Fosfofruktokinas-2

Fosfofruktokinas-2 ( FFK-2 ) eller fruktos-2,6-bisfosfatas ( FBF-2 ) är ett bifunktionellt enzym som reglerar processerna för glykolys och glukoneogenes i människokroppen. Detta protein är en dimer där varje monomer, beroende på yttre förhållanden, kan fungera som antingen ett kinas eller ett fosfatas . Regleras av glukagon och insulin [1] .

Struktur

Varje monomer av ett visst protein är uppdelad i två funktionella domäner . Kinasdomänen är belägen vid N-terminalen [2] . Den består av ett sexsträngat betaark , som har fem parallella trådar och en antiparallell tråd omgiven av sex alfaspiraler [3] . Denna domän innehåller en nukleotidbindande veck vid  C-terminalen av den första β-strängen [4] , som kombinerar den med adenylatkinasstrukturen.

Fosfatasdomänen är belägen vid C-terminalen [5] . Det liknar proteiner från andra familjer, såsom fosfoglyceratmutaser och sura fosfataser [6] Denna domän har en blandad α/β-struktur, i vilken det finns ett sexsträngat centralt β-ark och en ytterligare α-spiralformad subdomän, förmodligen som täcker det aktiva stället för molekylens enzym [3] . Slutligen modulerar den N-terminala regionen aktiviteterna av fosfofruktokinas-2 och fruktos-2,6-bisfosfatas och stabiliserar den dimera formen av enzymet [6] [7] .

Verkningsmekanism

När glukosnivåerna är låga frigörs glukagon i blodomloppet, vilket aktiverar signalkaskaden för den cAMP-beroende vägen . I levern fosforylerar proteinkinas A Ser -32 av detta bifunktionella enzym (men detta förekommer inte i skelettmuskulaturen), vilket orsakar en minskning av kinasaktiviteten och stimulerar fosfatasaktiviteten [8] . Som ett resultat sker en minskning av nivån av fruktos-2,6-bisfosfat , vilket normalt stimulerar aktiviteten av fosfofruktokinas-1 , vilket leder till en försvagning av glykolys och stimulering av glukoneogenes [9] .

När glukoskoncentrationen stiger, ökar också nivån av fruktos-6-fosfat . Fruktos-6-fosfat stimulerar fosfoproteinfosfatas-1 , som defosforylerar fosfofruktokinas-2. Som ett resultat aktiveras dess kinasdomän, vilket katalyserar bildningen av Fr-2,6-P . Glykolysen stimuleras och glukoneogenesen undertrycks.

Förordning

Allosterisk reglering av FFK-2/FBF-2 liknar den för FFK-1 [10] . En hög nivå av AMP eller oorganiskt fosfat gör att cellen saknar energi: sådana förhållanden stimulerar FFK-2. Å andra sidan innebär en hög koncentration av fosfoenolpyruvat (PEP) och citrat att det finns många prekursorer för ATP-biosyntes i cellen, vilket hämmar FFK-2. Till skillnad från FFK-1 beror aktiviteten hos FFK-2 inte på koncentrationen av ATP.

Glukagon hämmar enzymets kinasaktivitet genom att aktivera proteinkinas A, som fosforylerar enzymet, minskar kinasaktiviteten och stimulerar fosfatasaktiviteten; genom proteinkinas A och FFK-2 / FBF-2 minskar glukagon nivån av fruktos-2,6-bisfosfat, vilket leder till undertryckande av glykolys. Insulin aktiverar den omvända processen genom att aktivera proteinfosfatas, som defosforylerar FFK-2/FBF-2, minskar dess fosfatas och ökar kinasaktiviteten; som ett resultat ökar koncentrationen av fruktos-2,6-bisfosfatat, vilket aktiverar glykolys.

Isoenzymer

Hittills har fem isoenzymer hittats i däggdjur , några av dem bildas som ett resultat av transkription av individuella gener, och några som ett resultat av alternativ splitsning [11] [12] [13] . Alla isoenzymer är radikalt olika i sin reglering: regleringssättet som beskrivs ovan beskrivs för den mest studerade leverisoformen [3] .

Humana gener som kodar för proteiner med fosfofruktokinas-2-aktivitet inkluderar:

• PFKFB1 , PFKFB2 , PFKFB3 , PFKFB4

Betydelse för medicin

Hos européer har mutationer i Pfkfb2 -genen , som kodar för FFK-2/FBF-2-proteinet, visat sig vara associerade med predisposition för schizofreni [14] . Dessutom fann man att regleringen av FFK-2-aktivitet är associerad med hjärtats arbete och mekanismen som förhindrar utvecklingen av hypoxi [15] .

