Пируват киназа ( ПИК ) је ензим који катализује последњи корак у гликолитички путу, која укључује неповратну трансфер фосфатне групе једног молекула фосфоенолпируват (ПЕП) за молекул АДП, резултира у синтези молекула АТП-а и друге пируичне киселине или пирувата.
Тако произведен пируват учествује у разним катаболичким и анаболичким (биосинтетским) путевима: може се декарбоксилирати да се добије ацетил-ЦоА, карбоксилирати да се добије оксалоацетат, трансаминовати да би се произвео аланин, оксидовао да би се добила млечна киселина или се могао усмерити ка глуконеогенези ради синтезе глукоза
Реакција катализирана ензимом пируват киназа (Извор: Ноах Салзман виа Викимедиа Цоммонс)
С обзиром да учествује у гликолизи, овај ензим је веома важан за метаболизам угљених хидрата код многих организама, једноћелијских и вишећелијских, који то користе као главни катаболички пут за добијање енергије.
Пример ћелија које строго зависе од гликолизе за производњу енергије су свињски еритроцити, за које мањак било ког ензима који су укључени у овај пут може имати знатно негативне ефекте.
Структура
У сисара су описане четири изоформе ензима пируват киназа:
- ПКМ1 , типичан за мишиће
- ПКМ2 , само у фетуса (оба производа алтернативне обраде исте месначке РНА)
- ПКЛ , присутан у јетри и
- ПКР , присутан у еритроцитима (оба кодирана истим геном, ПКЛР, али преписана од стране различитих промотора).
Међутим, анализе проведене на структури различитих ензима пируват киназе у природи (укључујући ова 4 сисара) показују велику сличност у општој структури, као и у погледу архитектуре активног места и регулаторних механизама.
Генерално, то је ензим молекулске масе 200 кДа, који карактерише тетрамерна структура састављена од 4 идентичне протеинске јединице, више или мање од 50 или 60 кДа, и свака са 4 домена, наиме:
- мали спирални домен на Н-терминалном крају (одсутан у бактеријским ензимима)
- „ А “ домен , идентификован топологијом од 8 пресавијених β листова и 8 α навојница
- Домен „ Б “, убачен између пресавијеног бета листа број 3 и алфа хелик броја 3 домене „А“
- „ Ц “ домен који има α + β топологију
Молекуларна структура ензима пируват киназа (Извор: Јавахар Сваминатхан и особље МСД-а из Европског института за биоинформатику путем Викимедиа Цоммонса)
Откривене су три локације у тетрамерама пируват киназе из различитих организама: активно место, место ефектора и везно место аминокиселина. Активно место ових ензима налази се између домена А и Б, у близини "места ефектора", које припада домени Ц.
У тетрамеру, Ц домени формирају „мали“ интерфејс, док А домени формирају већи интерфејс.
Функција
Као што је већ дискутирано, пируват киназа катализује последњи корак гликолитичког пута, односно преношење фосфатне групе из фосфоенолпирувата (ПЕП) у молекул АДП да би се добио АТП и молекул пирувата или пируичне киселине.
Производи реакције коју катализује овај ензим су од највеће важности за различите метаболичке контексте. Пируват се може користити на различите начине:
- У аеробним условима, односно у присуству кисеоника, ово се може користити као супстрат ензима познатог као комплекс пируват дехидрогеназе, који се декарбоксилира и претвара у ацетил-ЦоА, молекул који може ући у Кребсов циклус у митохондријима или учествују у другим анаболичким путевима, на пример, биосинтеза масних киселина.
- У недостатку кисеоника или анаеробиозе, пируват се може користити ензимом лактат дехидрогеназа за производњу млечне киселине (оксидација) кроз процес познат као "млечна ферментација".
- Поред тога, пируват се може претворити у глукозу путем глуконеогенезе, у аланин преко аланин трансаминазе, у оксалоацетат преко пируват карбоксилазе, итд.
Важно је запамтити да у реакцији коју катализује овај ензим долази и до синтезе АТП-а, која се рачуна за гликолизу, стварајући 2 молекула пирувата и 2 молекула АТП-а за сваки молекул глукозе.
Према томе, из ове перспективе, ензим пируват киназа игра фундаменталну улогу у многим аспектима ћелијског метаболизма, толико да се користи као терапеутски циљ за многе људске патогене, међу којима се истиче неколико протозоа.
Регулација
Пируваткиназа је изузетно важан ензим са становишта ћелијског метаболизма, јер управо он формира последње једињење које је последица катаболизма глукозе: пируват.
Поред тога што је један од три најрегулиранија ензима у целом гликолитичком путу (друга два су хексокиназа (ХК) и фосхофруктокиназа (ПФК)), пируват киназа је врло важан ензим за контролу метаболичког протока и производње АТП-а путем гликолизе.
Активира се фосфоенолпируватом, једним од његових супстрата (хомотропна регулација), као и другим моно- и дифосфорилираним шећерима, мада његова регулација зависи од врсте изоензима који се разматра.
Неки научни текстови сугерирају да регулација овог ензима такође зависи од његове „мултидомене“ архитектуре, јер његово активирање изгледа зависи од неких ротација у доменима подјединица и од измена у геометрији активног места.
За многе организме алостерична активација пируват киназе зависи од фруктозе 1,6-бисфосфата (Ф16БП), али то није тачно за биљне ензиме. Остали ензими се такође активирају цикличним АМП и глукозним 6-фосфатом.
Даље, показано је да активност већине проучених пируват киназа веома зависи од присуства моновалентних јона попут калијума (К +) и двовалентних јона као што су магнезијум (Мг + 2) и манган (Мн + 2). ).
Инхибиција
Пируват киназу углавном инхибирају физиолошки алостерични ефектори, тако да се ти процеси знатно разликују између различитих врста, па чак и између врста ћелија и ткива истог организма.
Код многих сисара глукагон, епинефрин и цАМП имају инхибиторне ефекте на активност пируват киназе, ефекте којима се може сузбити инсулин.
Поред тога, показано је да неке аминокиселине, попут фенилаланина, могу имати деловање као конкурентски инхибитори овог ензима у мозгу.
Референце
- Морган, ХП, Зхонг, В., МцНае, ИВ, Мицхелс, ПА, Фотхергилл-Гилморе, ЛА, и Валкинсхав, МД (2014). Структуре пируват киназа приказују еволуцијски различите алостерне стратегије. Отворена наука Краљевског друштва, 1 (1), 140120.
- Сцхорманн, Н., Хаиден, КЛ, Лее, П., Банерјее, С. и Цхаттопадхиаи, Д. (2019). Преглед структуре, функционисања и регулације пируват киназа. Научна протеина.
- Валентини, Г., Цхиарелли, Л., Фортин, Р., Сперанза, МЛ, Гализзи, А., и Маттеви, А. (2000). Алостерична регулација пируват киназе Студија мутагенезе усмерена на место. Часопис за биолошку хемију, 275 (24), 18145-18152.
- Валентини, Г., Цхиарелли, ЛР, Фортин, Р., Долзан, М., Гализзи, А., Абрахам, ДЈ,… & Маттеви, А. (2002). Структура и функција хумане еритроцитне пируват киназе Молекуларна основа несфероцитне хемолитичке анемије. Часопис за биолошку хемију, 277 (26), 23807-23814.
- Исраелсен, ВЈ, и Вандер Хеиден, МГ (2015, јул). Пируват киназа: функција, регулација и улога у раку. На семинарима из ћелијске и развојне биологије (Вол. 43, стр. 43-51). Академска штампа.