Fosfofructokinaza-2

Fosfofructokinaza-2 ( FFK-2 ) sau fructoza-2,6-bisfosfataza ( FBF-2 ) este o enzimă bifuncțională care reglează procesele de glicoliză și gluconeogeneză din corpul uman. Această proteină este un dimer în care fiecare monomer, în funcție de condițiile externe, poate acționa fie ca o kinază , fie ca o fosfatază . Reglată de glucagon și insulină [1] .

Structura

Fiecare monomer al unei proteine ​​date este împărțit în două domenii funcționale . Domeniul kinazei este situat la capătul N-terminal [2] . Este alcătuit dintr-o foaie beta cu șase catene, care are cinci fire paralele și un fir anti-paralel înconjurat de șase elice alfa [3] . Acest domeniu conține un pliu de legare la nucleotide la  capătul C-terminal al primei catene β [4] , care îl combină cu structura adenilat kinazei.

Domeniul fosfatază este situat la capătul C-terminal [5] . Este similar cu proteinele din alte familii, cum ar fi mutazele fosfoglicerat și fosfatazele acide [6] Acest domeniu are o structură mixtă α/β, în care există o foaie β centrală cu șase catene și un subdomeniu α-helicol suplimentar, probabil. acoperind locul activ al enzimei moleculei [3] . În cele din urmă, regiunea N-terminală modulează activitățile fosfofructokinazei-2 și fructoza-2,6-bisfosfatazei și stabilizează forma dimerică a enzimei [6] [7] .

Mecanism de acțiune

Când nivelurile de glucoză sunt scăzute, glucagonul este eliberat în fluxul sanguin, ceea ce activează cascada de semnalizare a căii dependente de cAMP . În ficat, protein kinaza A fosforilează Ser -32 a acestei enzime bifuncționale (dar acest lucru nu se întâmplă în mușchiul scheletic), ceea ce determină o scădere a activității kinazei și stimulează activitatea fosfatazei [8] . Ca urmare, are loc o scădere a nivelului de fructoză-2,6-bisfosfat , care stimulează în mod normal activitatea fosfofructokinazei-1 , ceea ce duce la o slăbire a glicolizei și la stimularea gluconeogenezei [9] .

Pe măsură ce concentrația de glucoză crește, crește și nivelul de fructoză-6-fosfat . Fructoza-6-fosfatul stimulează fosfoproteina fosfataza-1 , care defosforilează fosfofructokinaza-2. Ca rezultat, domeniul său kinazei este activat, ceea ce catalizează formarea Fr-2,6-P . Glicoliza este stimulată și gluconeogeneza este suprimată.

Regulamentul

Reglarea alosterică a FFK-2/FBF-2 este similară cu cea a FFK-1 [10] . Un nivel ridicat de AMP sau fosfat anorganic înseamnă că celula are lipsă de energie: astfel de condiții stimulează FFK-2. Pe de altă parte, o concentrație mare de fosfoenolpiruvat (PEP) și citrat înseamnă că există mulți precursori pentru biosinteza ATP în celulă, care inhibă FFK-2. Spre deosebire de FFK-1, activitatea FFK-2 nu depinde de concentrația de ATP.

Glucagonul inhibă activitatea kinazei enzimei prin activarea protein kinazei A, care fosforilează enzima, reducând activitatea kinazei și stimulând activitatea fosfatazei; prin protein kinaza A și FFK-2 / FBF-2, glucagonul reduce nivelul de fructoză-2,6-bisfosfat, ceea ce duce la suprimarea glicolizei. Insulina activează procesul invers prin activarea proteinei fosfatazei, care defosforilează FFK-2/FBF-2, reducându-i fosfataza și crescând activitatea kinazei; ca urmare, crește concentrația de fructoză-2,6-bisfosfatat, care activează glicoliza.

Izoenzime

Până în prezent, cinci izoenzime au fost găsite la mamifere , unele dintre ele sunt formate ca urmare a transcripției genelor individuale, iar altele ca rezultat al splicing-ului alternativ [11] [12] [13] . Toate izoenzimele sunt radical diferite în reglarea lor: modul de reglare descris mai sus este descris pentru cea mai studiată izoformă hepatică [3] .

Genele umane care codifică proteine ​​cu activitate fosfofructokinaza-2 includ:

• PFKFB1 , PFKFB2 , PFKFB3 , PFKFB4

Semnificație pentru medicină

La europeni, mutațiile genei Pfkfb2 , care codifică proteina FFK-2/FBF-2, s-au dovedit a fi asociate cu predispoziția la schizofrenie [14] . Mai mult, s-a constatat că reglarea activității FFK-2 este asociată cu activitatea inimii și mecanismul care previne dezvoltarea hipoxiei [15] .

