Fosfogliserat kinase

Fosfogliserat kinase () (PGK 1) ialah enzim yang memangkinkan pemindahan berbalik kumpulan fosfat daripada 1,3-bisfosfogliserat (1,3-BPG) kepada ADP lalu menghasilkan 3-fosfogliserat (3-PG) dan ATP:

 1,3-bisfosfogliserat + ADP ⇌ gliserat 3-fosfat + ATP

Seperti semua kinase, ia merupakan sebuah transferase. PGK ialah satu enzim utama yang digunakan dalam glikolisis, dan bertanggungjawab bagi langkah penjanaan ATP pertama bagi laluan glikolisis. Dalam glukoneogenesis, tindak balas yang dimangkinkan oleh PGK berjalan ke arah yang bertentangan, menghasilkan ADP dan 1,3-BPG.

Pada manusia, dua isozim PGK telah dikenal pasti setakat ini: PGK1 dan PGK2. Isozim mempunyai 87-88% keserupaan jujukan asid amino, dan walaupun ia serupa dari segi struktur dan fungsi, ia mempunyai penyetempatan yang berbeza: PGK2 yang dikodkan oleh gen autosom, adalah unik kepada sel spermatogenesis dalam meiosis dan pascameiosis, manakala PGK1 yang dikodkan di kromosom X, wujud merata dalam semua jenis sel.

 Fungsi biologi 
PGK hadir dalam semua organisma hidup sebagai salah satu daripada dua enzim penjana ATP dalam glikolisis. Dalam laluan glukoneogenesis, PGK memangkinkan tindak balas terbalik. Di bawah keadaan piawai biokimia, arah glikolisis diutamakan. 

Dalam kitaran Calvin dalam organisma fotosintesis, PGK memangkinkan pemfosforilan 3-PG untuk menghasilkan 1,3-BPG dan ADP sebagai sebahagian daripada tindak balas yang menjana semula ribulosa-1,5-bisfosfat.

PGK telah dilaporkan mempamerkan aktiviti reduktase tiol di plasmin yang membawa kepada pembentukan angiostatin yang menghalang angiogenesis dan pertumbuhan tumor. Enzim itu juga diperhatikan untuk mengambil bahagian dalam replikasi dan pembaikan DNA dalam nukleus sel mamalia.

Isozim manusia PGK2, yang hanya diekspresikan semasa spermatogenesis diperhatikan penting bagi fungsi sperma pada tikus.

 Struktur 

 Gambaran keseluruhan 
PGK ditemui dalam semua organisma hidup dan urutannya telah sangat dipelihara sepanjang evolusi. Enzim wujud sebagai monomer  415 sisa asid amino yang mengandungi dua domain bersaiz hampir sama yang sepadan dengan terminal N dan C protein. 3-fosfogliserat (3-PG) mengikat di terminal N, manakala substrat nukleotida, MgATP atau MgADP, terikat di domain terminal C enzim. Struktur dua domain lanjutan ini dikaitkan dengan perubahan konformasi "engsel-lentur" berskala besar, sama seperti yang terdapat dalam heksokinase. Kedua-dua domain protein dipisahkan oleh celahan dan dihubungkan oleh dua alfa-heliks. Teras setiap domain memiliki enam helaian beta selari yang dikelilingi oleh heliks alfa. Kedua-dua lobus itu mampu melipat secara bebas selaras dengan kehadiran perantaraan di laluan lipatan dengan satu domain terlipat. Walaupun pengikatan mana-mana substrat mencetuskan perubahan konformasi, penutupan domain berlaku hanya melalui pengikatan kedua-dua substrat lalu membawa kepada pemindahan kumpulan fosfat.

Enzim mempunyai kecenderungan untuk wujud dalam konformasi terbuka dengan tempoh penutupan dan pemangkinan yang singkat, yang membolehkan resapan substrat dan produk yang cepat melalui tapak aktif; konformasi terbuka PGK lebih stabil berdasarkan konformasi disebabkan oleh pendedahan kawasan hidrofobik protein semasa penutupan domain.

