Фосфофруктокиназа-2

Фосфофруктокиназа-2 (ФФК-2) или фруктозо-2,6-бисфосфатаза (ФБФ-2) — бифункциональный фермент, регулирующий процессы гликолиза и глюконеогенеза в теле человека. Этот белок является димером, в котором каждый мономер, в зависимости от внешних условий, может действовать как киназа или фосфатаза. Регулируется глюкагоном и инсулином[1].

6-фосфофрукто-2-киназа

Фосфофруктокиназа-2: киназный домен показан бирюзовым, а фосфатазный - зелёным.
Идентификаторы
Шифр КФ 2.7.1.105
Номер CAS 78689-77-7
Базы ферментов
IntEnz IntEnz view
BRENDA BRENDA entry
ExPASy NiceZyme view
MetaCyc metabolic pathway
KEGG KEGG entry
PRIAM profile
PDB structures RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology AmiGO • EGO
Поиск
PMC статьи
PubMed статьи
NCBI NCBI proteins
CAS 78689-77-7

Структура

Каждый мономер данного белка разделён на два функциональных домена. Киназный домен расположен на N-конце[2]. Он состоит из шести-тяжевого бета-листа, в котором пять параллельных тяжей и один антипараллельный тяж, окружённый шестью альфа-спиралями[3]. Этот домен содержит нуклеотид-связывающую укладку (англ. nucleotide-binding fold) на C-конце первого β-тяжа[4], что объединяет его со структурой аденилаткиназы.

Фосфатазный домен расположен на C-конце[5]. Он схож с белками других семейств, таких как фосфоглицератмутазы и кислые фосфатазы[6] Этот домен имеет смешанную α/β-структуру, в которой присутствует шести-тяжевый центральный β-лист и дополнительный α-спиральный субдомен, предположительно покрывающий активный центр фермента молекулы[3]. Наконец, N-конечный регион модулирует активности фосфофруктокиназы-2 и фруктозо-2,6-бисфосфатазы и стабилизирует димерную форму фермента[6][7].

Механизм действия

Когда уровень глюкозы понижен, в кровь выпускается глюкагон, что активирует сигнальный каскад цАМФ-зависимого пути. В печени протеинкиназа A фосфорилирует Ser-32 этого бифункционального фермента (но этого не происходит в скелетных мышцах), что вызывает понижение киназной активности и стимулирует фосфатазную активность[8]. В результате происходит снижения уровня фруктозо-2,6-бисфосфата, которая в норме стимулирует активность фосфофруктокиназы-1, что и приводит к ослаблению гликолиза и стимуляции глюконеогенеза[9].

Когда концентрация глюкозы растёт, повышается и уровень фруктозо-6-фосфата. Фруктозо-6-фосфат стимулирует фосфопротеинфосфатазу-1, которая дефосфорилирует фосфофруктокиназу-2. В результате происходит активация её киназного домена, который катализирует образование Фр-2,6-Ф. Происходит стимуляция гликолиза и подавление глюконеогенеза.

Регуляция

Аллостерическая регуляция ФФК-2/ФБФ-2 схожа с таковой у ФФК-1[10]. Высокий уровень АМФ или неорганического фосфата означает, что в клетке не хватает энергии: такие условия стимулируют ФФК-2. С другой стороны, высокая концентрация фосфоенолпирувата (ФЕП) и цитрата означает, что в клетке много предшественников для биосинтеза АТФ, что ингибирует ФФК-2. В отличие от ФФК-1, активность ФФК-2 не зависит от концентрации АТФ.

Глюкагон подавляет киназную активность фермента, активируя протеинкиназу А, которая фосфорилирует фермент снижая киназную и стимулируя фосфатазную активность; через протеинкиназу А и ФФК-2/ФБФ-2 глюкагон снижает уровень фруктозо-2,6-бисфостфата, что приводит к подавлению гликолиза. Инсулин активирует обратный процесс, активируя протеинфосфатазу, которая дефосфорилирует ФФК-2/ФБФ-2, снижая её фосфатазную и усиливая киназную активность; в результате растёт концентрация фруктозо-2,6-бисфостфата, что активирует гликолиз.

Изоферменты

На сегодняшний день у млекопитающих обнаружено пять изоферментов, часть из них образуется в результате транскрипции отдельных генов, а часть — в результате альтернативного сплайсинга[11][12][13]. Все изоэнзимы радикально отличаются по своей регуляции: способ регуляции, описанный выше описан для самой изученной печёночной изоформы[3].

К генам человека, кодирующим белки с активностью фосфофруктокиназы-2 относятся:

  • PFKFB1, PFKFB2, PFKFB3, PFKFB4

Значение для медицины

Было показано, что у европейцев мутации в гене Pfkfb2, кодирующем белок ФФК-2/ФБФ-2, связаны с предрасположенностью к шизофрении[14]. Более того, было обнаружено, что регуляция активности ФФК-2 связана с работой сердца и механизмом, не допускающим развития гипоксии[15].

