Piruvat kinase

Piruvat kinase ialah enzim yang terlibat dalam langkah terakhir glikolisis. Ia memangkinkan pemindahan kumpulan fosfat daripada fosfoenolpiruvat (PEP) ke adenosina difosfat (ADP), menghasilkan satu molekul piruvat dan satu molekul ATP. Kinase piruvat dinamakan secara tidak sesuai (tidak konsisten dengan kinase konvensional) sebelum diiktiraf bahawa ia tidak memangkinkan fosforilasi piruvat secara terus, di luar kelaziman fisiologi. Kinase piruvat hadir dalam empat isozim khusus tisu yang berbeza dalam haiwan, masing-masing terdiri daripada sifat kinetik tertentu yang diperlukan untuk menampung variasi dalam keperluan metabolik tisu yang pelbagai.

Isozim dalam vertebrata 
Empat isozim kinase piruvat hadir dalam vertebrata: L (hati), R (eritrosit), M1 (otot dan otak) dan M2 (tisu janin awal dan kebanyakan tisu dewasa). Isozim L dan R dinyatakan oleh gen PKLR, manakala isozim M1 dan M2 dinyatakan oleh gen PKM2. Isozim R dan L berbeza daripada M1 dan M2 kerana ia dikawal secara alosterik. Secara kinetik, isozim R dan L bagi piruvat kinase mempunyai dua keadaan konformasi yang berbeza; satu dengan afiniti substrat yang tinggi dan satu dengan afiniti substrat yang rendah. Keadaan R, yang dicirikan oleh afiniti substrat yang tinggi, berfungsi sebagai bentuk kinase piruvat yang diaktifkan dan distabilkan oleh PEP dan fruktosa 1,6-bifosfat (FBP), menggalakkan glikolisis. Keadaan T, yang dicirikan oleh afiniti substrat yang rendah, berfungsi sebagai bentuk piruvat kinase tidak aktif, terikat dan distabilkan oleh ATP dan alanina, menyebabkan fosforilasi kinase piruvat dan perencatan glikolisis. Isozim M2 kinase piruvat boleh membentuk tetramer atau dimer. Tetramer mempunyai afiniti tinggi terhadap PEP, manakala, dimer mempunyai afiniti rendah. Aktiviti enzim boleh dikawal dengan memfosforilasi tetramer PKM2 yang sangat aktif kepada dimer yang tidak aktif.

Reaksi

Glikolisis 
Terdapat dua langkah dalam tindak balas piruvat kinase dalam glikolisis. Pertama, PEP memindahkan kumpulan fosfat kepada ADP, menghasilkan ATP dan enolat piruvat. Kedua, proton mesti ditambah kepada enolat piruvat untuk menghasilkan bentuk piruvat berfungsi yang diperlukan oleh sel. Oleh kerana substrat untuk piruvat kinase ialah gula berfosfat ringkas, dan produknya ialah ATP, piruvat kinase ialah enzim asas yang mungkin terhadap evolusi kitaran glikolisis, dan mungkin merupakan salah satu enzim paling kuno dalam semua kehidupan Bumi. Fosfoenolpiruvat mungkin wujud secara abiotik, dan telah terbukti dihasilkan dalam kuantiti tinggi dalam laluan triosa glikolisis primitif.

Tindak balas yang dimangkinkan oleh piruvat kinase ialah langkah terakhir glikolisis. Ia adalah salah satu daripada tiga langkah pengehad kadar laluan ini. Langkah pengehad kadar ialah langkah yang lebih perlahan dan terkawal, dan dengan itu menentukan kadar keseluruhan laluan. Dalam glikolisis, langkah-langkah mengehadkan kadar digandingkan dengan sama ada hidrolisis ATP atau fosforilasi ADP, menyebabkan laluan itu menjadi lebih bertenaga dan pada dasarnya tidak dapat diterbalikkan dalam sel. Langkah terakhir ini dikawal ketat, dan tidak boleh diterbalikkan dengan sengaja kerana piruvat ialah blok binaan perantaraan yang penting terhadap laluan metabolik selanjutnya. Sebaik sahaja piruvat dihasilkan, ia sama ada memasuki kitaran TCA bagi pengeluaran ATP lanjutan dalam keadaan aerobik, atau ditukar kepada asid laktik atau etanol dalam keadaan anaerobik.

Glukoneogenesis: tindak balas sebaliknya 
Kinase piruvat juga berfungsi sebagai enzim pengawalseliaan glukoneogenesis, laluan biokimia di mana hati menjana glukosa daripada piruvat dan substrat lain. Glukoneogenesis menggunakan sumber bukan karbohidrat untuk membekalkan glukosa kepada otak dan sel darah merah pada masa kelaparan apabila rizab glukosa langsung telah habis. Semasa keadaan berpuasa, piruvat kinase dihalang, dengan itu menghalang "kebocoran" fosfoenolpiruvat daripada ditukar kepada piruvat; sebaliknya, fosfoenolpiruvat ditukar kepada glukosa melalui lata tindak balas glukoneogenesis. Walaupun ia menggunakan enzim yang serupa, glukoneogenesis bukanlah kebalikan glikolisis. Ia sebaliknya adalah laluan yang memintas langkah-langkah glikolisis yang tidak dapat dipulihkan. Tambahan pula, glukoneogenesis dan glikolisis tidak berlaku serentak dalam sel pada bila-bila masa kerana ia dikawal secara timbal balik oleh isyarat sel. Sebaik sahaja laluan glukoneogenesis selesai, glukosa yang dihasilkan dikeluarkan dari hati, memberikan tenaga untuk tisu penting dalam keadaan berpuasa.

Kawal atur 
Glikolisis dikawal ketat di tiga langkah pemangkinnya: fosforilasi glukosa oleh heksokinase, fosforilasi fruktosa-6-fosfat oleh fosfofruktokinase, dan pemindahan fosfat daripada PEP kepada ADP oleh piruvat kinase. Di bawah keadaan jenis liar, ketiga-tiga tindak balas ini tidak dapat diterbalikkan, mempunyai tenaga bebas negatif yang besar dan bertanggungjawab dalam pengawalseliaan laluan ini. Aktiviti kinase piruvat dikawal secara meluas oleh efektor alosterik, pengubah kovalen dan kawalan hormon. Walau bagaimanapun, pengawal selia kinase piruvat yang paling ketara ialah fruktosa-1,6-bisfosfat (FBP), yang berfungsi sebagai efektor alosterik untuk enzim.

Rujukan

Pautan luar 

 

Glikolisis
Enzim glikolisis
EC 2.7.1