קינאז פירובט ( PYK ) הוא האנזים המזרז את השלב האחרון במסלול glycolytic, אשר כרוך בהעברה ההפיכה של קבוצת פוספט של מולקולה אחת של phosphoenolpyruvate (PEP) למולקולה של ADP, וכתוצאה מכך הסינתזה של מולקולה של ATP ועוד של חומצה פירובית או פירובטה.
הפירובאט שנוצר ובכך משתתף לאחר מכן משתתף בנתיבים קטבוליים ואנאבוליים (ביו-סינתטיים) שונים: ניתן לפטרבוקסילציה לייצור אצטיל-CoA, לקרבוקסילציה לייצור אוקסלואצטט, לטרנסמינציה לייצור אלנין, לחמצון לייצור חומצה לקטית או שניתן לכוון אותו לגלוקונוגנזה לסינתזה גלוקוזה.
תגובה מנותזת על ידי האנזים פירובאט קינאז (מקור: נח זלצמן באמצעות ויקימדיה Commons)
מכיוון שהוא משתתף ב גליקוליזה, אנזים זה חשוב מאוד למטבוליזם הפחמימות של אורגניזמים רבים, חד-תאיים ורב-תאיים, שמשתמשים בזה כדרך הקטבולית העיקרית להשגת אנרגיה.
דוגמה לתאים התלויים אך ורק בגיריקוליזה לייצור אנרגיה היא זו של אריתרוציטים של יונקים, שלמחסור באחד מהאנזימים המעורבים במסלול זה יכול להיות השפעה שלילית במידה ניכרת.
מִבְנֶה
ארבעה איזו-פורמים של האנזים פירובאט קינאז תוארו ביונקים:
- PKM1 , אופייני לשרירים
- PKM2 , רק בעוברים (שניהם תוצרי עיבוד אלטרנטיבי של אותו RNA שליח)
- PKL , קיים בכבד ו
- PKR , נוכח אריתרוציטים (שניהם מקודדים על ידי אותו הגן, PKLR, אך תועתקו על ידי מקדמים שונים).
עם זאת, הניתוחים שבוצעו על מבנה אנזימי pyruvate kinase השונים בטבע (כולל אלה 4 מיונקים) מראים דמיון רב במבנה הכללי, כמו גם ביחס לארכיטקטורה של האתר הפעיל והמנגנונים הרגולטוריים.
באופן כללי, זהו אנזים עם משקל מולקולרי של 200 kDa, המאופיין במבנה טטרי-מורכב המורכב מארבע יחידות חלבון זהות, פחות או יותר 50 או 60 kDa, וכל אחת מהן בעלת 4 תחומים, כלומר:
- תחום סלילי קטן בסוף ה- N-terminal (נעדר באנזימים חיידקיים)
- תחום " A ", המזוהה על ידי טופולוגיה של 8 גיליונות β מקופלים ו -8 סלילי α
- תחום " B ", מוכנס בין גיליון ביתא מקופל מספר 3 לסליל אלפא מספר 3 של התחום "A"
- תחום " C ", שיש לו טופולוגיה α + β
מבנה מולקולרי של האנזים pyruvate kinase (מקור: Jawahar Swaminathan וצוות MSD במכון האירופי לביואינפורמטיקה באמצעות ויקימדיה Commons)
שלושה אתרים התגלו בטטראמרים של פירובט קינאז מאורגניזמים שונים: האתר הפעיל, אתר האפקטור ואתר הכריכה של חומצת אמינו. האתר הפעיל של אנזימים אלה נמצא בין התחומים A ו- B, בסביבת "אתר האפקטור" השייך לתחום C.
בטטרמר, תחומי ה- C יוצרים ממשק "קטן" ואילו תחומי ה- A יוצרים ממשק גדול יותר.
פוּנקצִיָה
כפי שכבר נדון, פירובאט קינאז מזרז את השלב האחרון במסלול הגליקוליטי, כלומר העברת קבוצת פוספט מזרחן פוספינולפירובאט (PEP) למולקולת ADP לייצור ATP ומולקולת חומצה פירובטית או פירובטית.
תוצרי התגובה שמוזרמים על ידי אנזים זה הם בעלי חשיבות עליונה להקשרים מטבוליים שונים. ניתן להשתמש בפירובאט בדרכים שונות:
- בתנאים אירוביים, כלומר בנוכחות חמצן, זה יכול לשמש מצע לאנזים המכונה קומפלקס פירובאט דהידרוגנאז, כדי להיות דקקרבוקסילציה ולהמרה לאצטיל-CoA, מולקולה שיכולה להיכנס למחזור קרבס במיטוכונדריה. או להשתתף בנתיבים אנבוליים אחרים כמו ביוסינתזה של חומצות שומן, למשל.
- בהיעדר חמצן או אנאירוביוזה, ניתן להשתמש בפירובט על ידי האנזים לקטט דהידרוגנאז לייצור חומצה לקטית (חמצון) באמצעות תהליך המכונה "תסיסה לקטית".
