Fructoză 2,6-bifosfat

Fructoza-2,6-bifosfat [1] ( fructoza-2,6-difosfat , Fr-2,6-F , Fru-2,6- P 2 ) este o moleculă reglatoare a tuturor eucariotelor , afectând alosteric activitatea fosfofructokinazei 1 enzime (FFK-1) și fructoză-1,6-bisfosfatază (FBPaza-1). Îmbunătățește glicoliza și inhibă gluconeogeneza [2] . Este un ester al acidului fosforic și al fructozei .

La plante și animale, sinteza și descompunerea Fr-2,6-P se realizează de către fosfofructokinaza-2 /fructoză-2,6-bisfosfatază (FFK-2/FBF-2), o enzimă bifuncțională cu doi centri activi . 3] . Fr-2,6-P se formează prin fosforilarea fructozei-6-fosfatului folosind o moleculă de ATP și, ca urmare a degradării, se descompune în fructoză-6-fosfat și Fn [ 4] [5] .

Istoricul descoperirilor

Fructoza-2,6-bisfosfatul a fost descoperit la 71 de ani după ce Young a izolat primul ester dublu al fructozei și acidului fosforic din drojdie în laboratorul lui Garden , care a fost identificat ulterior drept fructoză-1,6-bifosfat [6] . În 1979, patru grupuri de cercetători au raportat că în hepatocitele care au fost incubate în prezența hormonului glucagon , a existat o scădere a activității enzimei fosfofructokinaza-1 . În 1980, Emily Van Schaftingen și colegii [7] au arătat că acest efect dispare după filtrarea pe gel sau purificarea enzimelor. Mai mult, ei au arătat că o creștere a activității fosfofructokinazei-1 poate fi realizată prin adăugarea unei fracțiuni cu greutate moleculară mică obținută după ultracentrifugarea extractului de ficat la hepatocite . Stimulantul cu greutate moleculară mică izolat din această fracțiune a fost identificat de cercetători drept fructoză-2,6-bisfosfat [8] .

Efecte asupra metabolismului glucozei la animale

Fructoza-2,6-bisfosfatul stimulează descompunerea glucozei prin activarea alosterică a fosfofructokinazei 1. De exemplu, în ficat, o concentrație mare de Fr-2,6-P activează FFK-1, crescându-i afinitatea pentru fructoză-6-fosfat. și reducerea afinității sale pentru inhibitorii săi direcți: ATP și citrat . În concentrația sa fiziologică, FFK-1 este aproape complet inactiv, dar interacțiunea cu Fr-2,6-P transformă enzima într-o formă activă și stimulează glicoliza [2] . În plus, fructoza-2,6-bisfosfatul inhibă fructoza-1,6-bisfosfataza, ceea ce previne descompunerea fructozei-1,6-bisfosfatului rezultat. Astfel, Fr-2,6-F nu permite glicolizei și gluconeogenezei să se desfășoare simultan, ceea ce ar putea duce la un ciclu inutil în care glucoza s-ar transforma la nesfârșit în piruvat și apoi înapoi în glucoză .

Nivelul de Fr-2,6-F din celulă este controlat prin reglarea sintezei și defalcării acestuia de către enzima FFK-2/FBPaza-2. Rolul principal în acest proces este jucat de hormonii insulina , glucagonul și adrenalina , care acționează asupra enzimei prin fosforilare /defosforilare. Astfel, glucagonul activează adenilat ciclaza hepatică și declanșează sinteza cAMP , care, la rândul său, activează protein kinaza dependentă de cAMP. Această kinază fosforilează FFK-2/PBPaza-2 la reziduul de serină N-terminal , care stimulează activitatea fructozo-2,6-bisfosfatază și inhibă activitatea sa ca fosfofructokinaza-2. Există o scădere a nivelului de Fr-2,6-F în celulă. În condiții de niveluri scăzute de Fr-2,6-P, glicoliza este suprimată, în timp ce gluconeogeneza, dimpotrivă, este îmbunătățită. Insulina începe procesul invers. Odată cu creșterea concentrației sale, are loc o scădere a nivelului de cAMP, care, la rândul său, activează proteina fosfatază , care defosforilează FFK-2 / FBPază-2, activând fosfofructokinaza-2 și suprimând activitatea fructozei-2,6-bisfosfatazei. Astfel, o creștere a nivelului de Fr-2,6-P activează enzima FFK-1 și stimulează glicoliza, inhibând gluconeogeneza [4] [9] [10] .

