Введение
Фермент фосфоенолпируват-карбоксикиназа (PEPCK) - фермент семейства лиаз, используемый в метаболическом пути глюконеогенеза. Он превращает оксалоацетат в фосфоенолпируват и углекислый газ. Он встречается в двух формах: цитозольной и митохондриальной.
Phosphoenolpyruvate carboxykinase (, PEPCK) is an enzyme in the lyase family used in the metabolic pathway of gluconeogenesis. It converts oxaloacetate into phosphoenolpyruvate and carbon dioxide. It is found in two forms, cytosolic and mitochondrial.
Структура
У человека есть две изоформы PEPCK: цитозольная форма (SwissProt P35558) и митохондриальная изоформа (SwissProt Q16822), которые имеют идентичность последовательности 63, 4%. Цитозольная форма важна для глюконеогенеза. Однако существует известный транспортный механизм для перемещения ПЭП из митохондрий в цитозол с использованием специфических мембранных транспортных белков. Транспорт PEP через внутреннюю митохондриальную мембрану включает митохондриальный трикарбоксилатный транспортный белок и в меньшей степени аденоиновый нуклеотидный носитель. Также была выдвинута возможность использования переносчика PEP/пирувата. Рентгеновские структуры PEPCK дают представление о структуре и механизме ферментативной активности PEPCK. Митохондриальная изоформа печени курицы PEPCK, комплексованная с Mn2+, Mn2+ фосфоенолпируватом (PEP) и Mn2+ GDP, дает информацию о его структуре и о том, как этот фермент каталитизирует реакции. Дельбаре и др. (2004) определили PEPCK в E. coli и обнаружили, что активное место находится между C-терминальным доменом и N-терминальным доменом. Активный сайт был закрыт при ротации этих доменов. Фосфорильные группы переносятся во время действия PEPCK, что, вероятно, облегчается затмением конформации фосфорильных групп, когда АТФ связывается с PEPCK.
Механизм
PEPCKase преобразует оксалоацетат в фосфоенолпируват и углекислый газ. Поскольку PEPCK действует на стыке между гликолизом и циклом Кребса, он вызывает декарбоксилирование молекулы C4, создавая молекулу C3. В качестве первого обязательного шага в глюконеогенезе, PEPCK декарбоксилирует и фосфорилирует оксалоацетат (OAA) для его преобразования в PEP, когда присутствует GTP. По мере передачи фосфата в результате реакции получается молекула ВВП. Хотя такая реакция возможна, кинетика настолько неблагоприятна, что мутанты растут очень медленно или не растут вообще. Роль, которую PEPCK C играет в глюконеогенезе, может быть опосредована циклом лимонной кислоты, активность которого, как было установлено, напрямую связана с содержанием PEPCK C. Как показывают предыдущие исследования, уровни PEPCK C в одиночку не имели высокой корреляции с глюконеогенезом в печени мыши. Исследователи из Case Western Reserve University обнаружили, что чрезмерная экспрессия цитозольного PEPCK в скелетных мышцах мышей заставляет их быть более активными, более агрессивными и жить дольше, чем нормальные мыши; см. метаболические супермыши.
Растения
PEPCK является одним из трех ферментов декарбоксилирования, используемых в механизмах концентрации неорганического углерода в C4 и CAM-растениях. Другие - NADP и NAD. При фиксации углерода C4 углекислый газ сначала фиксируется в сочетании с фосфоенолпируватом для образования оксалоацетата в мезофиле. В растениях типа C4 PEPCK оксалоацетат затем преобразуется в аспартат, который поступает в оболочку пучка. В клетках пучка аспартат превращается обратно в оксалоацетат. PEPCK декарбоксилирует оксалоацетат, выделяющий углекислый газ, который затем фиксируется ферментом Рубиско. На каждую молекулу углекислого газа, полученную при PEPCK, расходуется одна молекула АТФ. PEPCK действует в растениях, которые подвергаются фиксации углерода C4, где его действие локализовано в цитозоле, в отличие от млекопитающих, где было обнаружено, что PEPCK действует в митохондриях. Хотя он встречается во многих различных частях растений, он был замечен только в определенных типах клеток, включая области флоэмы. Также было обнаружено, что в огурцах (Cucumis sativus L.) уровни PEPCK повышаются благодаря множеству эффектов, которые, как известно, снижают клеточный рН растений, хотя эти эффекты специфичны для части растения. Было показано, что PEPCK Mycobacterium tuberculosis активирует иммунную систему у мышей за счет повышения активности цитокинов. В результате было установлено, что PEPCK может быть подходящим ингредиентом для разработки эффективной подединичной вакцинации против туберкулеза. Поэтому PEPCK M может играть роль в раковых клетках, особенно при ограничении питательных веществ или других стрессовых условиях.
У людей
PEPCK C усиливается, как с точки зрения его производства, так и активации, многими факторами. Транскрипция гена PEPCK C стимулируется глюкагоном, глюкокортикоидами, ретиноевой кислотой и аденозин-3,5'- монофосфатом (cAMP), в то время как инсулин ее ингибирует. Из этих факторов инсулин, гормон, который является дефицитным в случае сахарного диабета 1 типа, считается доминирующим, поскольку он ингибирует транскрипцию многих стимулирующих элементов. При длительном ацидозе, PEPCK C повышается в клетках границы щетины проксимального тубула почек, чтобы выделить больше NH3 и, таким образом, произвести больше HCO3−. Специфическая активность GTP PEPCK наиболее высока, когда имеются Mn2+ и Mg2+. Кроме того, гиперреактивный цистеин (C307) участвует в связывании Mn2+ с активным местом.
Растения
Как обсуждалось ранее, содержание PEPCK увеличивалось, когда растения поливали хлоридом аммония с низким рН, хотя высокий рН не оказывал такого эффекта.
Классификация
Он классифицируется под номером ЕС 4.1.1. Существует три основных типа, различаемых по источнику энергии для приведения в действие реакции: 4.1.1.32 GTP (PCK1, PCK2) 4.1.1.38 дифосфат 4.1.1.49 АТФ
4.1.1.32 – GTP (PCK1, PCK2)
4.1.1.38 – diphosphate
4.1.1.49 – ATP