Wikipedia

Fosfogliserat kinase

Fosfogliserat kinase (EC 2.7.2.3) (PGK 1) ialah enzim yang memangkinkan pemindahan berbalik kumpulan fosfat daripada 1,3-bisfosfogliserat (1,3-BPG) kepada ADP lalu menghasilkan 3-fosfogliserat (3-PG) dan ATP:

Fosfogliserat kinase
Pengenal pasti
Nombor EC2.7.2.3
Nombor CAS9001-83-6
Pangkalan data
IntEnzLihat IntEnz
BRENDAEntri BRENDA
ExPASyLihat NiceZyme
KEGGEntri KEGG
MetaCycLaluan metabolik
PRIAMProfil
Struktur PDBRCSB PDB
PDBj
PDBe
PDBsum
Ontologi genAmiGO / EGO
Fosfogliserat kinase
Struktur fosfogliserat kinase yis.[1]
Pengenal pasti
SimbolPGK
PfamPF00162
InterProIPR001576
PROSITEPDOC00102
SCOP3pgk
SUPERFAMILY3pgk
1,3-bisfosfogliserat + ADP ⇌ gliserat 3-fosfat + ATP

Seperti semua kinase, ia merupakan sebuah transferase. PGK ialah satu enzim utama yang digunakan dalam glikolisis, dan bertanggungjawab bagi langkah penjanaan ATP pertama bagi laluan glikolisis. Dalam glukoneogenesis, tindak balas yang dimangkinkan oleh PGK berjalan ke arah yang bertentangan, menghasilkan ADP dan 1,3-BPG.

Pada manusia, dua isozim PGK telah dikenal pasti setakat ini: PGK1 dan PGK2. Isozim mempunyai 87-88% keserupaan jujukan asid amino, dan walaupun ia serupa dari segi struktur dan fungsi, ia mempunyai penyetempatan yang berbeza: PGK2 yang dikodkan oleh gen autosom, adalah unik kepada sel spermatogenesis dalam meiosis dan pascameiosis, manakala PGK1 yang dikodkan di kromosom X, wujud merata dalam semua jenis sel.[2]

Fungsi biologi

sunting

PGK hadir dalam semua organisma hidup sebagai salah satu daripada dua enzim penjana ATP dalam glikolisis. Dalam laluan glukoneogenesis, PGK memangkinkan tindak balas terbalik. Di bawah keadaan piawai biokimia, arah glikolisis diutamakan.

Dalam kitaran Calvin dalam organisma fotosintesis, PGK memangkinkan pemfosforilan 3-PG untuk menghasilkan 1,3-BPG dan ADP sebagai sebahagian daripada tindak balas yang menjana semula ribulosa-1,5-bisfosfat.

PGK telah dilaporkan mempamerkan aktiviti reduktase tiol di plasmin yang membawa kepada pembentukan angiostatin yang menghalang angiogenesis dan pertumbuhan tumor. Enzim itu juga diperhatikan untuk mengambil bahagian dalam replikasi dan pembaikan DNA dalam nukleus sel mamalia.[3]

Isozim manusia PGK2, yang hanya diekspresikan semasa spermatogenesis diperhatikan penting bagi fungsi sperma pada tikus.[4]

Struktur

sunting

Gambaran keseluruhan

sunting

PGK ditemui dalam semua organisma hidup dan urutannya telah sangat dipelihara sepanjang evolusi. Enzim wujud sebagai monomer 415 sisa asid amino yang mengandungi dua domain bersaiz hampir sama yang sepadan dengan terminal N dan C protein.[5] 3-fosfogliserat (3-PG) mengikat di terminal N, manakala substrat nukleotida, MgATP atau MgADP, terikat di domain terminal C enzim. Struktur dua domain lanjutan ini dikaitkan dengan perubahan konformasi "engsel-lentur" berskala besar, sama seperti yang terdapat dalam heksokinase.[6] Kedua-dua domain protein dipisahkan oleh celahan dan dihubungkan oleh dua alfa-heliks.[2] Teras setiap domain memiliki enam helaian beta selari yang dikelilingi oleh heliks alfa. Kedua-dua lobus itu mampu melipat secara bebas selaras dengan kehadiran perantaraan di laluan lipatan dengan satu domain terlipat.[7][8] Walaupun pengikatan mana-mana substrat mencetuskan perubahan konformasi, penutupan domain berlaku hanya melalui pengikatan kedua-dua substrat lalu membawa kepada pemindahan kumpulan fosfat.[2]

Enzim mempunyai kecenderungan untuk wujud dalam konformasi terbuka dengan tempoh penutupan dan pemangkinan yang singkat, yang membolehkan resapan substrat dan produk yang cepat melalui tapak aktif; konformasi terbuka PGK lebih stabil berdasarkan konformasi disebabkan oleh pendedahan kawasan hidrofobik protein semasa penutupan domain.[7]

Peranan magnesium

sunting

Ion magnesium biasanya dikomplekskan terhadap kumpulan fosfat substrat nukleotida PGK. Enzim diketahui bahawa tiada aktiviti enzim berlaku tanpa ion magnesium.[9] Logam dwivalen membantu ligan enzim dalam melindungi cas negatif kumpulan fosfat terikat, membolehkan serangan nukleofilik berlaku; penstabilan cas ini ialah ciri khas tindak balas pemindahan fosforil.[10] Ada teori bahawa ion juga boleh menggalakkan penutupan domain apabila PGK telah mengikat kedua-dua substrat.[9]

Mekanisme

sunting
 
Mekanisme fosfogliserat kinase dalam glikolisis.

