| Фосфоглицераткиназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 2.7.2.3 | ||||||||
| Количество CAS | 9001-83-6 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | Amigo / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Фосфоглицераткиназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Структура дрожжевой фосфоглицераткиназы. [1] | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | PGK | ||||||||
| Pfam | PF00162 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001576 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00102 | ||||||||
| SCOP2 | 3pgk / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Фосфоглицераткиназа ( EC 2.7.2.3 ) (PGK 1) - это фермент, который катализирует обратимый перенос фосфатной группы от 1,3-бисфосфоглицерата (1,3-BPG) к АДФ, продуцирующему 3-фосфоглицерат (3-PG) и АТФ. :
- 1,3-бисфосфоглицерат + АДФ ⇌ глицерат 3-фосфат + АТФ
Как и все киназы, это трансфераза . PGK является основным ферментом, используемым в гликолизе , на первой стадии выработки АТФ гликолитического пути. В глюконеогенезе реакция, катализируемая PGK, протекает в противоположном направлении, образуя АДФ и 1,3-BPG.
У человека к настоящему времени идентифицированы два изофермента PGK , PGK1 и PGK2. Изоферменты имеют 87-88% идентичности аминокислотных последовательностей, и хотя они структурно и функционально похожи, они имеют разные локализации: PGK2, кодируемый аутосомным геном, уникален для мейотических и постмейотических сперматогенных клеток, в то время как PGK1, кодируемый на X -хромосома повсеместно экспрессируется во всех клетках. [2]
Биологическая функция [ править ]
PGK присутствует во всех живых организмах как один из двух ферментов, генерирующих АТФ при гликолизе. В глюконеогенном пути PGK катализирует обратную реакцию. В стандартных биохимических условиях предпочтение отдается гликолитическому направлению. [1]
В цикле Кальвина у фотосинтезирующих организмов PGK катализирует фосфорилирование 3-PG, производя 1,3-BPG и ADP, как часть реакций, регенерирующих рибулозо-1,5-бисфосфат .
ПГК, как сообщались, обладают тиольными редуктазами активности в отношении плазмина , что приводит к ангиостатину образованию, который ингибирует ангиогенез и опухоль рост. Было также показано, что фермент участвует в репликации и репарации ДНК в ядрах клеток млекопитающих . [3]
Было показано, что человеческий изофермент PGK2, который экспрессируется только во время сперматогенеза, необходим для функции сперматозоидов у мышей. [4]
Интерактивная карта проезда [ править ]
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылки на соответствующие статьи. [§ 1]
- ^ Интерактивную карту путей можно отредактировать на WikiPathways: " GlycolysisGluconeogenesis_WP534 " .
Структура [ править ]
Обзор [ править ]
PGK обнаружен во всех живых организмах, и его последовательность в течение всей эволюции сохранялась в высокой степени . Фермент существует в виде мономера из 415 остатков, содержащего два домена почти одинакового размера, которые соответствуют N- и C-концам белка. [5] 3-фосфоглицерат (3-PG) связывается с N-концом, в то время как нуклеотидные субстраты, MgATP или MgADP, связываются с C-концевым доменом фермента. Эта расширенная двухдоменная структура связана с крупномасштабными конформационными изменениями «шарнирного изгиба», подобными тем, которые обнаруживаются в гексокиназе . [6] Два домена белка разделены щелью и связаны двумя альфа-спиралями . [2]В основе каждого домена лежит 6-ти нитевой параллельный бета-лист, окруженный альфа-спиралями. Две доли способны сворачиваться независимо, что согласуется с присутствием промежуточных продуктов на пути сворачивания с одним сложенным доменом. [7] [8] Хотя связывание любого из субстратов вызывает конформационные изменения , только через связывание обоих субстратов происходит закрытие домена, что приводит к переносу фосфатной группы. [2]
Фермент имеет тенденцию существовать в открытой конформации с короткими периодами закрытия и катализа, что обеспечивает быструю диффузию субстрата и продуктов через сайты связывания; открытая конформация PGK более конформационно стабильна из-за экспонирования гидрофобной области белка при закрытии домена. [7]
Роль магния [ править ]
Ионы магния обычно образуют комплексы с фосфатными группами нуклеотидных субстратов PGK. Известно, что в отсутствие магния ферментативная активность отсутствует. [9] двухвалентный металл помогает ферментные лигандам в защитном отрицательные заряды связанной фосфатной группы, в позволяя нуклеофильная атаки произойти; такая стабилизация заряда является типичной характеристикой реакции фосфопереноса. [10] Предполагается, что ион может также способствовать закрытию домена, когда PGK связывает оба субстрата. [9]
Механизм [ править ]
Без привязки к субстрату PGK существует в «открытой» конформации . После того, как триоза и нуклеотидные субстраты связаны с N- и C-концевыми доменами, соответственно, происходит обширное движение изгиба шарнира, сближающее домены и связанные с ними субстраты и приводящее к «закрытой» конформации. [11] Затем, в случае прямой гликолитической реакции, бета-фосфат АДФ инициирует нуклеофильную атаку на 1-фосфат 1,3-BPG. Lys219 на ферменте направляет фосфатную группу к субстрату.
