Фосфоглицерат киназа

Фосфоглицерат киназа (EC 2.7.2.3) (Фосфоглицерат киназа1) е ензим кој катализира реверзибилен трансфер на фосфатна група од 1,3-бисфосфоглицеринска киселина (1,3-BPG) во аденозин дифосфат (ADP) произведувајќи 3-фосфоглицеринска киселина (3-PG) и аденозин трифосфат (ATP):
Како и повеќето други кинази, претставува трансфераза. Фосфоглицерат киназа е главен ензим што се користи во гликолизата, во првиот чекор на добивање на ATP од гликолитичкиот пат. Во глуконеогенезата, реакцијата катализирана од Фосфоглицерат киназа се одвива во спротивниот правец, генерирајќи ADP и 1,3-BPG.
Кај човекот, досега се идентификувани два изозими на фосфоглицерат киназа, фосфоглицерат киназа 1 и фосфоглицерат киназа 2. Изозимите имаат 87-88% идентичен состав на аминокиселинската секвенца и иако се структурно и функционално блиски, тие поседуваат различни локализации: Фосфоглицерат киназа2, кодиран од страна на автозомен ген, е уникатен за мејотичките и постмејотичките сперматогени клетки, додека Фосфоглицерат киназа1, чиј ген е сместен на X-хромозомот, е сеприсутен во сите клетки.
1 Биолошка функција
Фосфоглицерат киназа е присутен во сите живи организми како еден од двата ензими што учествуваат во создавање на ATP во гликолизата. Во глуконеогениот пат, Фосфоглицерат киназа ја катализира спротивната реакција. Под биохемиски стандардни услови, гликолитичката насока е таа која што се фаворизира.
Во Калвиновиот циклус кај фотосинтетските организми, Фосфоглицерат киназа катализира фосфорилација на 3-PG, произведувајќи 1,3-BPG и ADP, како дел од реакциите што ја регенерираат рибулоза-1,5-бисфосфатот.
Приметено е дека Фосфоглицерат киназа поседува тиол оксиредуктазна активност врз плазминот, што доведува до создавање на ангиостатин, кој ја инхибира ангиогенезата и растот на туморот. Исто така, било покажано дека ензимот учествува во репликацијата и поправката на ДНК во јадрата на клетките кај цицачите.
Човечкиот изозим на Фосфоглицерат киназа2, кој се јавува само за време на сперматогенезата, се покажал како неопходен за функционалноста на спермата кај глувците.
2 Структура
2.1 Преглед
Фосфоглицерат киназа се среќава кај сите живи организми и неговата секвенца е добро зачувана во текот на еволуцијата. Ензимот се јавува како мономер од 415 амино-киселнински остатоци што содржи два домени со приближно еднаква големина што одговараат на N-терминалниот и C-терминалниот крај на протеинот. 3-фосфоглицератот(3-PG) се врзува за N-терминалот, додека нуклеотидните супстрати, MgATP или MgADP, се врзуваат за C-терминалниот домен на ензимот. Оваа проширена структура со два домени е поврзана со големи конформациски промени, слични на оние што се наоѓаат кај хексокиназата. Двата домени на протеинот се одделени со пукнатина и поврзани со две алфа-завојница. Во јадрото на секој домен се наоѓа 6-верижна паралелна бета-плоча опкружена со алфа-хеликси. Двата лобуси се способни за независно склопување, што е во согласност со појавата на меѓупроизводи на патеката на склопување со преклопен еден домен. Иако врзувањето на кој било супстрат предизвикува конформациска промена, само преку врзувањето на двата супстрати се случува затворање на домените, што доведува до трансфер на фосфатната група.
2.2 Улога на магнезиум
Магнезиумовите јони нормално се комплексираат со фосфатните групи, во нуклеотидните супстрати на Фосфоглицерат киназа. Познато е дека при отсуство на магнезиум, не се јавува ензимска активност. Двовалентниот метален јон им помага на ензимските лиганди да ги заштитат негативните полнежи на сврзаната фосфатна група, дозволувајќи да се случи нуклеофилниот напад; оваа стабилизација на полнежот е типична карактеристика на реакцијата на фосфотрансфер. Се претпоставува дека јонот може да го индуцира и затворањето на домените кога Фосфоглицерат киназа ги врзал двата супстрати.
3 Механизам
Кога не е врзан ниту еден субстрат, Фосфоглицерат киназа постои во „отворена“ конформација. Откако и триозниот и нуклеотидниот супстрат ќе се врзат за N-терминалниот и C-терминалниот домен, соодветно, се случува обемно движење на свиткување, приближувајќи ги домените и нивните врзани супстрати и доведувајќи до „затворена“ конформација. Потоа, во случај на директна гликолитичка реакција, бета-фосфатот на ADP иницира нуклеофилен напад врз 1-фосфатот на 1,3-BPG. Lys219 на ензимот ја води фосфатната група до супстратот.
Фосфоглицерат киназа поминува низ преодна состојба со стабилизиран полнеж, која е поповолна во однос на распоредот на сврзаниот супстрат во затворениот ензим, бидејќи кај преодната состојба, сите 3 фосфатни кислороди се стабилизирани со помош на лиганди, за разлика од само два стабилизирани кислородни атоми во почетната врзана состојба.
4 Регулација
Ензимот се активира со помош на ниски концентрации на разни мултивалентни анјони, како што се пирофосфатот, сулфатот, фосфатот и цитратот. Високите концентрации на MgATP и 3-PG го активираат фосфоглицерат киназа, додека Mg2+ јоните при високи концентрации неконкурентно го инхибираат ензимот.
Фосфоглицерат киназа покажува широка специфичност во однос на нуклеотидните супстрати. Неговата активност е инхибирана од страна на салицилати, кои се чини дека го имитираат нуклеотидниот супстрат на ензимот.