Influență asupra metabolismului glucozei la ciuperci

În general, acțiunea fructozei-2,6-bisfosfatului în ciuperci este similară cu cea a animalelor: o creștere a concentrației sale stimulează glicoliza și inhibă gluconeogeneza . La unele ciuperci, enzima responsabilă pentru sinteza Fr-2,6-P nu este sensibilă la nivelurile de cAMP și ATP . În schimb, FPA-2/FBF-2 este reglat de nivelul substratului principal, fructoză-6-fosfat , și de cantitatea totală de sursă de carbon [11] [12] . Dimpotrivă, o altă parte a ciupercilor, inclusiv drojdia , are o cale dependentă de cAMP de reglare a FFK-2/FBF-2, iar activitatea sa fosfofructokinazei este suprimată de niveluri ridicate de ATP [13] [14] . În general, este imposibil să se evidențieze vreun mecanism comun pentru reglarea nivelului de Fr-2,6-P pentru toate ciupercile. Cel mai probabil, depinde foarte mult de stilul său de viață și de nișa ecologică ocupată de ciupercă.

Reglarea sintezei zaharozei la plante

La plante , spre deosebire de animale , fructoza-2,6-fosfatul nu acționează asupra fosfofructokinazei 1 dependentă de ATP, dar stimulează în mod clar fosfofructokinaza dependentă de pirofosfat , care fosforilează fructoza-6-fosfatul folosind pirofosfat anorganic și inhibă fosfataza [15] . Fr-2,6-P joacă un rol important în reglarea nivelului de trioză fosfat, produsul final al ciclului Calvin . Inhibă formarea fructozei -6-fosfat, principalul substrat pentru sinteza zaharozei . Cu fotosinteză intensivă , există o formare constantă de trioză fosfați ( gliceraldehidă-3-fosfat și 3-fosfoglicerat ), care interacționează alosteric cu FFK-2/FBPaza-2 și inhibă sinteza fructozei-2,6-bisfosfat, stimulând astfel formarea zaharozei. Fr-2,6-F începe să fie sintetizat în întuneric, când nu au loc procesele de fotosinteză și formarea triozei fosfaților. La plante, acest proces este activat alosteric de fosfat anorganic și fructoză-6-fosfat [16] . Astfel, sinteza moleculei de reglare într-un mod complex depinde de raportul de zaharuri C6 /C3 din celula vegetală . Acest raport va fi influențat activ de intensitatea sintezei zaharozei și a transportului la cloroplastele Fn în schimbul triozei fosfat [15] .

