Fosfofruktokinase 1

Fosfofruktokinase-1 (PFK-1, ) adalah salah satu enzim kawal atur yang paling penting dalam glikolisis. Ia adalah enzim alosterik yang diperbuat daripada 4 subunit, dan dikawal oleh banyak pengaktif dan perencat. PFK-1 memangkinkan langkah penting glikolisis "komited", yakni langkah ketiga: penukaran fruktosa 6-fosfat dan ATP kepada fruktosa 1,6-bisfosfat dan ADP. Glikolisis ialah asas respirasi, kedua-dua jenis anaerobik mahupun aerobik. Oleh kerana fosfofruktokinase (PFK) memangkinkan fosforilasi yang bergantung kepada ATP untuk menukar fruktosa-6-fosfat kepada fruktosa 1,6-bifosfat dan ADP, ia merupakan salah satu langkah pengawalseliaan utama glikolisis. PFK mampu mengawal glikolisis melalui perencatan alosterik, dan dengan cara ini, sel boleh meningkatkan atau mengurangkan kadar glikolisis sebagai tindak balas kepada keperluan tenaga sel. Sebagai contoh, nisbah ATP kepada ADP yang tinggi akan menghalang PFK dan glikolisis. Perbezaan utama antara kawal atur PFK dalam eukariot dan prokariot ialah dalam eukariot PFK diaktifkan oleh fruktosa 2,6-bifosfat. Tujuan fruktosa 2,6-bifosfat adalah untuk menggantikan perencatan ATP, sekali gus membolehkan eukariot mempunyai kepekaan yang lebih besar terhadap kawal atur oleh hormon seperti glukagon dan insulin.

Struktur 
PFK1 Mamalia ialah tetramer 340 kd yang terdiri daripada gabungan berbeza tiga jenis subunit: otot (M), hati (L), dan platelet (P). Komposisi tetramer PFK1 berbeza mengikut jenis tisu yang terdapat di dalamnya. Sebagai contoh, otot matang hanya mengekspresikan isozim M, oleh itu, otot PFK1 hanya terdiri daripada homotetramer M4. Hati dan buah pinggang mengekspresikan kebanyakan isoform L. Dalam sel darah merah, kedua-dua subunit M dan L mengalami tetramerisasi rawak untuk membentuk M4, L4 dan tiga bentuk hibrid enzim (ML3, M2L2, M3L). Akibatnya, sifat kinetik dan pengawalseliaan pelbagai kumpulan isoenzim bergantung kepada komposisi subunit. Perubahan khusus tisu dalam aktiviti PFK dan kandungan isoenzim menyumbang dengan ketara kepada kepelbagaian kadar glikolisis dan glukoneogenesis yang telah diperhatikan di tisu yang berbeza.

Mekanisme 
PFK1 ialah enzim alosterik yang aktivitinya boleh diterangkan menggunakan model simetri alosterisme, di mana terdapat peralihan bersepadu daripada keadaan T tidak aktif secara enzimatik kepada keadaan R aktif. F6P mengikat dengan pertalian tinggi kepada keadaan R tetapi bukan enzim keadaan T. Bagi setiap molekul F6P yang mengikat ke PFK1, enzim secara beransur-ansur beralih dari keadaan T ke keadaan R. Oleh itu, graf yang memplot aktiviti PFK1 terhadap peningkatan kepekatan F6P akan menggunakan bentuk lengkung sigmoid yang secara tradisinya dikaitkan dengan enzim alosterik.

peraturan 
PFK1 ialah tapak kawalan yang paling penting dalam laluan glikolisis mamalia. Langkah ini tertakluk kepada peraturan yang meluas kerana ia bukan sahaja sangat eksergonik di bawah keadaan fisiologi, tetapi juga kerana ia merupakan langkah komited - tindak balas pertama yang tidak boleh diterbalikkan yang unik kepada laluan glikolisis. Ini membawa kepada kawalan tepat glukosa dan monosakarida lain galaktosa dan fruktosa menuruni laluan glikolisis. Sebelum tindak balas enzim ini, glukosa 6-fosfat berpotensi boleh bergerak ke laluan pentosa fosfat, atau ditukar menjadi glukosa-1-fosfat lalu ke glikogenesis.

