Введение
Фермент фосфоглицераткиназа (PGK 1) - фермент, который катализирует обратимую передачу фосфатной группы из 1,3 бисфоглицерата (1,3 BPG) в ADP, производя 3 фосфоглицерата (3 PG) и АТФ: 1,3 бисфоглицерата + АДФ глицерата 3 фосфата + АТФ Как и все киназы, это трансфераза. PGK является основным ферментом, используемым в гликолизе, в первой стадии генерации АТФ гликолитического пути. При глюконеогенезе реакция, катализированная PGK, протекает в противоположном направлении, образуя ADP и 1,3 BPG. У человека до сих пор были идентифицированы два изофермента PGK, PGK1 и PGK2. Изоферменты имеют идентичность последовательности аминокислот на 87-88%, и хотя они структурно и функционально похожи, у них есть различные локализации: PGK2, кодируемый аутосомным геном, уникален для мейотических и постмейотических сперматогенных клеток, в то время как PGK1, кодируемый на Х-хромосоме, повсеместно экспрессируется во всех клетках. Было показано, что человеческий изофермент PGK2, экспрессируемый только во время сперматогенеза, имеет важное значение для функции сперматозоидов у мышей.
Phosphoglycerate kinase (PGK 1) is an enzyme that catalyzes the reversible transfer of a phosphate group from 1,3 bisphosphoglycerate (1,3 BPG) to ADP producing 3 phosphoglycerate (3 PG) and ATP :
1,3 bisphosphoglycerate + ADP glycerate 3 phosphate + ATP
Like all kinases it is a transferase. PGK is a major enzyme used in glycolysis, in the first ATP generating step of the glycolytic pathway. In gluconeogenesis, the reaction catalyzed by PGK proceeds in the opposite direction, generating ADP and 1,3 BPG. In humans, two isozymes of PGK have been so far identified, PGK1 and PGK2. The isozymes have 87 88% identical amino acid sequence identity and though they are structurally and functionally similar, they have different localizations: PGK2, encoded by an autosomal gene, is unique to meiotic and postmeiotic spermatogenic cells, while PGK1, encoded on the X chromosome, is ubiquitously expressed in all cells. The human isozyme PGK2, which is only expressed during spermatogenesis, was shown to be essential for sperm function in mice.
Обзор
PGK встречается во всех живых организмах, и его последовательность была высоко сохранена на протяжении всей эволюции. Фермент существует в виде 415-го остаточного мономера, содержащего два почти одинаковых домена, которые соответствуют N и C концам белка. 3 фосфоглицерат (3 PG) связывается с N- терминалом, в то время как нуклеотидные субстраты, MgATP или MgADP, связываются с C- терминальным доменом фермента. Эта расширенная структура двух доменов связана с крупномасштабными изменениями конформации "гибковой изгиб", аналогичными тем, которые обнаружены в гексокиназе. Два домена белка разделены щелью и связаны двумя альфа-вертковыми спиралями. Хотя связывание любой субстрата вызывает конформационное изменение, только через связывание обоих субстратов происходит закрытие домена, что приводит к переносу фосфатной группы. Бивалентный металл помогает ферментным лигандам в экранировании отрицательных зарядов связанной фосфатной группы, позволяя возникнуть нуклеофильной атаке; эта стабилизация заряда является типичной характеристикой фосфотрансферной реакции. Теоретизируется, что ион может также способствовать закрытию домена, когда PGK связывает оба субстрата. Затем, в случае передовой гликолитической реакции, бета-фосфат АДФ инициирует нуклеофильную атаку на 1-фосфат 1,3 BPG. Лиз219 на ферменте направляет фосфатную группу к субстрату. PGK проходит через стабилизированное переходное состояние заряда, которое предпочтительнее расположения связанного субстрата в закрытом ферменте, потому что в переходном состоянии все три фосфатных кислорода стабилизируются лигандами, в отличие от только двух стабилизированных кислородов в начальном связанном состоянии. В гликолитическом пути 1,3 BPG является донором фосфата и обладает высоким потенциалом переноса фосфорила. PGK каталитизирует перенос фосфатной группы с 1,3 BPG на ADP для получения АТФ, что позволяет провести окислительную реакцию углерода предыдущего гликолитического этапа (преобразование глицеральдегид-3-фосфата в 3-фосфоглицерат).
Регулирование
Энзим активируется низкими концентрациями различных мультивалентных анионов, таких как пирофосфат, сульфат, фосфат и цитрат. Высокие концентрации MgATP и 3PG активируют PGK, в то время как Mg2+ в высоких концентрациях неконкурентно ингибирует фермент. PGK проявляет широкую специфичность по отношению к нуклеотидным субстратам. Его активность ингибируется салицилатами, которые, по-видимому, имитируют нуклеотидный субстрат фермента. Было показано, что макромолекулярное скопление увеличивает активность PGK как в компьютерных симуляциях, так и в средах in vitro, имитирующих внутреннюю часть клетки; в результате скопления фермент становится более ферментативно активным и более компактным. В зависимости от формы существует гемолитическая форма и миопатическая форма. Поскольку признак связан с Х-полосой, он обычно полностью выражен у мужчин, которые имеют одну Х-хромосому; пораженные женщины, как правило, бессимптомны. PGK является единственным ферментом в непосредственном гликолитическом пути, кодируемом связанным с X геном. В случае гемолитической анемии, дефицит PGK возникает в эритроцитах. В настоящее время не существует окончательного лечения дефицита PGK. Перевыражение PGK1 связано с раком желудка и, как было установлено, увеличивает инвазивность раковых клеток желудка in vitro. Фермент секретируется опухолевыми клетками и участвует в ангиогенном процессе, что приводит к высвобождению ангиостатина и ингибированию роста опухолевых кровеносных сосудов.