Note

1. ↑ Chimie biologică cu exerciții și sarcini / Ed. S. E. Severina. - M . : Grupul de editură „GEOTAR-Media”, 2011. - S. 95. - 624 p.
2. ↑ 12 Lange AJ. fructoză-2,6-bifosfat . Universitatea din Minnesota. Arhivat din original pe 13 iunie 2015. (nedefinit)
3. ↑ Wu C., Khan SA, Peng LJ, Lange AJ Roluri pentru fructoză-2,6-bisfosfat în controlul metabolismului combustibilului: dincolo de efectele sale alosterice asupra enzimelor glicolitice și gluconeogene   // Adv . Enzima Regul. : jurnal. - 2006. - Vol. 46 , nr. 1 . - P. 72-88 . - doi : 10.1016/j.advenzreg.2006.01.010 . — PMID 16860376 .
4. ↑ 1 2 Kurland IJ, Pilkis SJ Controlul covalent al 6-fosfofructo-2-kinazei/fructoză-2,6-bisfosfatazei: perspective asupra autoreglării unei enzime bifuncționale  // Protein Sci  . : jurnal. - 1995. - Iunie ( vol. 4 , nr. 6 ). - P. 1023-1037 . - doi : 10.1002/pro.5560040601 . — PMID 7549867 .
5. ↑ Michels PA , Rigden DJ Analiza evolutivă a metabolismului fructozei 2,6-bifosfat.  (engleză)  // IUBMB life. - 2006. - Vol. 58, nr. 3 . - P. 133-141. - doi : 10.1080/15216540600688280 . — PMID 16766380 .
6. ↑ Subiecte selectate în istoria biochimiei: Amintiri personale (pagina 77) . Data accesului: 28 iunie 2015. Arhivat din original la 1 iulie 2015. (nedefinit)
7. ↑ E. Van Schaftingen, L. Hue și H. G. Hers. Fructoza 2,6-bisfosfat, probabil structura stimulatorului fosfofructokinazei sensibil la glucoză și glucagon.  (engleză)  // Biochem J. : jurnal. - 1980. - 15 decembrie ( vol. 192 , nr. 3 ). - P. 897-901 .
8. ↑ HG Hers și E. Van Schaftingen. Fructoza 2,6-bisfosfat la 2 ani de la descoperirea sa.  (engleză)  // Biochem J. : jurnal. - 1982. - 15 iulie ( vol. 206 , nr. 1 ). - P. 1-12 .
9. ↑ Smith WE, Langer S., Wu C., Baltrusch S., Okar DA Coordonarea moleculară a metabolismului hepatic al glucozei de către complexul 6-fosfofructo-2-kinaza  / fructoză-2,6-bisfosfatază:glucokinază  Mol. Endocrinol. : jurnal. - 2007. - iunie ( vol. 21 , nr. 6 ). - P. 1478-1487 . - doi : 10.1210/me.2006-0356 . — PMID 17374851 .
10. ↑ Nelson, Cox, 2014 , p. 144-146.
11. ↑ José Abrahao Neto. Caracterizarea fosfofructokinazei II și reglarea nivelurilor de fructoză 2,6-bisfosfat în Trichoderma reesei  //  Microbiology : journal. - 1993. - Iunie ( vol. 139 ). - P. 1363-1369 . - doi : 10.1099/00221287-139-6-1363 .
12. ↑ Vandercammen A1, François JM, Torres BB, Maia JC, Hers HG Fructoza 2,6-bifosfat și metabolismul carbohidraților în timpul ciclului de viață al ciupercii acvatice Blastocladiella emersonii. (engleză)  // Microbiologie : jurnal. — Societatea de microbiologie, 1990. - ianuarie ( vol. 136 , nr. 1 ). - P. 137-146 . — PMID 2161899 .
13. ↑ Gandhi Radis-BaptistaDavid N., Urquizo Valdivia, José Abrahao-Neto. Biosinteza fructozei 2,6-bisfosfat și reglarea metabolismului carbohidraților în Aspergillus oryzae  // Canadian Journal of  Microbiology : jurnal. — NRC Research Press, 2011. - ianuarie ( vol. 44 , nr. 1 ). - P. 6-11 . - doi : 10.1139/w97-129 .
14. ↑ Dihazi H1, Kessler R., Eschrich K. Stimularea indusă de glucoză a căii Ras-cAMP în drojdie duce la fosforilări multiple și la activarea 6-fosfofructo-2-kinazei. (engleză)  // Biochimie : jurnal. - 2003. - 27 mai ( vol. 42 , nr. 20 ). - P. 6275-6282 . - doi : 10.1021/bi034167r . — PMID 12755632 .
15. ↑ 1 2 Ermakov, 2005 , p. 223.
16. ↑ Nielsen TH, Rung JH, Villadsen D. Fructose-2,6-bisphosphate: a traffic signal in plant metabolism  // Trends Plant Sci  . : jurnal. - 2004. - Noiembrie ( vol. 9 , nr. 11 ). - P. 556-563 . - doi : 10.1016/j.tplants.2004.09.004 . — PMID 15501181 .

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 .
• Fiziologia plantelor / Ed. I. P. Ermakova. - M . : Academia, 2005. - 634 p.