Struttura, funzione, regolazione, inibizione della piruvato chinasi

Reazione catalizzata dall'enzima piruvato chinasi

Cos'è il piruvato della chinasi?

IL Piruvato chinasi (Pyk) È l'enzima che catalizza l'ultimo passo della via glicolitica, che implica il trasferimento irreversibile del gruppo fosfato di una molecola fosfoenolpiruvata (PEP) verso una molecola ADP, con conseguente sintesi di una molecola ATP e un'altra di acido piruvico o piruvato.

Il piruvato così prodotto in seguito partecipa a varie rotte cataboliche e anaboliche (biosintetiche): può essere decarbossilato per produrre acetil-COA, carbossilato per produrre ossalacetato, transaminati per produrre alanina, ossidato per produrre acido lattico o può essere diretto verso il gluconeogenesi per la sintesi di sintesi glucosio.

Poiché partecipa alla glicolisi, questo enzima è della massima importanza per il metabolismo dei carboidrati di molti organismi, unicellulare e multicellulare, che lo usano come principale percorso catabolico per ottenere energia.

Un esempio di cellule strettamente dipendenti di glicolisi per ottenere energia è quello degli eritrociti dei mammiferi, per i quali una carenza in uno qualsiasi degli enzimi che partecipano a questa via può avere effetti notevolmente negativi.

Struttura della piruvato chinasi

Nei mammiferi sono state descritte quattro isoforme dell'enzima piruvato chinasi:

- PKM1, Tipico nei muscoli

- PKM2, Solo nei feti (entrambi i prodotti della lavorazione alternativa dello stesso RNA messaggero)

- PKL, presente nel fegato e

- PKR, presenti negli eritrociti (entrambi codificati dallo stesso gene, Pklr, ma trascritto da diversi promotori).

Tuttavia, l'analisi effettuata nella struttura dei diversi enzimi piruvato chinasi in natura (compresi questi 4 dei mammiferi) dimostra una grande somiglianza nella struttura generale, nonché rispetto all'architettura del sito attivo e ai meccanismi regolamentari.

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In generale, è un enzima di peso molecolare di 200 kDa, caratterizzato da una struttura tetramerica composta da 4 unità proteiche identiche, più o meno 50 o 60 kDa, e ciascuno con 4 domini, vale a dire:

- Un dominio elicoidale Piccolo all'estremità N-terminale (assente negli enzimi batterici)

- Un dominio "A", Identificato da una topologia di 8 fette β piegate e 8 sale α

- Un dominio "B", Inserito tra la lamina beta piegata numero 3 e il dominio" A "di dominio Alpha

- Un dominio "C", Che ha una topologia α+β

Struttura molecolare dell'enzima piruvato chinasi

Tre siti sono stati rilevati nei tetrameri del piruvato chinasi di diversi organismi: il sito attivo, il sito effettore e il sito di legame degli aminoacidi. Il sito attivo di questi enzimi è tra i domini A e B, vicino al "sito effettore", che appartiene al dominio C.

Nel Tetrámero, i domini D formano un'interfaccia "piccola", mentre i domini formano un'interfaccia più grande.

Funzione della chinasi piruvato

Come già accennato, il piruvato della chinasi catalizza l'ultimo passo della via glicolitica, ovvero il trasferimento di un gruppo di fosfato dal fosfoenolpivato (PEP) a una molecola ADP per produrre un ATP e una molecola piruvata o acido piruvico.

I prodotti della reazione catalizzati da questo enzima sono della massima importanza per i diversi contesti metabolici. Il piruvato può essere usato in diversi modi:

• In condizioni aerobiche, cioè in presenza di ossigeno, questo può essere usato come substrato di un enzima noto come il piruvato deidrogenasi gratuito, da decarbossilato e trasformato in acetil-CoA, una molecola in grado di entrare nel ciclo dei krebi in mitocondriando o partecipare ad altre rotte anaboliche come la biosintesi degli acidi grassi, per esempio.
• In assenza di ossigeno o anaerobiosi, il piruvato può essere usato dall'enzima lattato deidrogenasi per produrre acido lattico (ossidazione) attraverso un processo noto come "fermentazione lattica".
• Inoltre, il piruvato può essere convertito in glucosio attraverso la gluconeogenesi, in alanina mediante transaminasi alanina, in ossalacetato per carbossilasi piruvato, ecc.

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È importante ricordare che nella reazione catalizzata da questo enzima, si verifica la sintesi netta di ATP che viene conteggiata per la glicolisi, producendo da ciascuna molecole di piruccato 2 molecola di glucosio e 2 ATP.

Pertanto, da questa prospettiva, il piruvato enzimatico chinasi ha un ruolo fondamentale in molti aspetti del metabolismo cellulare, così tanto, che viene usato come bersaglio terapeutico per molti agenti patogeni dell'essere umano, tra cui vari protozoi si distinguono.

Regolamento

Il piruvato della chinasi è un enzima estremamente importante dal punto di vista del metabolismo cellulare, in quanto è quello che forma l'ultimo composto risultante dalla via del catabolismo del glucosio: piruvato.

Oltre ad essere uno dei tre enzimi più regolamentati dell'intera via glicolitica (le altre due esochinasi (HK) e la fosfofrucerachinasi (PFK)), il piruvato della chinasi è un enzima molto importante glicolisi.

È attivato da fosfoenolpiruvato, uno dei suoi substrati (regolazione omotropica), nonché da altri zuccheri mono e diposforilati, sebbene la sua regolazione dipenda dal tipo di isoenzima che è considerato.

Alcuni testi scientifici suggeriscono che la regolazione di questo enzima dipende anche dalla sua architettura "multidominio", poiché la sua attivazione sembra dipendere da alcune rotazioni nei settori delle subunità e alterazioni nella geometria del sito attivo.

Per molti organismi, l'attivazione Árosterica del piruvato chinasi dipende dal fruttosio 1.6-bifosfato (F16bp), ma questo non è vero per gli enzimi vegetali. Altri enzimi sono anche attivati ​​da amplificatore ciclico e 6-fosfato.

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Inoltre, è stato dimostrato che l'attività della maggior parte delle chinasi piruvato studiate dipende notevolmente dalla presenza di ioni monovalenti come il potassio (K+) e ioni bivalenti come magnesio (Mg+2) e manganese (Mn+2).

Inibizione

Il piruvato della chinasi è inibito principalmente dall'effettore fisiologico, quindi questi processi variano considerevolmente tra specie diverse e persino tra tipi di cellule e tessuti dello stesso organismo.

In molti mammiferi, il glucagone, l'epinefrina e l'AMPC hanno effetti inibitori sull'attività del piruvato della chinasi, effetti che possono essere contrastati dall'insulina.

Inoltre, è stato dimostrato che alcuni aminoacidi come la fenilalanina possono avere azioni come inibitori competitivi per questo enzima nel cervello.