PGK проходит через переходное состояние со стабилизацией заряда , которое предпочтительнее по сравнению с расположением связанного субстрата в закрытом ферменте, потому что в переходном состоянии все три фосфатных кислорода стабилизируются лигандами , в отличие от только двух стабилизированных атомов кислорода в начальном связанном состоянии. . [12]
В гликолитическом пути 1,3-BPG является донором фосфата и имеет высокий потенциал переноса фосфорила. Катализируемый PGK перенос фосфатной группы от 1,3-BPG к ADP с образованием АТФ может привести в действие реакцию окисления углерода на предыдущей стадии гликолиза (превращение глицеральдегид-3-фосфата в 3-фосфоглицерат ).
Регламент [ править ]
Фермент активируется низкими концентрациями различных поливалентных анионов, таких как пирофосфат, сульфат, фосфат и цитрат. Высокие концентрации MgATP и 3-PG активируют PGK, тогда как Mg2 + в высоких концентрациях неконкурентно ингибирует фермент. [13]
PGK проявляет широкую специфичность по отношению к нуклеотидным субстратам. [14] Его активность подавляется салицилатами, которые имитируют нуклеотидный субстрат фермента. [15]
Было показано, что скопление макромолекул увеличивает активность PGK как в компьютерном моделировании, так и в средах in vitro, моделирующих внутреннюю часть клетки; в результате скученности фермент становится более ферментативно активным и более компактным. [5]
Актуальность болезни [ править ]
Дефицит фосфоглицераткиназы (PGK) - это Х-сцепленный рецессивный признак, связанный с гемолитической анемией , психическими расстройствами и миопатией у людей [16] [17], в зависимости от формы - существует гемолитическая форма и миопатическая форма. [18] Поскольку признак X-сцеплен, он обычно полностью выражен у мужчин, у которых есть одна X-хромосома; пораженные женщины обычно протекают бессимптомно. [2] [17] Состояние возникает в результате мутаций в Pgk1, гене, кодирующем PGK1, и было идентифицировано двадцать мутаций. [17] [2]На молекулярном уровне мутация в Pgk1 ухудшает термическую стабильность и подавляет каталитическую активность фермента. [2] PGK - единственный фермент в непосредственном гликолитическом пути, кодируемый X-связанным геном. В случае гемолитической анемии дефицит PGK возникает в эритроцитах . В настоящее время не существует окончательного лечения дефицита PGK. [19]
Сверхэкспрессия PGK1 была связана с раком желудка и, как было обнаружено, увеличивает инвазивность клеток рака желудка in vitro . [20] Фермент секретируется опухолевыми клетками и участвует в ангиогенном процессе, что приводит к высвобождению ангиостатина и ингибированию роста кровеносных сосудов опухоли. [3]
Известно, что из-за своей широкой специфичности в отношении нуклеотидных субстратов PGK участвует в фосфорилировании и активации антиретровирусных препаратов ВИЧ , основанных на нуклеотидах. [14] [21]
Изоферменты человека [ править ]
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ссылки [ править ]
- ^ a b Уотсон ХК, Уокер Н.П., Шоу П.Дж., Брайант Т.Н., Венделл П.Л., Фотергилл Л.А., Перкинс Р.Е., Конрой С.К., Добсон М.Дж., Туйт М.Ф. (1982). «Последовательность и структура дрожжевой фосфоглицераткиназы» . Журнал EMBO . 1 (12): 1635–40. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1982.tb01366.x . PMC 553262 . PMID 6765200 .