- בנוסף, ניתן להמיר פירובט לגלוקוז דרך גלוקונאוגנזה, לאלנין דרך טרנזמינז אלנין, לאוקסלואצטט דרך קרבוקסילאז פירובט וכו '.
חשוב לזכור כי בתגובה המנותזת על ידי אנזים זה מתרחשת גם הסינתזה נטו של ATP, אשר אחראית לגליקוליזה, ומייצרת 2 מולקולות פירובט ו -2 מולקולות ATP לכל מולקולת גלוקוז.
לפיכך, מנקודת מבט זו, האנזים pyruvate kinase ממלא תפקיד מהותי בהיבטים רבים של חילוף החומרים התאיים, עד כדי כך שהוא משמש כמטרה טיפולית עבור פתוגנים אנושיים רבים, שביניהם בולטות כמה פרוטוזות.
תַקָנָה
Pyruvate kinase הוא אנזים חשוב מאין כמוהו מנקודת המבט של חילוף החומרים התאיים, שכן הוא זה שיוצר את התרכובת האחרונה הנובעת מדרך הקטבוליזם הגלוקוז: pyruvate.
בנוסף להיותו אחד משלושת האנזימים המווסתים ביותר של כל מסלול הגליקוליטי (השניים האחרים הם הקסוקינאז (HK) ופוספורפרוקטוקינאז (PFK)), פירובט קינאז הוא אנזים חשוב מאוד לבקרת זרימה מטבולית וייצור של ATP באמצעות גליקוליזה.
זה מופעל על ידי פוספואנולפירובט, אחד המצעים שלו (ויסות הומוטרופיים), כמו גם על ידי סוכרים מונו ודיפוספורילטיים אחרים, אם כי תקנתו תלויה בסוג האיזונזים הנחשב.
יש טקסטים מדעיים המציעים כי ויסות האנזים הזה תלוי גם בארכיטקטורת "המול-דומיין" שלו, שכן נראה כי הפעלתו תלויה בסיבובים מסוימים בתחומי תת-היחידות ובשינויים בגיאומטריה של האתר הפעיל.
עבור אורגניזמים רבים, ההפעלה האלסטרוסטית של פירובט קינאז תלויה בפרוקטוז 1,6-ביספוספט (F16BP), אך זה לא נכון לגבי אנזימים צמחיים. אנזימים אחרים מופעלים גם על ידי AMP מחזורי וגלוקוז 6-פוספט.
בנוסף, הוכח כי פעילותם של מרבית הקינאזות הפירובטים שנחקרה תלויה מאוד בנוכחותם של יוני מונובלנטים כמו אשלגן (K +) ויונים דו-ערכיים כמו מגנזיום (Mg + 2) ומנגן (Mn + 2). ).
עַכָּבָּה
Pyruvate kinase מעוכב בעיקר על ידי גורמים אלסטרואלים פיזיולוגיים, ולכן תהליכים אלה משתנים במידה ניכרת בין מינים שונים ואפילו בין סוגי תאים ורקמות של אותו אורגניזם.
אצל יונקים רבים יש לגלוקגון, אפינפרין ו- cAMP השפעות מעכבות על פעילות פירובאט קינאז, השפעות הניתנות לנטרול באמצעות אינסולין.
יתר על כן, הוכח כי חומצות אמינו מסוימות, כגון פנילאלנין, יכולות לשמש כמעכבות תחרותיות לאנזים זה במוח.
הפניות
- מורגן, HP, Zhong, W., McNae, IW, Michels, PA, Fothergill-Gilmore, LA, & Walkinshaw, MD (2014). מבנים של קינאזות pyruvate מציגים אסטרטגיות אלסטרוסטיות שונות ומגוונות. החברה המלכותית של המדע הפתוח, 1 (1), 140120.
- Schormann, N., Hayden, KL, Lee, P., Banerjee, S., & Chattopadhyay, D. (2019). סקירה כללית של מבנה, תפקוד ורגולציה של קינאזות פירובטה. מדע חלבונים.
- ולנטיני, ג., קיארלי, ל., פורטין, ר., ספרנזה, מל., גליזי, א., ומטווי, א. (2000). הרגולציה האלסטרוסטרית של פירובט קינאז מחקר מוטגנזה מונחה-אתרים. כתב העת לכימיה ביולוגית, 275 (24), 18145-18152.
- ולנטיני, ג., קיארלי, LR, פורטין, ר., דולזאן, מ., גליזי, א., אברהם, די.ג'יי, … & מטבי, א. (2002). מבנה ופונקציה של אריתרוציט פירובט קינאז אנושי בסיס מולקולרי של אנמיה המוליטית לא-ספריתוציטית. כתב העת לכימיה ביולוגית, 277 (26), 23807-23814.
- ישראליסן, WJ, ונדר היידן, MG (2015, יולי). פירובאט קינאז: תפקוד, ויסות ותפקיד בסרטן. בסמינרים בביולוגיה של התא והתפתחות (כרך 43, עמ '43-51). עיתונות אקדמית.