PFK1 dihalang secara alosteri oleh tahap ATP yang tinggi sementara AMP membalikkan tindakan perencatan ATP. Oleh itu, aktiviti enzim meningkat apabila nisbah ATP/AMP sel diturunkan. Dengan itu, glikolisis dirangsang apabila cas tenaga jatuh. PFK1 mempunyai dua tapak dengan pertalian berbeza untuk ATP yang merupakan substrat dan perencat.

PFK1 juga dihalang oleh tahap pH yang rendah yang menambah kesan perencatan ATP. pH jatuh apabila otot berfungsi secara anaerobik dan menghasilkan kuantiti asid laktik yang berlebihan (walaupun asid laktik itu sendiri bukanlah punca penurunan pH ). Kesan perencatan ini berfungsi untuk melindungi otot daripada kerosakan yang akan terhasil daripada pengumpulan terlalu banyak asid. 

Akhirnya, PFK1 dihalang secara alosterik oleh fosfoenolpiruvat (PEP), sitrat, dan ATP. Asid fosfoenolpiruvik ialah produk di bahagian akhir glikolisis (langkah kesembilan). Walaupun sitrat terkumpul apabila enzim kitaran Krebs menghampiri halaju maksimumnya, adalah dipersoalkan sama ada sitrat terkumpul kepada kepekatan yang mencukupi untuk menghalang PFK-1 di bawah keadaan fisiologi normal. Pengumpulan kepekatan ATP menunjukkan lebihan tenaga dan mempunyai tapak modulasi alosterik pada PFK1 di mana ia mengurangkan pertalian PFK1 untuk substratnya.

PFK1 diaktifkan secara alosteri oleh kepekatan AMP yang tinggi, tetapi pengaktif yang paling ketara ialah fruktosa 2,6-bifosfat, yang juga dihasilkan daripada fruktosa-6-fosfat oleh enzim saudara, PFK2. Oleh itu, kelimpahan F6P menghasilkan kepekatan fruktosa 2,6-bifosfat (F-2,6-BP) yang lebih tinggi. Pengikatan F-2,6-BP meningkatkan afiniti PFK1 bagi F6P, dan mengurangkan kesan perencatan ATP. Ini adalah contoh rangsangan suapan hadapan kerana glikolisis dipercepatkan apabila glukosa adalah banyak. 

Aktiviti PFK dikurangkan melalui represi sintesis oleh glukagon. Glukagon mengaktifkan protein kinase A yang seterusnya mematikan aktiviti kinase PFK2. Ini membalikkan sebarang sintesis F-2,6-BP daripada F6P, dan dengan itu, menyahaktifkan PFK1.

Kepentingan klinikal 
Mutasi genetik dalam gen PFKM mengakibatkan penyakit Tarui, iaitu gangguan simpanan glikogen, di mana keupayaan jenis sel tertentu untuk menggunakan karbohidrat sebagai sumber tenaga terjejas. 

Penyakit Tarui ialah penyakit berkenaan simpanan glikogen dengan gejala termasuk kelemahan otot (miopati), kekejangan, myoglobinuria (kehadiran mioglobin dalam air kencing, menunjukkan kemusnahan otot) dan hemolisis pampasan. ATP selaku perencat alosterik semula jadi PFK bertindak untuk mengelakkan pengeluaran ATP yang tidak perlu melalui glikolisis. Walau bagaimanapun, mutasi dalam Asp(543)Ala boleh mengakibatkan ATP mempunyai kesan perencatan yang lebih kuat (disebabkan oleh peningkatan pengikatan pada tapak pengikatan alosterik perencatan PFK).

Rujukan 

Glikolisis
EC 2.7.1