Фосфоглицераткиназа - Phosphoglycerate kinase
| 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 | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Фосфоглицераткиназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Структура дрожжевой фосфоглицераткиназы.[1] | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | PGK | ||||||||
| Pfam | PF00162 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001576 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00102 | ||||||||
| SCOP2 | 3пгк / Объем / СУПФАМ | ||||||||
| |||||||||
Фосфоглицераткиназа (EC 2.7.2.3 ) (PGK 1) является фермент что катализирует обратимый перенос фосфатной группы из 1,3-бисфосфоглицерат (1,3-БПГ) в ADP производство 3-фосфоглицерат (3-PG) и АТФ :
- 1,3-бисфосфоглицерат + АДФ ⇌ глицерат 3-фосфат + АТФ
Как все киназы это трансфераза. PGK - главный фермент, используемый в гликолиз, на первом этапе выработки АТФ гликолитического пути. В глюконеогенез реакция, катализируемая PGK, протекает в обратном направлении, образуя АДФ и 1,3-БПГ.
У человека два изоферменты ПГК пока идентифицированы, PGK1 и PGK2. Изоферменты идентичны на 87-88%. аминокислота идентичность последовательностей, и хотя они структурно и функционально похожи, они имеют разные локализации: PGK2, кодируемый аутосомный ген, уникален для мейотических и постмейотических сперматогенный клетки, в то время как PGK1, кодируется на Х-хромосома, повсеместно экспрессируется во всех клетках.[2]
Биологическая функция
PGK присутствует во всех живых организмах как один из двух АТФ-генерирующих ферментов гликолиза. В глюконеогенном пути PGK катализирует обратную реакцию. Под биохимическим стандартные условия, предпочтение отдается гликолитическому направлению.[1]
в Цикл Кальвина в фотосинтетический организмов, PGK катализирует фосфорилирование 3-PG, продуцируя 1,3-BPG и ADP, как часть реакций регенерации рибулозо-1,5-бисфосфат.
Сообщалось, что PGK демонстрирует тиол редуктаза деятельность на плазмин, что приводит к ангиостатин образование, которое тормозит ангиогенез и опухоль рост. Было также показано, что фермент участвует в Репликация ДНК и ремонт в клетке млекопитающего ядра.[3]
Было показано, что человеческий изофермент PGK2, который экспрессируется только во время сперматогенеза, необходим для функции сперматозоидов у мышей.[4]
Интерактивная карта проезда
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылки на соответствующие статьи.[§ 1]
- ^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: «ГликолизГлюконеогенез_WP534».
Структура
Обзор
PGK обнаружен во всех живых организмах, и его последовательность была установлена. очень консервативный на протяжении всей эволюции. Фермент существует как 415-остаток мономер содержащий два домена почти одинакового размера, которые соответствуют N- и C-концам белка.[5] 3-фосфоглицерат (3-PG) связывается с N-концом, тогда как нуклеотидные субстраты, MgATP или MgADP, связываются с C-концевым доменом фермента. Эта расширенная двухдоменная структура связана с крупномасштабными конформационными изменениями «шарнирного изгиба», аналогичными тем, которые обнаружены в гексокиназа.[6] Два домена белка разделены щелью и связаны двумя альфа-спирали.[2] В основе каждого домена лежит 6-ниточная параллельная бета-лист окружен альфа-спиралями. Два лепестка могут складываться независимо, в соответствии с наличием промежуточных продуктов на складной путь с одним сложенным доменом.[7][8] Хотя связывание любого из субстратов вызывает конформационное изменение, только через связывание обоих субстратов происходит закрытие домена, приводящее к переносу фосфатной группы.[2]
Фермент имеет тенденцию существовать в открытой конформации с короткими периодами закрытия и катализа, которые позволяют быстро распространение субстрата и продуктов через сайты связывания; открытая конформация PGK более конформационно стабильна из-за воздействия гидрофобный область белка при закрытии домена.[7]
Роль магния
Магний ионы обычно образуют комплексы с фосфатными группами нуклеотидных субстратов PGK. Известно, что в отсутствие магния ферментативная активность отсутствует.[9] В двухвалентный металл помогает ферменту лиганды в экранировании отрицательных зарядов связанной фосфатной группы, позволяя нуклеофильная атака происходить; такая стабилизация заряда является типичной характеристикой реакции фосфопереноса.[10] Предполагается, что ион может также способствовать закрытию домена, когда PGK связывает оба субстрата.[9]
Механизм
Без привязки к субстрату PGK существует в «открытом» конформация. 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 нуклеофильная атака на 1-фосфат 1,3-БПГ. Lys219 на ферменте направляет фосфатную группу к субстрату.