Note

1. ↑ Nelson, Cox, 2014 , p. 143-146.
2. ↑ Kurland I. , Chapman B. , Lee YH , Pilkis S. Reinginerie evolutivă a situsului activ fosfofructokinazei: ARG-104 nu stabilizează starea de tranziție în 6-fosfofructo-2-kinază.  (engleză)  // Comunicații de cercetare biochimică și biofizică. - 1995. - Vol. 213, nr. 2 . - P. 663-672. - doi : 10.1006/bbrc.1995.2183 . — PMID 7646523 .
3. ↑ 1 2 3 Hasemann CA , Istvan ES , Uyeda K. , Deisenhofer J. Structura cristalină a enzimei bifuncționale 6-fosfofructo-2-kinaza/fructoză-2,6-bisfosfatază dezvăluie omologii de domeniu distincte.  (engleză)  // Structure (Londra, Anglia: 1993). - 1996. - Vol. 4, nr. 9 . - P. 1017-1029. — PMID 8805587 .
4. ^ Walker JE , Saraste M. , Runswick MJ , Gay NJ Secvențe înrudite la distanță în subunitățile alfa și beta ale ATP sintetazei, miozinei, kinazelor și altor enzime care necesită ATP și un pliu comun de legare a nucleotidelor. (engleză)  // Jurnalul EMBO. - 1982. - Vol. 1, nr. 8 . - P. 945-951. — PMID 6329717 .  
5. ↑ Li L. , Lin K. , Pilkis J. , Correia JJ , Pilkis SJ Hepatic 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase. Rolul reziduurilor bazice bucle de suprafață în legarea substratului la domeniul fructoză-2,6-bisfosfatază.  (Engleză)  // Jurnalul de chimie biologică. - 1992. - Vol. 267, nr. 30 . - P. 21588-21594. — PMID 1328239 .
6. ↑ 12 Stryer , Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. Echilibrul dintre glicoliză și gluconeogeneză în ficat este sensibil la concentrația de glucoză din sânge // Biochimie (frunze moale)  (neopr.) . —San Francisco: W. H. Freeman, 2008. - S. 466-467. - ISBN 1-4292-3502-0 .
7. ↑ Tominaga N. , Minami Y. , Sakakibara R. , Uyeda K. Semnificația terminalului amino al testiculului de șobolan fructose-6-phosphate, 2-kinase:fructose-2,6-bisphosphatase.  (Engleză)  // Jurnalul de chimie biologică. - 1993. - Vol. 268, nr. 21 . - P. 15951-15957. — PMID 8393455 .
8. ↑ Kurland IJ , el-Maghrabi MR , Correia JJ , Pilkis SJ Rat liver 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase. Proprietățile fosfo- și defosfo-formelor și ale a doi mutanți în care Ser32 a fost modificat prin mutageneză direcționată.  (Engleză)  // Jurnalul de chimie biologică. - 1992. - Vol. 267, nr. 7 . - P. 4416-4423. — PMID 1339450 .
9. ↑ Pilkis SJ , Claus TH , Kurland IJ , Lange AJ 6-Phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase: a metabolic signaling enzyme.  (engleză)  // Revizuirea anuală a biochimiei. - 1995. - Vol. 64. - P. 799-835. - doi : 10.1146/annurev.bi.64.070195.004055 . — PMID 7574501 .
10. ↑ Van Schaftingen E., Hers HG Phosphofructokinase 2: enzima care formează fructoză 2,6-bifosfat din fructoză 6-fosfat și ATP   // Biochem . Biophys. Res. comun. : jurnal. - 1981. - August ( vol. 101 , nr. 3 ). - P. 1078-1084 . - doi : 10.1016/0006-291X(81)91859-3 . — PMID 6458291 .
11. ^ Darville MI , Crepin KM , Hue L. , Rousseau GG 5' secvență de flancare și structura unei gene care codifică 6-fosfofructo-2-kinază/fructoză-2,6-bisfosfatază de șobolan.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Vol. 86, nr. 17 . - P. 6543-6547. — PMID 2549541 .
12. ↑ Tsuchiya Y. , Uyeda K. Fructoza inimii bovine 6-P,2-kinaza: ARNm de fructoză 2,6-bisfosfatază și structura genei.  (engleză)  // Arhivele de biochimie și biofizică. - 1994. - Vol. 310, nr. 2 . - P. 467-474. — PMID 8179334 .
13. ↑ Sakata J. , Abe Y. , Uyeda K. Clonarea moleculară a ADN-ului și expresia și caracterizarea testiculelor de șobolan fructoză-6-fosfat,2-kinază:fructoză-2,6-bisfosfatază.  (Engleză)  // Jurnalul de chimie biologică. - 1991. - Vol. 266, nr. 24 . - P. 15764-15770. — PMID 1651918 .
14. ^ Stone WS , Faraone SV , Su J. , Tarbox SI , Van Eerdewegh P. , Tsuang MT Dovezi pentru legătura dintre enzimele de reglare în glicoliză și schizofrenie într-o probă multiplex. (engleză)  // Jurnal american de genetică medicală. Partea B, Genetica neuropsihiatrică: publicația oficială a Societății Internaționale de Genetică Psihiatrică. - 2004. - Vol. 127B, nr. 1 . - P. 5-10. - doi : 10.1002/ajmg.b.20132 . — PMID 15108172 .  
15. ↑ Wang Q. , Donthi RV , Wang J. , Lange AJ , Watson LJ , Jones SP , Epstein PN 6-fosfofructo-2-kinaza/fructoza-2,6-bisfosfataza cu deficit de fosfatază cardiacă crește glicoliza, hipertrofia și rezistența miocitelor la hipoxie.  (engleză)  // Jurnal american de fiziologie. Fiziologia inimii și circulației. - 2008. - Vol. 294, nr. 6 . - P. 2889-2897. - doi : 10.1152/ajpheart.91501.2007 . — PMID 18456722 .

Literatură

• D. Nelson, M. Cox. Fundamentele biochimiei lui Lehninger: în 3 vol. - M . : BINOM, 2014. - V. 2. - S. 144-146. — 636 p. — ISBN 978-5-94774-366-1 .