Fosfofruktokinase 2

Fosfofruktokinase-2 (6-fosphofrukto-2-kinase, PFK-2) atau fruktosa bifosfatase-2 (FBPase-2), ialah enzim yang bertanggungjawab secara tidak langsung untuk mengawal kadar glikolisis dan glukoneogenesis dalam sel. Ia memangkinkan pembentukan dan degradasi pengawal atur alosterik ketara, fruktosa-2,6-bifosfat (Fru-2,6-P2) daripada substrat fruktosa-6-fosfat. Fru-2,6-P2 menyumbang kepada langkah penentu kadar glikolisis kerana ia mengaktifkan enzim fosfofruktokinase 1 dalam laluan glikolisis, dan menghalang fruktosa-1,6-bisfosfatase 1 dalam glukoneogenesis. Oleh kerana Fru-2,6-P2 secara berbeza mengawal glikolisis dan glukoneogenesis, ia boleh bertindak sebagai isyarat utama untuk bertukar antara laluan yang bertentangan. Oleh kerana PFK-2 menghasilkan Fru-2,6-P2 sebagai tindak balas kepada isyarat hormon, metabolisme boleh dikawal dengan lebih sensitif dan cekap untuk sejajar dengan keperluan glikolisis organisma. Enzim ini mengambil bahagian dalam metabolisme fruktosa dan manosa. Enzim ini penting dalam kawal atur metabolisme karbohidrat hepatik, dan didapati dalam kuantiti yang paling banyak dalam hati, buah pinggang dan jantung. Dalam mamalia, beberapa gen sering menyandikan isoform yang berbeza, setiap satunya berbeza dalam pengedaran tisu dan aktiviti enzimatiknya. Keluarga yang diterangkan di sini mempunyai persamaan dengan fosfofruktokinase yang dipacu ATP, walau bagaimanapun, mereka berkongsi sedikit persamaan urutan, walaupun beberapa sisa kelihatan penting untuk interaksi mereka dengan fruktosa 6-fosfat.

PFK-2 dikenali sebagai "enzim dwifungsi" kerana strukturnya yang ketara: walaupun kedua-duanya terletak pada satu homodimer protein, dua domainnya bertindak sebagai satu enzim yang berfungsi secara bebas. Satu terminal berfungsi sebagai domain kinase (PFK-2) manakala terminal lain bertindak sebagai domain fosfatase (FBPase-2).

Dalam mamalia, mekanisme genetik menyandikan isoform PFK-2 yang berbeza untuk menampung keperluan khusus tisu. Walaupun fungsi umum kekal sama, isoform mempunyai sedikit perbezaan dalam sifat enzimatik dan dikawal oleh kaedah peraturan yang berbeza; perbezaan ini dibincangkan di bawah.

Struktur 
Monomer protein dwifungsi dibahagikan dengan jelas kepada dua domain berfungsi. Domain kinase terletak di terminal-N. Ia terdiri daripada helaian enam lembar-β tengah, dengan lima helai selari dan helai tepi antiselari, dikelilingi oleh tujuh heliks-α. Domain tersebut mengandungi lipatan pengikat nukleotida (nbf) pada hujung terminal-C bagi untaian β pertama. Domain PFK-2 nampaknya berkait rapat dengan superkeluarga protein pengikat mononukleotida, termasuk adenilat siklase.

Sebaliknya, domain fosfatase terletak di terminal C. Ia menyerupai keluarga protein yang termasuk mutasi fosfogliserat dan fosfatase asid. Domain ini mempunyai struktur α/β bercampur, dengan enam helaian-β pusat, ditambah subdomain α-heliks tambahan yang meliputi tapak aktif molekul yang disangka. Akhirnya, rantau terminal N memodulasi aktiviti PFK-2 dan FBPase2, dan menstabilkan bentuk dimer enzim.

Fungsi 
Fungsi utama enzim ini adalah untuk mensintesis atau merendahkan pengawal selia alosterik Fru-2,6-P 2 sebagai tindak balas kepada keperluan glikolisis sel atau organisma, seperti yang digambarkan dalam rajah yang disertakan.

Dalam enzimologi, 6-fosfofrukto-2-kinase () ialah enzim yang memangkinkan tindak balas kimia:

 ATP + beta-D-fruktosa 6-fosfat  ADP + beta-D-fruktosa 2,6-bisfosfat

Oleh itu, domain kinase menghidrolisiskan ATP untuk memfosforilasi karbon-2 fruktosa-6-fosfat, menghasilkan Fru-2,6-P2 dan ADP . Perantaraan fosfohistidina terbentuk dalam tindak balas.