Tanpa sebarang substrat, PGK wujud dalam bentuk "terbuka". Selepas kedua-dua substrat triosa dan nukleotida terikat di domain terminal N dan C masing-masing, gerakan lentur engsel yang meluas berlaku, membawa domain dan substrat berdekatan sehingga membawa kepada konformasi "tertutup".[11] Kemudian, dalam kes tindak balas glikolisis hadapan, beta-fosfat ADP memulakan serangan nukleofilik terhadap 1-fosfat 1,3-BPG. Lys219 pada enzim membimbing kumpulan fosfat ke substrat.

PGK meneruskan tindak balas melalui keadaan peralihan terstabil cas yang lebih bercenderung berbanding susunan substrat terikat dalam enzim tertutup kerana dalam keadaan peralihan, ketiga-tiga oksigen fosfat distabilkan oleh ligan, berbanding hanya dua oksigen terstabil dalam keadaan awal.[12]

Kawal atur

sunting

Enzim ini diaktifkan oleh kepekatan rendah pelbagai anion multivalen seperti pirofosfat, sulfat, fosfat dan sitrat. Kepekatan tinggi MgATP dan 3-PG mengaktifkan PGK, manakala Mg2+ pada kepekatan tinggi tidak merencatkan enzim secara tak persaingan.[13]

PGK mempamerkan pengkhususan yang luas terhadap substrat nukleotida.[14] Aktivitinya dihalang oleh salisilat yang kelihatan menyerupai substrat nukleotida enzim.[15]

Kesesakan makromolekul telah ditunjukkan meningkatkan aktiviti PGK dalam kedua-dua simulasi komputer dan persekitaran in vitro yang mensimulasikan bahagian dalam sel; akibat kesesakan, enzim menjadi lebih aktif dan padat.[5]

Kepentingan klinikal

sunting

Kekurangan fosfogliserat kinase ialah sifat resesif berkaitan X yang dikaitkan dengan anemia hemolisis, gangguan mental dan miopati pada manusia,[16][17] bergantung kepada bentuk–wujud bentuk hemolisis dan bentuk miopati.[18] Memandangkan sifat tersebut berkait X, ia biasanya diekspresikan sepenuhnya pada lelaki yang mempunyai satu kromosom X; wanita yang terjejas biasanya tak bergejala.[2][17] Keadaan ini terhasil daripada mutasi dalam Pgk1, gen pengekod PGK1, dan 20 mutasi telah dikenal pasti.[17][2] Di peringkat molekul, mutasi dalam Pgk1 menjejaskan kestabilan haba, dan menghalang aktiviti pemangkin enzim.[2] PGK ialah satu-satunya enzim dalam laluan glikolisis segera yang dikodkan oleh gen berkaitan X. Dalam kes anemia hemolisis, kekurangan PGK berlaku dalam eritrosit. Pada masa ini, tiada rawatan muktamad wujud bagi kekurangan PGK.[19]

Ekspresi berlebihan PGK1 telah dikaitkan dengan kanser gastrik, dan didapati meningkatkan keterukan sel kanser gastrik secara in vitro.[20] Enzim ini dirembeskan oleh sel tumor, dan mengambil bahagian dalam proses angiogenesis yang membawa kepada pembebasan angiostatin dan perencatan pertumbuhan saluran darah tumor.[3]

Oleh kerana kekhususannya yang luas terhadap substrat nukleotida, PGK diketahui mengambil bahagian dalam pemfosforilan dan pengaktifan ubat antiretrovirus HIV yang berasaskan nukleotida.[14][21]

Isozim manusia

sunting
fosfogliserat kinase 1
Pengenal pasti
SimbolPGK1
Gen NCBI5230
HGNC8896
OMIM311800
RefSeqNM_000291
UniProtP00558
Other data
Nombor EC2.7.2.3
LokusKromosom X q13.3
fosfogliserat kinase 2
Pengenal pasti
SimbolPGK2
Gen NCBI5232
HGNC8898
OMIM172270
RefSeqNM_138733
UniProtP07205
Other data
Nombor EC2.7.2.3
LokusKromosom 6 p21-q12