ПГК проходит через стабилизированный заряд переходное состояние это предпочтительнее, чем расположение связанного субстрата в замкнутом ферменте, поскольку в переходном состоянии все три атома кислорода фосфата стабилизируются лиганды, в отличие от только двух стабилизированных атомов кислорода в исходном связанном состоянии.[12]
в гликолитический путь 1,3-БПГ это фосфат донор 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 (преобразование глицеральдегид-3-фосфат к 3-фосфоглицерат ).
Регулирование
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 макромолекулярное скопление увеличивает активность PGK как в компьютерном моделировании, так и в in vitro среды, имитирующие интерьер клетки; в результате скученности фермент становится более ферментативно активным и более компактным.[5]
Актуальность болезни
Дефицит фосфоглицераткиназы (PGK) Х-сцепленный рецессивный признак, связанный с гемолитическая анемия, психические расстройства и миопатия в людях,[16][17] в зависимости от формы - существует гемолитическая форма и миопатическая форма.[18] Поскольку признак X-сцеплен, он обычно полностью выражается у мужчин, у которых есть одна X-хромосома; пораженные женщины обычно протекают бессимптомно.[2][17] Состояние возникает из мутации в Pgk1, ген, кодирующий PGK1, и двадцать мутаций были идентифицированы.[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 эритроциты. В настоящее время не существует окончательного лечения дефицита PGK.[19]
Сверхэкспрессия PGK1 была связана с рак желудка и было обнаружено, что он увеличивает инвазивность клеток рака желудка. in vitro.[20] Фермент секретируется опухоль клеток и участвует в ангиогенном процессе, приводя к высвобождению ангиостатин и ингибирование роста кровеносных сосудов опухоли.[3]
В связи с его широкой спецификой по отношению к нуклеотид субстратов, PGK, как известно, участвует в фосфорилировании и активации ВИЧ антиретровирусные препараты, которые основаны на нуклеотидах.[14][21]
Изоферменты человека
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рекомендации
- ^ а б 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. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1982.tb01366.x. ЧВК 553262. PMID 6765200.
- ^ а б c d е ж Кьярелли Л.Р., Морера С.М., Бьянки П., Фермо Э., Занелла А., Галицци А., Валентини Дж. (2012). «Молекулярное понимание патогенных эффектов мутаций, вызывающих дефицит фосфоглицераткиназы». PLOS ONE. 7 (2): e32065. Дои:10.1371 / journal.pone.0032065. ЧВК 3279470. PMID 22348148.
- ^ а б 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. Дои:10.1038/35048596. PMID 11130727. S2CID 4340557.
- ^ Даншина П.В., Гейер С.Б., Дай Кью, Голдинг Э.Х., Уиллис В.Д., Китто Г.Б., Маккарри-младший, Эдди Е.М., О'Брайен Д.А. (январь 2010 г.). «Фосфоглицераткиназа 2 (PGK2) необходима для функции сперматозоидов и фертильности самцов мышей». Биология размножения. 82 (1): 136–45. Дои:10.1095 / биолрепрод.109.079699. ЧВК 2802118. PMID 19759366.
- ^ а б Дхар А., Самиотакис А., Эббингаус С., Ниенхаус Л., Хомуз Д., Грюбеле М., Чунг М.С. (октябрь 2010 г.). «Структура, функция и укладка фосфоглицераткиназы сильно нарушены макромолекулярным скоплением». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 107 (41): 17586–91. Дои:10.1073 / pnas.1006760107. ЧВК 2955104. PMID 20921368.
- ^ Кумар С., Ма Б., Цай С.Дж., Вольфсон Х., Нусинов Р. (1999). «Складные воронки и конформационные переходы посредством изгибающих движений». Биохимия и биофизика клетки. 31 (2): 141–64. Дои: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. Дои:10.1016 / 0300-9084 (90) 90066-п. PMID 2124145.
- ^ Зеррад Л., Мерли А., Шредер Г. Ф., Варга А., Грачер Э, Перно П., Раунд А, Вас М., Боулер М. В. (апрель 2011 г.). «Пружинный механизм высвобождения регулирует перемещение и катализ домена в фосфоглицераткиназе». Журнал биологической химии. 286 (16): 14040–8. Дои:10.1074 / jbc.M110.206813. ЧВК 3077604. PMID 21349853.