Di terminal lain, domain fruktosa-2,6-bifosfat 2-fosfatase (EC 3.1.3.46) menyahfosforilasi Fru-2,6-P2 dengan penambahan air. Tindak balas kimia yang bertentangan ini ialah:

 beta-D-fruktosa 2,6-bifosfat + H2O  D-fruktosa 6-fosfat + fosfat

Oleh kerana sifat dwifungsi enzim, ia boleh dikategorikan kepada beberapa keluarga. Melalui pengkategorian mengikut tindak balas kinase, enzim ini tergolong dalam keluarga transferase, khususnya yang memindahkan kumpulan yang mengandungi fosforus (fosfotransferase) dengan kumpulan alkohol sebagai penerima. Sebaliknya, tindak balas fosfatase adalah ciri keluarga hidrolase, khususnya yang bertindak pada ikatan monoester fosfor.

Kawal atur 
Dalam hampir semua isoform, PFK-2 mengalami pengubahsuaian kovalen melalui fosforilasi/defosforilasi berdasarkan isyarat hormon sel. Fosforilasi sisa tertentu mungkin mendorong anjakan yang menstabilkan fungsi domain kinase atau fosfatase. Isyarat peraturan ini dengan itu mengawal sama ada F-2,6-P2 akan disintesis atau terdegradasi.

Tambahan pula, kawal atur alosterik PFK2 sangat serupa dengan kawal atur PFK1. Tahap AMP atau kumpulan fosfat yang tinggi menandakan keadaan cas tenaga yang rendah, dan dengan itu, merangsang PFK2. Sebaliknya, kepekatan fosfoenolpiruvat (PEP) dan sitrat yang tinggi menandakan bahawa terdapat tahap pelopor biosintetik yang tinggi, dan dengan itu, menghalang PFK2. Tidak seperti PFK1, PFK2 tidak terjejas oleh kepekatan ATP.

Isozim 
Isozim protein ialah enzim yang memangkinkan tindak balas yang sama tetapi dikodkan dengan jujukan asid amino yang berbeza dan oleh itu, memaparkan sedikit perbezaan dalam ciri protein. Pada manusia, empat gen yang mengekod protein fosfofruktokinase 2 termasuk PFKFB-1, PFKFB2, PFKFB3 dan PFKFB4.

PFKB1: Hati, otot dan janin 

Terletak pada kromosom X, gen ini adalah yang paling terkenal daripada empat gen terutamanya kerana ia mengekod enzim hati yang banyak dikaji. Pemotongan mRNA pelbagai bagi PFKB1 menghasilkan tiga promoter berbeza (L, M dan F) dan oleh itu, tiga varian khusus tisu yang berbeza dalam kawal atur:

 Jenis L (liver): tisu hati
 Insulin mengaktifkan fungsi PFK-2 hati untuk menanda kelimpahan glukosa darah yang tinggi tersedia untuk glikolisis. Insulin mengaktifkan fosfatase protein yang menyahfosforilasi kompleks PFK-2 dan menyebabkan kecenderungan pengaktifan PFK-2. PFK-2 kemudiannya meningkatkan pengeluaran F-2,6-P2. Oleh kerana produk ini secara alosterik mengaktifkan PFK-1, ia mengaktifkan glikolisis dan menghalang glukoneogenesis.
 Sebaliknya, glukagon meningkatkan aktiviti FBPase-2. Pada kepekatan glukosa darah rendah, glukagon mencetuskan lata isyarat cAMP dan seterusnya, protein kinase A (PKA) memfosforilasi serina-32 berhampiran terminal N. Ini menyahaktifkan keupayaan enzim dwifungsi untuk bertindak sebagai kinase dan menstabilkan aktiviti fosfatase. Oleh itu, glukagon mengurangkan kepekatan F-2,6-P2, melambatkan kadar glikolisis, dan merangsang laluan glukoneogenesis.

 Jenis M (muscle): tisu otot rangka; jenis F (fetus): fibroblas dan tisu janin
 Berbeza dengan kebanyakan tisu PFK-2 yang lain, PFK-2 dalam kedua-dua otot rangka dan tisu janin dikawal sepenuhnya oleh kepekatan fruktosa-6-fosfat. Dalam ekson pertama mereka, tiada tapak kawal atur yang memerlukan fosforilasi/defosforilasi untuk mencetuskan perubahan dalam fungsi. Kepekatan F-6-P yang tinggi akan mengaktifkan fungsi kinase dan meningkatkan kadar glikolisis, manakala kepekatan F-6-P yang rendah akan menstabilkan tindakan fosfatase.

Rujukan 

Glikolisis
EC 2.7.1
EC 3.1.3