Rujukan

sunting
  1. ^ Watson HC, Walker NP, Shaw PJ, Bryant TN, Wendell PL, Fothergill LA, Perkins RE, Conroy SC, Dobson MJ, Tuite MF (1982). "Sequence and structure of yeast phosphoglycerate kinase". The EMBO Journal. 1 (12): 1635–40. doi:10.1002/j.1460-2075.1982.tb01366.x. PMC 553262. PMID 6765200.
  2. ^ a b c d e f "Molecular insights on pathogenic effects of mutations causing phosphoglycerate kinase deficiency". PLOS ONE. 7 (2): e32065. 2012. Bibcode:2012PLoSO...732065C. doi:10.1371/journal.pone.0032065. PMC 3279470. PMID 22348148.
  3. ^ a b "Phosphoglycerate kinase acts in tumour angiogenesis as a disulphide reductase". Nature. 408 (6814): 869–73. December 2000. Bibcode:2000Natur.408..869L. doi:10.1038/35048596. PMID 11130727.
  4. ^ "Phosphoglycerate kinase 2 (PGK2) is essential for sperm function and male fertility in mice". Biology of Reproduction. 82 (1): 136–45. Jan 2010. doi:10.1095/biolreprod.109.079699. PMC 2802118. PMID 19759366.
  5. ^ a b "Structure, function, and folding of phosphoglycerate kinase are strongly perturbed by macromolecular crowding". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (41): 17586–91. October 2010. Bibcode:2010PNAS..10717586D. doi:10.1073/pnas.1006760107. PMC 2955104. PMID 20921368.
  6. ^ "Folding funnels and conformational transitions via hinge-bending motions". Cell Biochemistry and Biophysics. 31 (2): 141–64. 1999. doi:10.1007/BF02738169. PMID 10593256.
  7. ^ a b "Flexibility and folding of phosphoglycerate kinase". Biochimie. 72 (6–7): 417–29. 1990. doi:10.1016/0300-9084(90)90066-p. PMID 2124145.
  8. ^ "A spring-loaded release mechanism regulates domain movement and catalysis in phosphoglycerate kinase". The Journal of Biological Chemistry. 286 (16): 14040–8. April 2011. doi:10.1074/jbc.M110.206813. PMC 3077604. PMID 21349853.
  9. ^ a b "Importance of aspartate residues in balancing the flexibility and fine-tuning the catalysis of human 3-phosphoglycerate kinase". Biochemistry. 51 (51): 10197–207. December 2012. doi:10.1021/bi301194t. PMID 23231058.
  10. ^ "Transition state analogue structures of human phosphoglycerate kinase establish the importance of charge balance in catalysis". Journal of the American Chemical Society. 132 (18): 6507–16. May 2010. doi:10.1021/ja100974t. PMID 20397725.
  11. ^ Banks, R. D.; Blake, C. C. F.; Evans, P. R.; Haser, R.; Rice, D. W.; Hardy, G. W.; Merrett, M.; Phillips, A. W. (28 June 1979). "Sequence, structure and activity of phosphoglycerate kinase: a possible hinge-bending enzyme". Nature. 279 (5716): 773–777. Bibcode:1979Natur.279..773B. doi:10.1038/279773a0. PMID 450128.
  12. ^ "Crystal structures of substrates and products bound to the phosphoglycerate kinase active site reveal the catalytic mechanism". Biochemistry. 37 (13): 4429–36. March 1998. doi:10.1021/bi9724117. PMID 9521762.
  13. ^ "Kinetic studies on the reaction catalyzed by phosphoglycerate kinase. II. The kinetic relationships between 3-phosphoglycerate, MgATP2-and activating metal ion". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology. 132 (1): 33–40. Jan 1967. doi:10.1016/0005-2744(67)90189-1. PMID 6030358.
  14. ^ a b "Nucleotide promiscuity of 3-phosphoglycerate kinase is in focus: implications for the design of better anti-HIV analogues". Molecular BioSystems. 7 (6): 1863–73. June 2011. doi:10.1039/c1mb05051f. PMID 21505655.
  15. ^ Larsson-Raźnikiewicz, Märtha; Wiksell, Eva (1 March 1978). "Inhibition of phosphoglycerate kinase by salicylates". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology. 523 (1): 94–100. doi:10.1016/0005-2744(78)90012-8. PMID 343818.
  16. ^ "Phosphoglycerate kinase abnormalities: functional, structural and genomic aspects". Biomedica Biochimica Acta. 42 (11–12): S263-7. 1983. PMID 6689547.
  17. ^ a b c "PGK deficiency". British Journal of Haematology. 136 (1): 3–11. Jan 2007. doi:10.1111/j.1365-2141.2006.06351.x. PMID 17222195.
  18. ^ NIH Genetics Home Reference
  19. ^ "Bone marrow transplantation in phosphoglycerate kinase (PGK) deficiency". British Journal of Haematology. 152 (4): 500–2. February 2011. doi:10.1111/j.1365-2141.2010.08474.x. PMID 21223252.
  20. ^ "Phosphoglycerate kinase 1 a promoting enzyme for peritoneal dissemination in gastric cancer". International Journal of Cancer. 126 (6): 1513–20. March 2010. doi:10.1002/ijc.24835. PMC 2811232. PMID 19688824.
  21. ^ "Broad specificity of human phosphoglycerate kinase for antiviral nucleoside analogs". Biochemical Pharmacology. 68 (9): 1749–56. November 2004. doi:10.1016/j.bcp.2004.06.012. PMID 15450940.

Pautan luar

sunting
Diambil daripada "https://ms.wikipedia.org/w/index.php?title=Fosfogliserat_kinase&oldid=6120041"