 Peranan magnesium 
Ion magnesium biasanya dikomplekskan terhadap kumpulan fosfat substrat nukleotida PGK. Enzim diketahui bahawa tiada aktiviti enzim berlaku tanpa ion magnesium. Logam dwivalen membantu ligan enzim dalam melindungi cas negatif kumpulan fosfat terikat, membolehkan serangan nukleofilik berlaku; penstabilan cas ini ialah ciri khas tindak balas pemindahan fosforil. Ada teori bahawa ion juga boleh menggalakkan penutupan domain apabila PGK telah mengikat kedua-dua substrat.

 Mekanisme 
Tanpa sebarang substrat, PGK wujud dalam bentuk "terbuka". Selepas kedua-dua substrat triosa dan nukleotida terikat di domain terminal N dan C masing-masing, gerakan lentur engsel yang meluas berlaku, membawa domain dan substrat berdekatan sehingga membawa kepada konformasi "tertutup". Kemudian, dalam kes tindak balas glikolisis hadapan, beta-fosfat ADP memulakan serangan nukleofilik terhadap 1-fosfat 1,3-BPG. Lys219 pada enzim membimbing kumpulan fosfat ke substrat.

PGK meneruskan tindak balas melalui keadaan peralihan terstabil cas yang lebih bercenderung berbanding susunan substrat terikat dalam enzim tertutup kerana dalam keadaan peralihan, ketiga-tiga oksigen fosfat distabilkan oleh ligan, berbanding hanya dua oksigen terstabil dalam keadaan awal.

 Kawal atur 
Enzim ini diaktifkan oleh kepekatan rendah pelbagai anion multivalen seperti pirofosfat, sulfat, fosfat dan sitrat. Kepekatan tinggi MgATP dan 3-PG mengaktifkan PGK, manakala Mg2+ pada kepekatan tinggi tidak merencatkan enzim secara tak persaingan.

PGK mempamerkan pengkhususan yang luas terhadap substrat nukleotida. Aktivitinya dihalang oleh salisilat yang kelihatan menyerupai substrat nukleotida enzim.

Kesesakan makromolekul telah ditunjukkan meningkatkan aktiviti PGK dalam kedua-dua simulasi komputer dan persekitaran in vitro yang mensimulasikan bahagian dalam sel; akibat kesesakan, enzim menjadi lebih aktif dan padat.

 Kepentingan klinikal 
Kekurangan fosfogliserat kinase ialah sifat resesif berkaitan X yang dikaitkan dengan anemia hemolisis, gangguan mental dan miopati pada manusia, bergantung kepada bentuk–wujud bentuk hemolisis dan bentuk miopati.NIH Genetics Home Reference Memandangkan sifat tersebut berkait X, ia biasanya diekspresikan sepenuhnya pada lelaki yang mempunyai satu kromosom X; wanita yang terjejas biasanya tak bergejala. Keadaan ini terhasil daripada mutasi dalam Pgk1, gen pengekod PGK1, dan 20 mutasi telah dikenal pasti. Di peringkat molekul, mutasi dalam Pgk1 menjejaskan kestabilan haba, dan menghalang aktiviti pemangkin enzim. PGK ialah satu-satunya enzim dalam laluan glikolisis segera yang dikodkan oleh gen berkaitan X. Dalam kes anemia hemolisis, kekurangan PGK berlaku dalam eritrosit. Pada masa ini, tiada rawatan muktamad wujud bagi kekurangan PGK.

Ekspresi berlebihan PGK1 telah dikaitkan dengan kanser gastrik, dan didapati meningkatkan keterukan sel kanser gastrik secara in vitro. Enzim ini dirembeskan oleh sel tumor, dan mengambil bahagian dalam proses angiogenesis yang membawa kepada pembebasan angiostatin dan perencatan pertumbuhan saluran darah tumor.

Oleh kerana kekhususannya yang luas terhadap substrat nukleotida, PGK diketahui mengambil bahagian dalam pemfosforilan dan pengaktifan ubat antiretrovirus HIV yang berasaskan nukleotida.

 Isozim manusia 

 Rujukan 

 Pautan luar 


 Illustration at arizona.edu

Kategori:Glikolisis
Kategori:Enzim glikolisis
Kategori:EC 2.7.2