La piruvato chinasi ( PYK ) è l'enzima che catalizza l'ultimo passaggio della via glicolitica, che prevede il trasferimento irreversibile del gruppo fosfato di una molecola di fosfoenolpiruvato (PEP) a una molecola di ADP, risultando nella sintesi di una molecola di ATP e un altro di acido piruvico o piruvato.
Il piruvato così prodotto successivamente partecipa a varie vie cataboliche e anaboliche (biosintetiche): può essere decarbossilato per produrre acetil-CoA, carbossilato per produrre ossalacetato, transaminato per produrre alanina, ossidato per produrre acido lattico oppure può essere diretto verso la gluconeogenesi per sintesi glucosio.
Reazione catalizzata dall'enzima piruvato chinasi (Fonte: Noah Salzman tramite Wikimedia Commons)
Poiché partecipa alla glicolisi, questo enzima è molto importante per il metabolismo dei carboidrati di molti organismi, unicellulari e multicellulari, che la utilizzano come principale via catabolica per ottenere energia.
Un esempio di cellule strettamente dipendenti dalla glicolisi per la produzione di energia è quello degli eritrociti dei mammiferi, per i quali una carenza di uno qualsiasi degli enzimi coinvolti in questo percorso può avere effetti notevolmente negativi.
Struttura
Quattro isoforme dell'enzima piruvato chinasi sono state descritte nei mammiferi:
- PKM1 , tipico dei muscoli
- PKM2 , solo nei feti (entrambi prodotti di elaborazione alternativa dello stesso RNA messaggero)
- PKL , presente nel fegato e
- PKR , presente negli eritrociti (entrambi codificati dallo stesso gene, PKLR, ma trascritti da promotori diversi).
Tuttavia, le analisi effettuate sulla struttura dei diversi enzimi piruvato chinasi in natura (compresi questi 4 di mammiferi) mostrano una grande somiglianza nella struttura generale, oltre che rispetto all'architettura del sito attivo e ai meccanismi regolatori.
In termini generali, è un enzima con un peso molecolare di 200 kDa, caratterizzato da una struttura tetramerica composta da 4 unità proteiche identiche, di più o meno 50 o 60 kDa, e ciascuna con 4 domini, ovvero:
- Un piccolo dominio elicoidale all'estremità N-terminale (assente negli enzimi batterici)
- Un dominio “ A ”, identificato da una topologia di 8 fogli β piegati e 8 eliche α
- Un dominio " B ", inserito tra il foglio beta piegato numero 3 e l'alfa elica numero 3 del dominio "A"
- Un dominio " C ", che ha una topologia α + β
Struttura molecolare dell'enzima piruvato chinasi (Fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute tramite Wikimedia Commons)
Sono stati rilevati tre siti nei tetrameri piruvato chinasi di diversi organismi: il sito attivo, il sito effettore e il sito di legame dell'amminoacido. Il sito attivo di questi enzimi si trova tra i domini A e B, in prossimità del "sito effettore", che appartiene al dominio C.
Nel tetramero, i domini C formano un'interfaccia "piccola", mentre i domini A formano un'interfaccia più grande.
Funzione
Come già discusso, la piruvato chinasi catalizza l'ultimo passaggio nella via glicolitica, cioè il trasferimento di un gruppo fosfato dal fosfoenolpiruvato (PEP) a una molecola di ADP per produrre ATP e una molecola di acido piruvato o piruvico.
I prodotti della reazione catalizzata da questo enzima sono della massima importanza per diversi contesti metabolici. Il piruvato può essere utilizzato in diversi modi:
- In condizioni aerobiche, cioè in presenza di ossigeno, questo può essere utilizzato come substrato per un enzima noto come complesso piruvato deidrogenasi, da decarbossilare e convertire in acetil-CoA, una molecola che può entrare nel ciclo di Krebs nei mitocondri o partecipare ad altre vie anaboliche come la biosintesi degli acidi grassi, per esempio.
- In assenza di ossigeno o anaerobiosi, il piruvato può essere utilizzato dall'enzima lattato deidrogenasi per produrre acido lattico (ossidazione) attraverso un processo noto come "fermentazione lattica".
- Inoltre, il piruvato può essere convertito in glucosio tramite gluconeogenesi, in alanina tramite alanina transaminasi, in ossalacetato tramite piruvato carbossilasi, ecc.
È importante ricordare che nella reazione catalizzata da questo enzima si verifica anche la sintesi netta di ATP, che viene contabilizzata per la glicolisi, producendo 2 molecole di piruvato e 2 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio.
Quindi, da questa prospettiva, l'enzima piruvato chinasi gioca un ruolo fondamentale in molti aspetti del metabolismo cellulare, tanto da essere utilizzato come bersaglio terapeutico per molti patogeni umani, tra i quali spiccano diversi protozoi.
Regolamento
La piruvato chinasi è un enzima estremamente importante dal punto di vista del metabolismo cellulare, poiché è quello che forma l'ultimo composto derivante dalla via del catabolismo del glucosio: il piruvato.
Oltre ad essere uno dei tre enzimi più regolati dell'intera via glicolitica (gli altri due sono esochinasi (HK) e fosfofruttochinasi (PFK)), la piruvato chinasi è un enzima molto importante per il controllo del flusso e della produzione metabolica di ATP attraverso la glicolisi.
È attivato dal fosfoenolpiruvato, uno dei suoi substrati (regolazione omotropica), nonché da altri zuccheri mono e difosforilati, sebbene la sua regolazione dipenda dal tipo di isoenzima 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 domini delle subunità e da alterazioni nella geometria del sito attivo.
Per molti organismi, l'attivazione allosterica della piruvato chinasi dipende dal fruttosio 1,6-bisfosfato (F16BP), ma questo non è vero per gli enzimi vegetali. Altri enzimi sono attivati anche da AMP ciclico e glucosio 6-fosfato.
Inoltre, è stato dimostrato che l'attività della maggior parte delle piruvato chinasi studiate è fortemente dipendente dalla presenza di ioni monovalenti come il potassio (K +) e ioni bivalenti come il magnesio (Mg + 2) e il manganese (Mn + 2). ).
Inibizione
La piruvato chinasi è principalmente inibita da effettori allosterici fisiologici, quindi questi processi variano notevolmente tra specie diverse e anche tra tipi di cellule e tessuti dello stesso organismo.
In molti mammiferi, glucagone, epinefrina e cAMP hanno effetti inibitori sull'attività della piruvato chinasi, effetti che possono essere contrastati dall'insulina.
Inoltre, è stato dimostrato che alcuni amminoacidi, come la fenilalanina, possono agire come inibitori competitivi per questo enzima nel cervello.
Riferimenti
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