Fosfoenolpiruvat karboksikinaz - Phosphoenolpyruvate carboxykinase

Fosfoenolpiruvat karboksilaz ile karıştırılmamalıdır .
fosfoenolpiruvat karboksikinaz
PBB Proteini PCK1 resmi.jpg
1khb'ye dayalı PDB oluşturma.
tanımlayıcılar
Sembol PEPCK
Pfam PF00821
InterPro IPR008209
PROZİT PDOC00421
SCOP2 1khf / KAPSAM / SUPFAM
fosfoenolpiruvat karboksikinaz 1 (çözünür)
1nhx.jpg
Fosfoenolpiruvat karboksikinaz (GTP, sitozolik) monomer, İnsan
tanımlayıcılar
Sembol PCK1
Alt. semboller PEPCK-C
NCBI geni 5105
HGNC 8724
OMIM 261680
Referans Sırası NM_002591
Diğer veri
EC numarası 4.1.1.32
yer Chr. 20 q13.31
fosfoenolpiruvat karboksikinaz 2 (mitokondriyal)
tanımlayıcılar
Sembol PCK2
Alt. semboller PEPCK-M, PEPCK2
NCBI geni 5106
HGNC 8725
OMIM 261650
Referans Sırası NM_001018073
Diğer veri
EC numarası 4.1.1.32
yer Chr. 14 q12

Fosfoenolpiruvat karboksikinaz ( PEPCK ) bir bir enzim olarak liyaz metabolik olarak izlediği yolda kullanılan etti glukoneogenez . Bu dönüştürür oksaloasetat içine fosfoenolpiruvat ve karbon dioksit .

Sitosolik ve mitokondriyal olmak üzere iki formda bulunur .

Yapı

İnsanlarda iki PEPCK izoformu vardır; %63.4 dizi özdeşliğine sahip bir sitozolik form (SwissProt P35558) ve bir mitokondriyal izoform (SwissProt Q16822). Sitosolik form glukoneogenezde önemlidir. Bununla birlikte, spesifik membran taşıma proteinlerini kullanarak PEP'yi mitokondriden sitozole taşımak için bilinen bir taşıma mekanizması vardır. İç mitokondriyal membran boyunca PEP taşınması, mitokondriyal trikarboksilat taşıma proteinini ve daha az ölçüde adenin nükleotit taşıyıcısını içerir . Bir PEP/piruvat taşıyıcı olasılığı da öne sürülmüştür.

PEPCK'nin X-ışını yapıları, PEPCK enzimatik aktivitesinin yapısı ve mekanizması hakkında bilgi sağlar. Mn 2+ , Mn 2+ - fosfoenolpiruvat (PEP) ve Mn 2+ -GDP ile kompleks haline getirilmiş tavuk karaciğeri PEPCK'nin mitokondriyal izoformu , yapısı ve bu enzimin reaksiyonları nasıl katalize ettiği hakkında bilgi sağlar. Delbaere et al. (2004), E. coli'de PEPCK'yi çözdü ve aktif sitenin bir C-terminal alanı ile bir N-terminal alanı arasında oturduğunu buldu . Bu alanların döndürülmesiyle aktif sitenin kapandığı gözlendi.

Fosforil grupları, ATP, PEPCK'ye bağlandığında fosforil gruplarının gölgelenen konformasyonuyla kolaylaştırılan, PEPCK eylemi sırasında aktarılır .

Tutulan oluşum yüksek enerjili olduğundan, fosforil grup transferinin aktivasyon enerjisi azalır , bu da grupların daha kolay transfer olacağı anlamına gelir. Bu aktarım muhtemelen SN2 yer değiştirmesine benzer bir mekanizma aracılığıyla gerçekleşir .

Farklı türlerde

PEPCK gen transkripsiyonu birçok türde meydana gelir ve PEPCK'nin amino asit dizisi her tür için farklıdır.

Örneğin, yapısı ve özgüllüğü insanlarda, Escherichia coli'de ( E. coli ) ve parazit Trypanosoma cruzi'de farklılık gösterir .

mekanizma

PEPCKase dönüştürür oksaloasetata içine fosfoenolpiruvat ve karbon dioksit .

PEPCK, glikoliz ve Krebs döngüsü arasındaki bağlantıda hareket ettiğinden , bir C4 molekülünün dekarboksilasyonuna neden olarak bir C3 molekülü oluşturur. Glikoneogenezde ilk taahhüt edilen adım olarak, PEPCK , GTP mevcut olduğunda PEP'e dönüştürülmesi için oksaloasetatı (OAA) dekarboksilatlar ve fosforile eder . Bir fosfat transfer edildiğinde, reaksiyon bir GDP molekülü ile sonuçlanır. Tüm piruvat kinaz - mutantları içinde elenir - normal olarak piruvata dönüştürür TSP bu reaksiyon katalize eden enzim , Bacillus subtilis değiştirme birinde, PEPCK katılır anaplerotik tepkimeler OAA'nın için PEP dönüştürülmesi, normal fonksiyonun ters yönde çalışan, . Bu reaksiyon mümkün olmasına rağmen, kinetikler o kadar elverişsizdir ki, mutantlar çok yavaş bir hızda büyürler veya hiç büyümezler.