- ^ а б Варга А., Пальмаи З., Гуголя З., Грачер Э, Вондервишт Ф., Заводски П., Балог Э, Вас М. (декабрь 2012 г.). «Важность остатков аспартата в балансировании гибкости и точной настройки катализа человеческой 3-фосфоглицераткиназы». Биохимия. 51 (51): 10197–207. Дои:10.1021 / bi301194t. PMID 23231058.
- ^ Клифф М.Дж., Боулер М.В., Варга А., Марстон Дж. П., Сабо Дж., Хаунслоу А. М., Бакстер Нью-Джерси, Блэкберн Дж. М., Вас М., Уолто Дж. П. (май 2010 г.). «Структуры аналога переходного состояния человеческой фосфоглицераткиназы устанавливают важность баланса заряда в катализе». Журнал Американского химического общества. 132 (18): 6507–16. Дои:10.1021 / ja100974t. PMID 20397725.
- ^ Бэнкс, Р. Д .; Blake, C. C. F .; Evans, P.R .; Haser, R .; Rice, D.W .; Харди, Г. У .; Merrett, M .; Филлипс, А. У. (28 июня 1979 г.). «Последовательность, структура и активность фосфоглицераткиназы: возможный фермент, изгибающий петли». Природа. 279 (5716): 773–777. Дои:10.1038 / 279773a0. PMID 450128. S2CID 4321999.
- ^ Бернштейн Б.Е., Хол WG (март 1998 г.). «Кристаллические структуры субстратов и продуктов, связанных с активным центром фосфоглицераткиназы, раскрывают каталитический механизм». Биохимия. 37 (13): 4429–36. Дои:10.1021 / bi9724117. PMID 9521762.
- ^ Larsson-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. Дои:10.1016/0005-2744(67)90189-1. PMID 6030358.
- ^ а б Варга А., Чалойн Л., Саги Г., Сендула Р., Грачер Э., Лилиом К., Заводски П., Лионне С., Вас М. (июнь 2011 г.). «Нуклеотидная неразборчивость 3-фосфоглицераткиназы в центре внимания: значение для разработки лучших аналогов против ВИЧ». Молекулярные биосистемы. 7 (6): 1863–73. Дои:10.1039 / c1mb05051f. PMID 21505655.
- ^ Ларссон-Рашникевич, Мярта; Викселл, Ева (1 марта 1978 г.). «Ингибирование фосфоглицераткиназы салицилатами». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Энзимология. 523 (1): 94–100. Дои:10.1016/0005-2744(78)90012-8. PMID 343818.
- ^ Ёсида А., Тани К. (1983). «Нарушения фосфоглицераткиназы: функциональные, структурные и геномные аспекты». Биомедика Биохимика Акта. 42 (11–12): S263-7. PMID 6689547.
- ^ а б c Beutler E (январь 2007 г.). «Недостаток ПГК». Британский журнал гематологии. 136 (1): 3–11. Дои:10.1111 / j.1365-2141.2006.06351.x. PMID 17222195. S2CID 21111736.
- ^ Домашний справочник NIH Genetics
- ^ Родос М., Эшфорд Л., Манес Б., Колдер С., Домм Дж., Франгул Х. (февраль 2011 г.). «Трансплантация костного мозга при дефиците фосфоглицераткиназы (PGK)». Британский журнал гематологии. 152 (4): 500–2. Дои:10.1111 / j.1365-2141.2010.08474.x. PMID 21223252. S2CID 37605904.
- ^ Zieker D, Königsrainer I, Tritschler I, Löffler M, Beckert S, Traub F, Nieselt K, Bühler S, Weller M, Gaedcke J, Taichman RS, Northoff H, Brücher BL, Königsrainer A (март 2010 г.). «Фосфоглицераткиназа 1 - фермент, способствующий перитонеальной диссеминации при раке желудка». Международный журнал рака. 126 (6): 1513–20. Дои:10.1002 / ijc.24835. ЧВК 2811232. PMID 19688824.
- ^ Gallois-Montbrun S, Faraj A, Seclaman E, Sommadossi JP, Deville-Bonne D, Véron M (ноябрь 2004 г.). «Широкая специфичность человеческой фосфоглицераткиназы для противовирусных аналогов нуклеозидов». Биохимическая фармакология. 68 (9): 1749–56. Дои:10.1016 / j.bcp.2004.06.012. PMID 15450940.
внешняя ссылка
- Фосфоглицерат + киназа в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)
- Иллюстрация на arizona.edu
АТФ ADP АТФ ADP + + 2 ×  2 ×  2 × 3-фосфоглицерат 2 ×  2 × 2-фосфоглицерат 2 ×  2 × Фосфоенолпируват 2 ×  ADP АТФ 2 × Пируват 2 ×  |