Anteckningar

1. ↑ Nelson, Cox, 2014 , sid. 143-146.
2. ↑ Kurland I. , Chapman B. , Lee YH , Pilkis S. Evolutionär omstrukturering av det aktiva stället för fosfofruktokinas: ARG-104 stabiliserar inte övergångstillståndet i 6-fosfofrukto-2-kinas.  (engelska)  // Biokemisk och biofysisk forskningskommunikation. - 1995. - Vol. 213, nr. 2 . - s. 663-672. - doi : 10.1006/bbrc.1995.2183 . — PMID 7646523 .
3. ↑ 1 2 3 Hasemann CA , Istvan ES , Uyeda K. , Deisenhofer J. Kristallstrukturen av det bifunktionella enzymet 6-fosfofrukto-2-kinas/fruktos-2,6-bisfosfatas avslöjar distinkta domänhomologier.  (engelska)  // Structure (London, England: 1993). - 1996. - Vol. 4, nr. 9 . - P. 1017-1029. — PMID 8805587 .
4. ↑ Walker JE , Saraste M. , Runswick MJ , Gay NJ Avlägset besläktade sekvenser i alfa- och beta-subenheterna av ATP-syntas, myosin, kinaser och andra ATP-krävande enzymer och en gemensam nukleotidbindningsveck.  (engelska)  // The EMBO journal. - 1982. - Vol. 1, nr. 8 . - P. 945-951. — PMID 6329717 .
5. ↑ Li L. , Lin K. , Pilkis J. , Correia JJ , Pilkis SJ Hepatisk 6-fosfofrukto-2-kinas/fruktos-2,6-bisfosfatas. Rollen av ytslinga basrester i substratbindning till fruktos-2,6-bisfosfatasdomänen.  (engelska)  // The Journal of biological chemistry. - 1992. - Vol. 267, nr. 30 . - P. 21588-21594. — PMID 1328239 .
6. ↑ 12 Stryer , Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. Balansen mellan glykolys och glukoneogenes i levern är känslig för blodglukoskoncentration // Biokemi (lösblad)  (neopr.) . —San Francisco: W.H. Freeman, 2008. - S. 466-467. - ISBN 1-4292-3502-0 .
7. ↑ Tominaga N. , Minami Y. , Sakakibara R. , Uyeda K. Betydelsen av aminoterminalen hos råtttestis fruktos-6-fosfat, 2-kinas:fruktos-2,6-bisfosfatas.  (engelska)  // The Journal of biological chemistry. - 1993. - Vol. 268, nr. 21 . - P. 15951-15957. — PMID 8393455 .
8. ↑ Kurland IJ , el-Maghrabi MR , Correia JJ , Pilkis SJ Råttlever 6-fosfofrukto-2-kinas/fruktos-2,6-bisfosfatas. Egenskaper hos fosfo- och defosfoformer och hos två mutanter i vilka Ser32 har förändrats genom platsriktad mutagenes.  (engelska)  // The Journal of biological chemistry. - 1992. - Vol. 267, nr. 7 . - P. 4416-4423. — PMID 1339450 .
9. ↑ Pilkis SJ , Claus TH , Kurland IJ , Lange AJ 6-Phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase: a metabolic signaling enzyme.  (engelska)  // Årlig genomgång av biokemi. - 1995. - Vol. 64. - s. 799-835. - doi : 10.1146/annurev.bi.64.070195.004055 . — PMID 7574501 .
10. ↑ Van Schaftingen E., Hers HG Phosphofructokinase 2: enzymet som bildar fruktos 2,6-bisfosfat från fruktos 6-fosfat och ATP   // Biochem . Biophys. Res. kommun. : journal. - 1981. - August ( vol. 101 , nr 3 ). - P. 1078-1084 . - doi : 10.1016/0006-291X(81)91859-3 . — PMID 6458291 .
11. ↑ Darville MI , Crepin KM , Hue L. , Rousseau GG 5'-flankerande sekvens och struktur för en gen som kodar för rått-6-fosfofrukto-2-kinas/fruktos-2,6-bisfosfatas.  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Vol. 86, nr. 17 . - P. 6543-6547. — PMID 2549541 .
12. ↑ Tsuchiya Y. , Uyeda K. Bovint hjärta fruktos 6-P,2-kinas:fruktos 2,6-bisfosfatas mRNA och genstruktur.  (engelska)  // Archives of biochemistry and biophysics. - 1994. - Vol. 310, nr. 2 . - s. 467-474. — PMID 8179334 .
13. ↑ Sakata J. , Abe Y. , Uyeda K. Molekylär kloning av DNA och uttryck och karakterisering av råtttestes fruktos-6-fosfat,2-kinas:fruktos-2,6-bisfosfatas.  (engelska)  // The Journal of biological chemistry. - 1991. - Vol. 266, nr. 24 . - P. 15764-15770. — PMID 1651918 .
14. ↑ Stone WS , Faraone SV , Su J. , Tarbox SI , Van Eerdewegh P. , Tsuang MT. Bevis för koppling mellan regulatoriska enzymer i glykolys och schizofreni i ett multiplexprov.  (engelska)  // American journal of medical genetics. Del B, Neuropsykiatrisk genetik: den officiella publikationen av International Society of Psychiatric Genetics. - 2004. - Vol. 127B, nr. 1 . - S. 5-10. - doi : 10.1002/ajmg.b.20132 . — PMID 15108172 .
15. ↑ Wang Q. , Donthi RV , Wang J. , Lange AJ , Watson LJ , Jones SP , Epstein PN Cardiac phosphatase-deficient 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase ökar glykolys, och myocytresistens, hypertrofi till hypoxi.  (engelska)  // American journal of physiology. Hjärt- och cirkulationsfysiologi. - 2008. - Vol. 294, nr. 6 . - P. 2889-2897. - doi : 10.1152/ajpheart.91501.2007 . — PMID 18456722 .

Litteratur

• D. Nelson, M. Cox. Grunderna i Lehningers biokemi: i 3 vol. - M . : BINOM, 2014. - V. 2. - S. 144-146. — 636 sid. — ISBN 978-5-94774-366-1 .