İşlev

glukoneogenez

PEPCK-C , glikozun sentezlendiği süreç olan glukoneogenezin geri dönüşü olmayan bir adımını katalize eder . Bu nedenle enzimin, PEPCK-C'nin aşırı ekspresyonunun bir sonucu olarak tip 2 diyabete yakalanan laboratuvar fareleri tarafından kanıtlandığı üzere, glikoz homeostazında esas olduğu düşünülmüştür .

PEPCK-C'nin glukoneogenezde oynadığı role , aktivitesinin doğrudan PEPCK-C bolluğu ile ilişkili olduğu bulunan sitrik asit döngüsü aracılık edebilir .

Daha önceki çalışmaların önerdiği gibi, tek başına PEPCK-C seviyeleri fare karaciğerinde glukoneogenez ile yüksek oranda ilişkili değildi. Fare karaciğeri neredeyse tamamen PEPCK-C'yi eksprese ederken, insanlar eşit olarak bir mitokondriyal izozim (PEPCK-M) sunar. PEPCK-M kendi başına glukoneojenik potansiyele sahiptir. Bu nedenle, PEPCK-C ve PEPCK-M'nin glukoneogenezdeki rolü daha karmaşık olabilir ve önceden inanıldığından daha fazla faktör içerebilir.

Hayvanlar

Hayvanlarda bu, hücrelerin metabolik öncülerden glikoz sentezlediği süreç olan glukoneogenezin hız kontrol eden bir adımıdır . Kan şekeri seviyesi, kısmen PEPCK gen ekspresyonunun kesin düzenlenmesi nedeniyle iyi tanımlanmış sınırlar içinde tutulur. PEPCK'nin glukoz homeostazındaki önemini vurgulamak için , bu enzimin farelerde aşırı ekspresyonu, insanlarda diyabetin açık ara en yaygın şekli olan tip II diyabetes mellitus semptomlarına yol açar. Kan şekeri homeostazının önemi nedeniyle, bir dizi hormon , karaciğerde glikoz sentezi oranını modüle eden bir dizi geni (PEPCK dahil) düzenler .

PEPCK-C, iki farklı hormonal mekanizma tarafından kontrol edilir. PEPCK-C aktivitesi, hem adrenal korteksten kortizolün hem de pankreasın alfa hücrelerinden glukagonun salgılanmasıyla artar . Glukagon, karaciğerdeki cAMP seviyelerini artırarak (adenilil siklazın aktivasyonu yoluyla) PEPCK-C ekspresyonunu dolaylı olarak yükseltir ve bu da sonuç olarak CREB proteinindeki bir beta yaprağı üzerinde S133'ün fosforilasyonuna yol açar . CREB daha sonra CRE'de (cAMP yanıt elemanı) PEPCK-C geninin yukarısına bağlanır ve PEPCK-C transkripsiyonunu indükler. Kortizol ise adrenal korteks tarafından salındığında karaciğer hücrelerinin lipid zarından geçer (hidrofobik yapısı nedeniyle doğrudan hücre zarlarından geçebilir) ve daha sonra bir Glukokortikoid Reseptörüne (GR) bağlanır. Bu reseptör dimerize olur ve kortizol/GR kompleksi çekirdeğe geçer ve burada CREB'ye benzer şekilde Glukokortikoid Yanıt Elemanı (GRE) bölgesine bağlanır ve benzer sonuçlar üretir (daha fazla PEPCK-C sentezi).

Kortizol ve glukagon birlikte, PEPCK-C genini ne kortizol ne de glukagonun kendi başlarına ulaşamayacağı seviyelere aktive ederek büyük sinerjik sonuçlara sahip olabilir. PEPCK-C en çok karaciğer, böbrek ve yağ dokusunda bulunur.

ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve New Hampshire Üniversitesi arasında ortak bir çalışma, ticari bir PBDE karışımı olan DE-71'in PEPCK enzim kinetiği üzerindeki etkisini araştırdı ve çevresel kirleticinin in vivo tedavisinin karaciğer glikozu ve lipidini tehlikeye attığını belirledi. muhtemelen pregnan ksenobiyotik reseptörünün ( PXR ) aktivasyonu ile metabolizma ve tüm vücut insülin duyarlılığını etkileyebilir.

Case Western Reserve Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, farelerin iskelet kaslarında sitozolik PEPCK'nin aşırı ekspresyonunun, farelerin daha aktif, daha agresif olmalarına ve normal farelerden daha uzun yaşamalarına neden olduğunu keşfettiler; Metabolik süpermise bakınız .

