형태와 근병증성 형태가 있다.<ref>[https://ghr.nlm.nih.gov/condition/phosphoglycerate-kinase-deficiency NIH Genetics Home Reference]</ref> 형질을 발현시키는 유전자가 X염색체에 존재하기 때문에 일반적으로 하나의 X염색체를 가지고 있는 남성에서 완전하게 표현되며, 영향을 받는 여성은 일반적으로 무증상이다.<ref name="Chiarelli2012 "/><ref name="Beutler2006" /> 이 상태는 Pgk1의 돌연변이, PGK1을 암호화하는 유전자의 [[돌연변이]]로 확인되었다.<ref name="Beutler2006" /><ref name=Chiarelli2012 /> 분자 수준에서 Pgk1의 돌연변이는 열 안정성을 손상시키고, 효소의 촉매 활성을 저해한다.<ref name=Chiarelli2012>{{저널 인용| vauthors = Chiarelli LR, Morera SM, Bianchi P, Fermo E, Zanella A, Galizzi A, Valentini G | title = Molecular insights on pathogenic effects of mutations causing phosphoglycerate kinase deficiency | journal = PLOS ONE | volume = 7 | issue = 2 | pages = e32065 | year = 2012 | pmid = 22348148 | pmc = 3279470 | doi = 10.1371/journal.pone.0032065 }}</ref> 포스포글리세르산 키네이스는 X-연관 유전자에 의해 암호화되는 [[해당과정]]의 유일한 효소이다. 용혈성 빈혈의 경우, [[적혈구]]에서 포스포글리세르산 키네이스 결핍증이 발생한다. 현재 포스포글리세르산 키네이스 결핍증에 대한 결정적인 치료법은 존재하지 않는다.<ref name=Rhodes_bone_marrow>{{저널 인용| vauthors = Rhodes M, Ashford L, Manes B, Calder C, Domm J, Frangoul H | title = Bone marrow transplantation in phosphoglycerate kinase (PGK) deficiency | journal = British Journal of Haematology | volume = 152 | issue = 4 | pages = 500–2 | date = February 2011 | pmid = 21223252 | doi = 10.1111/j.1365-2141.2010.08474.x }}</ref>

PGK1의 과발현은 [[위암]]과 관련이 있으며, [[생체외]] 실험에서 위암 세포의 침습성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Zieker D, Königsrainer I, Tritschler I, Löffler M, Beckert S, Traub F, Nieselt K, Bühler S, Weller M, Gaedcke J, Taichman RS, Northoff H, Brücher BL, Königsrainer A | title = Phosphoglycerate kinase 1 a promoting enzyme for peritoneal dissemination in gastric cancer | journal = International Journal of Cancer | volume = 126 | issue = 6 | pages = 1513–20 | date = March 2010 | pmid = 19688824 | doi = 10.1002/ijc.24835 | pmc=2811232}}</ref> 효소는 [[신생물|종양]] 세포에 의해 분비되고 혈관신생 과정에 참여하여 [[안지오스타틴]]의 방출 및 종양에서의 [[혈관]] 생장의 억제를 초래한다.<ref name=Hogg /><ref name="Hogg"/>

[[뉴클레오타이드]] 기질들에 대한 광범위한 특이성으로 인해, 포스포글리세르산 키네이스는 뉴클레오타이드 기반의 [[인간면역결핍 바이러스|HIV]] [[항바이러스제]]의 인산화 및 활성화에 참여하는 것으로 알려져 있다.<ref name=Varga_nuc /><ref>{{저널 인용| vauthors = Gallois-Montbrun S, Faraj A, Seclaman E, Sommadossi JP, Deville-Bonne D, Véron M | title = Broad specificity of human phosphoglycerate kinase for antiviral nucleoside analogs | journal = Biochemical Pharmacology | volume = 68 | issue = 9 | pages = 1749–56 | date = November 2004 | pmid = 15450940 | doi = 10.1016/j.bcp.2004.06.012 }}</ref>

== 사람의 동질효소 ==
사람에서 포스포글리세르산 키네이스의 동질효소로는 포스포글리세르산 키네이스 1 및 포스포글리세르산 키네이스 2가 있다.

== 같이 보기 ==
* [[3-포스포글리세르산]]
* [[탈수소효소]]
* [[전이효소]]

== 각주 ==
{{각주|30em}}

== 외부 링크 ==
* {{MeshName|Phosphoglycerate+kinase}}
* [https://web.archive.org/web/20060902055907/http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/NOTES/ENZYMES/pgk.html Illustration at arizona.edu]

{{효소}}
{{해당과정}}
{{해당과정의 효소}}

[[분류:EC 2.7.2]]
[[분류:해당]]
[[분류:인간 X 염색체상 유전자]]
[[분류:인간 6번 염색체상 유전자]]