- ^ Б с д е е Chiarelli LR, Мореры С.М., Bianchi P, Фермо E, A, Zanella Galizzi A, G Valentini (2012). «Молекулярное понимание патогенных эффектов мутаций, вызывающих дефицит фосфоглицераткиназы» . PLOS ONE . 7 (2): e32065. DOI : 10.1371 / journal.pone.0032065 . PMC 3279470 . PMID 22348148 .
- ^ a b Lay AJ, Jiang XM, Kisker O, Flynn E, Underwood A, Condron R, Hogg PJ (декабрь 2000 г.). «Фосфоглицераткиназа действует в ангиогенезе опухоли как дисульфидредуктаза». Природа . 408 (6814): 869–73. DOI : 10.1038 / 35048596 . PMID 11130727 . S2CID 4340557 .
- ^ Даньшина PV, Гейер CB, Dai Q, Гоулдинг EH, Willis WD, Kitto GB, McCarrey JR, Eddy Е.М., О'Брайен DA (январь 2010). «Фосфоглицераткиназа 2 (PGK2) необходима для функции сперматозоидов и фертильности самцов мышей» . Биология размножения . 82 (1): 136–45. DOI : 10.1095 / biolreprod.109.079699 . PMC 2802118 . PMID 19759366 .
- ^ Б Дхар А, Samiotakis А, Эббингауз S, Nienhaus л, Homouz Д, Gruebele М, Ченг МС (октябрь 2010 г.). «Структура, функция и укладка фосфоглицераткиназы сильно нарушены макромолекулярным скоплением» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (41): 17586–91. DOI : 10.1073 / pnas.1006760107 . PMC 2955104 . PMID 20921368 .
- ^ Кумар S, Ма В, Цай CJ, Wolfson Н, Нуссинова R (1999). «Складные воронки и конформационные переходы посредством шарнирно-изгибных движений» . Биохимия и биофизика клетки . 31 (2): 141–64. DOI : 10.1007 / BF02738169 . PMID 10593256 . S2CID 41924983 .
- ^ а б Йон Дж. М., Десмадрил М., Беттон Дж. М., Минард П., Баллери Н., Миссиакас Д., Гайяр-Миран С., Перахиа Д., Муавад Л. (1990). «Гибкость и сворачивание фосфоглицераткиназы». Биохимия . 72 (6–7): 417–29. DOI : 10.1016 / 0300-9084 (90) 90066-р . PMID 2124145 .
- ^ Zerrad L, Мерли A, Шрёдер GF, Варга А, Gráczer É, Перно P, Round A, Vas M, Bowler МВт (апрель 2011). «Пружинный механизм высвобождения регулирует движение домена и катализ в фосфоглицераткиназе» . Журнал биологической химии . 286 (16): 14040–8. DOI : 10.1074 / jbc.M110.206813 . PMC 3077604 . PMID 21349853 .
- ^ a b Varga A, Palmai Z, Gugolya Z, Gráczer É, Vonderviszt F, Závodszky P, Balog E, Vas M (декабрь 2012 г.). «Важность остатков аспартата в балансировании гибкости и точной настройки катализа человеческой 3-фосфоглицераткиназы». Биохимия . 51 (51): 10197–207. DOI : 10.1021 / bi301194t . PMID 23231058 .
- ^ Клифф МДж, Bowler МВт, Варга А, Марстон ДП, Сабо Дж, Хаунсий А.М., Бакстер штат Нью - Джерси, Blackburn Г.М., Vas М, Waltho JP (май 2010 г.). «Структуры аналога переходного состояния человеческой фосфоглицераткиназы устанавливают важность баланса заряда в катализе». Журнал Американского химического общества . 132 (18): 6507–16. DOI : 10.1021 / ja100974t . PMID 20397725 .
- ^ Банки, RD; Блейк, CCF; Эванс, PR; Haser, R .; Рис, DW; Харди, GW; Merrett, M .; Филлипс, AW (28 июня 1979 г.). «Последовательность, структура и активность фосфоглицераткиназы: возможный фермент, изгибающий петли». Природа . 279 (5716): 773–777. DOI : 10.1038 / 279773a0 . PMID 450128 . S2CID 4321999 .
- ↑ Bernstein BE, Hol WG (март 1998 г.). «Кристаллические структуры субстратов и продуктов, связанных с активным центром фосфоглицераткиназы, раскрывают каталитический механизм». Биохимия . 37 (13): 4429–36. DOI : 10.1021 / bi9724117 . PMID 9521762 .