Bitkiler

PEPCK ( EC 4.1.1.49 ), C4 ve CAM bitkilerinin inorganik karbon konsantrasyon mekanizmalarında kullanılan üç dekarboksilasyon enziminden biridir . Diğerleri NADP-malik enzim ve NAD-malik enzimdir . C4 karbon fiksasyonu olarak, karbon dioksit ile ilk kombinasyonu ile tespit edilir fosfoenolpiruvat oluşturmak üzere oksaloasetat olarak mezofil . PEPCK tipi C4 bitkilerinde oksaloasetat daha sonra demet kılıfına giden aspartata dönüştürülür . Gelen demet kılıfı hücrelerinde , aspartat dönüştürülen geri oksaloasetat . PEPCK, oksaloasetat demetini dekarboksilatlayarak karbon dioksiti serbest bırakır ve bu daha sonra Rubisco enzimi tarafından sabitlenir . PEPCK tarafından üretilen her bir karbondioksit molekülü için bir molekül ATP tüketilir.

PEPCK , mitokondride çalıştığı bulunan memelilerin aksine , etkisinin sitozolde lokalize olduğu C4 karbon fiksasyonuna maruz kalan bitkilerde etki eder .

Bitkilerin pek çok farklı bölümünde bulunmasına rağmen, floem alanları da dahil olmak üzere sadece belirli hücre tiplerinde görülmüştür .

Ayrıca, salatalıkta ( Cucumis sativus L. ), PEPCK seviyelerinin, bu etkilerin bitkinin bölümüne özgü olmasına rağmen, bitkilerin hücresel pH'ını azalttığı bilinen birçok etki tarafından arttırıldığı da keşfedilmiştir .

PEPCK seviyeleri, bitkiler düşük pH'da (ancak yüksek pH'da değil ) amonyum klorürle veya butirik asitle sulandığında köklerde ve gövdelerde yükseldi . Ancak bu koşullar altında yapraklarda PEPCK seviyeleri artmamıştır.

Yapraklarda atmosferdeki %5 CO2 içeriği daha yüksek PEPCK bolluğuna yol açar.

bakteri

PEPCK'nin rolünü araştırmak amacıyla araştırmacılar, rekombinant DNA yoluyla E. coli bakterilerinde PEPCK'nin aşırı ekspresyonuna neden oldular .

Mycobacterium tuberculosis'in PEPCK'sının farelerde sitokin aktivitesini artırarak bağışıklık sistemini tetiklediği gösterilmiştir .

Sonuç olarak, PEPCK'nin tüberküloz için etkili bir alt birim aşısının geliştirilmesinde uygun bir bileşen olabileceği bulunmuştur .

Klinik önemi

Kanserde aktivite

PEPCK yakın zamana kadar kanser araştırmalarında dikkate alınmamıştır. İnsan tümör numunelerinde ve insan kanser hücre dizilerinde (meme, kolon ve akciğer kanseri hücreleri) PEPCK-C'nin değil, PEPCK-M'nin ilgili bir metabolik rol oynamaya yeterli seviyelerde eksprese edildiği gösterilmiştir. Bu nedenle, PEPCK-M, özellikle besin sınırlaması veya diğer stres koşulları altında kanser hücrelerinde rol oynayabilir.

Düzenleme

İnsanlarda

PEPCK-C, hem üretimi hem de aktivasyonu açısından birçok faktör tarafından geliştirilmiştir. PEPCK-C geninin transkripsiyonu glukagon , glukokortikoidler , retinoik asit ve adenosin 3',5'-monofosfat ( cAMP ) tarafından uyarılırken , insülin tarafından inhibe edilir . Bu faktörlerden, tip 1 diabetes mellitus durumunda eksik olan bir hormon olan insülin, uyarıcı elementlerin çoğunun transkripsiyonunu engellediği için baskın olarak kabul edilir. PEPCK aktivitesi ayrıca hidrazin sülfat tarafından da inhibe edilir ve bu nedenle inhibisyon glukoneogenez oranını azaltır.

Uzamış asidozda , daha fazla NH 3 salgılamak ve böylece daha fazla HCO 3 - üretmek için renal proksimal tübül fırça kenar hücrelerinde PEPCK-C yukarı regüle edilir .

PEPCK'nin GTP'ye özgü aktivitesi, Mn 2+ ve Mg 2+ mevcut olduğunda en yüksektir . Ek olarak, hiper-reaktif sistein (C307), Mn2 + 'nın aktif bölgeye bağlanmasında rol oynar .

Bitkiler

Daha önce tartışıldığı gibi, bitkiler düşük pH'lı amonyum klorür ile sulandığında PEPCK bolluğu arttı, ancak yüksek pH bu etkiye sahip değildi.

sınıflandırma

EC numarası 4.1.1 altında sınıflandırılmıştır . Reaksiyonu sürdürmek için enerji kaynağına göre ayırt edilen üç ana tip vardır:

Referanslar

Dış bağlantılar