Примечания
  1. Нельсон, Кокс, 2014, с. 143—146.
  2. Kurland I., Chapman B., Lee Y. H., Pilkis S. Evolutionary reengineering of the phosphofructokinase active site: ARG-104 does not stabilize the transition state in 6-phosphofructo-2-kinase. (англ.) // Biochemical and biophysical research communications. — 1995. — Vol. 213, no. 2. — P. 663—672. — doi:10.1006/bbrc.1995.2183. — PMID 7646523.
  3. Hasemann C. A., Istvan E. S., Uyeda K., Deisenhofer J. The crystal structure of the bifunctional enzyme 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase reveals distinct domain homologies. (англ.) // Structure (London, England : 1993). — 1996. — Vol. 4, no. 9. — P. 1017—1029. — PMID 8805587.
  4. Walker J. E., Saraste M., Runswick M. J., Gay N. J. Distantly related sequences in the alpha- and beta-subunits of ATP synthase, myosin, kinases and other ATP-requiring enzymes and a common nucleotide binding fold. (англ.) // The EMBO journal. — 1982. — Vol. 1, no. 8. — P. 945—951. — PMID 6329717.
  5. Li L., Lin K., Pilkis J., Correia J. J., Pilkis S. J. Hepatic 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase. The role of surface loop basic residues in substrate binding to the fructose-2,6-bisphosphatase domain. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 1992. — Vol. 267, no. 30. — P. 21588—21594. — PMID 1328239.
  6. Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. The Balance Between Glycolysis and Gluconeogenesis in the Liver Is Sensitive to Blood-Glucose Concentration // Biochemistry (Looseleaf) (неопр.). — San Francisco: W. H. Freeman, 2008. — С. 466—467. — ISBN 1-4292-3502-0.
  7. Tominaga N., Minami Y., Sakakibara R., Uyeda K. Significance of the amino terminus of rat testis fructose-6-phosphate, 2-kinase:fructose-2,6-bisphosphatase. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 1993. — Vol. 268, no. 21. — P. 15951—15957. — PMID 8393455.
  8. Kurland I. J., el-Maghrabi MR, Correia J. J., Pilkis S. J. Rat liver 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase. Properties of phospho- and dephospho- forms and of two mutants in which Ser32 has been changed by site-directed mutagenesis. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 1992. — Vol. 267, no. 7. — P. 4416—4423. — PMID 1339450.
  9. Pilkis S. J., Claus T. H., Kurland I. J., Lange A. J. 6-Phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase: a metabolic signaling enzyme. (англ.) // Annual review of biochemistry. — 1995. — Vol. 64. — P. 799—835. — doi:10.1146/annurev.bi.64.070195.004055. — PMID 7574501.
  10. Van Schaftingen E., Hers H.G. Phosphofructokinase 2: the enzyme that forms fructose 2,6-bisphosphate from fructose 6-phosphate and ATP (англ.) // Biochem. Biophys. Res. Commun. : journal. — 1981. — August (vol. 101, no. 3). — P. 1078—1084. — doi:10.1016/0006-291X(81)91859-3. — PMID 6458291.
  11. Darville M. I., Crepin K. M., Hue L., Rousseau G. G. 5' flanking sequence and structure of a gene encoding rat 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1989. — Vol. 86, no. 17. — P. 6543—6547. — PMID 2549541.
  12. Tsuchiya Y., Uyeda K. Bovine heart fructose 6-P,2-kinase:fructose 2,6-bisphosphatase mRNA and gene structure. (англ.) // Archives of biochemistry and biophysics. — 1994. — Vol. 310, no. 2. — P. 467—474. — PMID 8179334.
  13. Sakata J., Abe Y., Uyeda K. Molecular cloning of the DNA and expression and characterization of rat testes fructose-6-phosphate,2-kinase:fructose-2,6-bisphosphatase. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 1991. — Vol. 266, no. 24. — P. 15764—15770. — PMID 1651918.
  14. Stone W. S., Faraone S. V., Su J., Tarbox S. I., Van Eerdewegh P., Tsuang M. T. Evidence for linkage between regulatory enzymes in glycolysis and schizophrenia in a multiplex sample. (англ.) // American journal of medical genetics. Part B, Neuropsychiatric genetics : the official publication of the International Society of Psychiatric Genetics. — 2004. — Vol. 127B, no. 1. — P. 5—10. — doi:10.1002/ajmg.b.20132. — PMID 15108172.
  15. Wang Q., Donthi R. V., Wang J., Lange A. J., Watson L. J., Jones S. P., Epstein P. N. Cardiac phosphatase-deficient 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase increases glycolysis, hypertrophy, and myocyte resistance to hypoxia. (англ.) // American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. — 2008. — Vol. 294, no. 6. — P. 2889—2897. — doi:10.1152/ajpheart.91501.2007. — PMID 18456722.

Литература
  • Д. Нельсон, М. Кокс. Основы биохимии Ленинджера: в 3 т. — М.: БИНОМ, 2014. — Т. 2. — С. 144—146. — 636 с. — ISBN 978-5-94774-366-1.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.