- ^ Ларссон-Raźnikiewicz M (январь 1967). «Кинетические исследования реакции, катализируемой фосфоглицераткиназой. II. Кинетические отношения между 3-фосфоглицератом, MgATP2- и активирующим ионом металла». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Энзимология . 132 (1): 33–40. DOI : 10.1016 / 0005-2744 (67) 90189-1 . PMID 6030358 .
- ^ а б Варга А., Чалоин Л., Саги Г., Сендула Р., Грачер Е., Лилиом К., Заводски П., Лионне С., Вас М. (июнь 2011 г.). «Нуклеотидная неразборчивость 3-фосфоглицераткиназы находится в центре внимания: значение для разработки лучших аналогов против ВИЧ». Молекулярные биосистемы . 7 (6): 1863–73. DOI : 10.1039 / c1mb05051f . PMID 21505655 .
- ^ Ларссон-Raźnikiewicz, Märtha; Викселл, Ева (1 марта 1978 г.). «Ингибирование фосфоглицераткиназы салицилатами». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Энзимология . 523 (1): 94–100. DOI : 10.1016 / 0005-2744 (78) 90012-8 . PMID 343818 .
- ^ Ёсида А., Тани К. (1983). «Нарушения фосфоглицераткиназы: функциональные, структурные и геномные аспекты». Biomedica Biochimica Acta . 42 (11–12): S263-7. PMID 6689547 .
- ^ a b c Beutler E (январь 2007 г.). «Недостаток ПГК» . Британский журнал гематологии . 136 (1): 3–11. DOI : 10.1111 / j.1365-2141.2006.06351.x . PMID 17222195 . S2CID 21111736 .
- ^ Домашний справочник NIH Genetics
- ^ Rhodes МЫ, Ashford л, Мэйнс В, Кальдерах С, Domm Дж, Frangoul Н (февраль 2011). «Трансплантация костного мозга при дефиците фосфоглицераткиназы (PGK)». Британский журнал гематологии . 152 (4): 500–2. DOI : 10.1111 / j.1365-2141.2010.08474.x . PMID 21223252 . S2CID 37605904 .
- ^ Zieker D, Königsrainer я, Tritschler я, Löffler М, Беккерт S, Трауб Ж, Nieselt К, Бюлер S, Weller М, Gaedcke Дж, Taichman Р.С., Нортхофф Н, Brücher Б.Л., Königsrainer А (март 2010 г.). «Фосфоглицераткиназа 1 - фермент, стимулирующий перитонеальную диссеминацию при раке желудка» . Международный журнал рака . 126 (6): 1513–20. DOI : 10.1002 / ijc.24835 . PMC 2811232 . PMID 19688824 .
- ^ Галуа-Монбран S, Фарадж А, Seclaman Е, Sommadossi JP, Девилль-Bonne Д, М Верон (ноябрь 2004 г.). «Широкая специфичность человеческой фосфоглицераткиназы для противовирусных аналогов нуклеозидов». Биохимическая фармакология . 68 (9): 1749–56. DOI : 10.1016 / j.bcp.2004.06.012 . PMID 15450940 .
Внешние ссылки [ править ]
- Фосфоглицерат + киназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Иллюстрация на arizona.edu
| vте Путь метаболизма гликолиза |
|---|
Глюкоза Гексокиназа АТФ ADP Глюкозо-6-фосфат Глюкозо-6-фосфат- изомераза Фруктоза 6-фосфат Фосфофруктокиназа-1 АТФ ADP 1,6-бисфосфат фруктозы Бисфосфат-фруктозы альдолазы Дигидроксиацетонфосфат + + Глицеральдегид 3-фосфат Триозофосфат изомераза 2 × Глицеральдегид-3-фосфат 2 × Глицеральдегид-3- фосфатдегидрогеназа НАД + + P i НАДН + Н + НАД + + P i НАДН + Н + 2 × 1,3-бисфосфоглицерат 2 × Фосфоглицераткиназа ADP АТФ ADP АТФ 2 × 3-фосфоглицерат 2 × Фосфоглицерат мутаза 2 × 2-фосфоглицерат 2 × Phosphopyruvate гидратаз ( енолаз ) H 2 O H 2 O 2 × Фосфоенолпируват 2 × Пируваткиназа ADP АТФ 2 × Пируват 2 × |
