Пируват, фосфатдикиназа

Пируват, фосфатдикиназа
Пируват, фосфатдикиназа
	Димер пируватфосфатдикиназы, Clostridium symbiosum ( PDB : 1KC7 )
Идентификаторы
Символ	ППДК
ИнтерПро	ИПР010121
	См. домены ниже.

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

пируват, фосфатдикиназа
пируват, фосфатдикиназа
Идентификаторы
Номер ЕС.	2.7.9.1
Номер CAS.	9027-40-1
Базы данных
ИнтЭнк	вид IntEnz
БРЕНДА	БРЕНДА запись
Экспаси	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	КЕГГ запись
МетаЦик	метаболический путь
ПРЯМОЙ	профиль
PDB Структуры	RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология	АмиГО / QuickGO
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Пируват, фосфатдикиназа , или ППДК ( EC 2.7.9.1 ) — это фермент семейства трансфераз , который катализирует химическую реакцию.

АТФ + пируват + фосфат

\rightleftharpoons

АМФ + фосфоенолпируват + дифосфат

Этот фермент изучался в основном на растениях, но его изучали и на некоторых бактериях. ^{[ 1 ]} Это ключевой фермент глюконеогенеза и фотосинтеза, который отвечает за обращение вспять реакции, осуществляемой пируваткиназой при гликолизе Эмбдена-Мейергофа-Парнаса. Его не следует путать с пируватом, водной дикиназой .

Она относится к семейству трансфераз , а именно переносящих фосфорсодержащие группы ( фосфотрансфераз ) с парными акцепторами ( дикиназами ). Этот фермент участвует в метаболизме пирувата и фиксации углерода .

Номенклатура

Систематическое название этого класса ферментов — АТФ:пируват, фосфатфосфотрансфераза. Другие широко используемые названия включают пируват, ортофосфат-дикиназа, пируват-фосфат-дикиназа (фосфорилирующая), пируват-фосфат-дикиназа, пируват-неорганическая фосфат-дикиназа, пируват-фосфат-дикиназа, пируват-фосфат-лигаза, пируват-фосфат-дикиназа, пируват-фосфат-лигаза, пируват. , Пи-дикиназа и ППДК.

Механизм реакции

ППДК катализирует превращение пирувата в фосфоенолпируват (ФЭП), потребляя 1 молекулу АТФ и производя одну молекулу АМФ при этом . Механизм : состоит из 3 обратимых реакций ^{[ 2 ]}

Фермент ППДК связывается с АТФ с образованием АМФ и дифосфорилированной ППДК.
Дифосфорилированная ППДК связывается с неорганическим фосфатом , образуя дифосфат и (моно)фосфорилированную ППДК.
Фосфорилированная ППДК связывается с пируватом, образуя фосфоенолпируват и регенерируя ППДК.

Реакция аналогична реакции, катализируемой пируваткиназой , которая также превращает пируват в ПЭП. ^{[ 3 ]} Однако пируваткиназа катализирует необратимую реакцию и не потребляет АТФ. Напротив, ППДК катализирует обратимую реакцию и потребляет 1 молекулу АТФ на каждую преобразованную молекулу пирувата.

В настоящее время детали каждого механистического этапа неизвестны. ^{[ 3 ]}

Структура

В активной форме ППДК представляет собой гомотетрамер с субъединицами около 95 кДа. ^{[ 4 ]}

Существует два разных реакционных центра, находящихся на расстоянии около 45 ангстрем друг от друга, в которых разные субстраты . связываются ^{[ 5 ]} нуклеотида ( АТФ ) Сайт связывания находится на N-конце , содержит 240 аминокислот и имеет характерный АТФ-захват. Сайт связывания пирувата/PEP находится на С-конце , содержит 340 аминокислот и имеет α/β-бочкообразную укладку. Существует также центральный домен, который содержит His 455, основной остаток, ответственный за катализ. His455 представляет собой акцептор фосфорила или донорный остаток. ^{[ 3 ]} Структура фермента предполагает, что плечо His455 совершает поворотное движение, перемещая фосфорильную группу между двумя реакционными центрами. ^{[ 6 ]} Во время этого поворота центральный домен поворачивается как минимум на 92 градуса и перемещается на 0,5 ангстрема. ^{[ 7 ]}

Исследования кристаллических структур ППДК показывают, что центральный домен расположен в разной близости к двум другим доменам в зависимости от источника фермента. ^{[ 7 ]} У кукурузы он ближе к С-концу, а у Clostridium symbiosum — к N-концу.

Исследования показали, что механизмы связывания PPDK аналогичны механизмам связывания D-Ala-D-Ala-лигазы и пируваткиназы . ^{[ 5 ]} В частности, ППДК очень похожа на пируваткиназу, которая также катализирует превращение пирувата в фосфоенолпируват; однако он делает это без промежуточного фосфорилированного фермента. ^{[ 3 ]} Хотя их аминокислотные последовательности различны, ключевые для катализа остатки сохраняются в обоих ферментах. Эксперименты по точечному мутагенезу показали, что каталитические остатки включают Arg 561, Arg 617, Glu 745, Asn 768 и Cys 831 (нумерация относительно симбиоза C белка , PDB : 1KBL , 1KC7 ). ^{[ 3 ]}

Информационные боксы белковых доменов

Пируватфосфатдикиназа, N-концевой АТФ-захват

Идентификаторы

Символ

ППДК_N

d1vbga3 / SCOPe / СУПФАМ

Доступные белковые структуры:
Pfam	structures / ECOD
PDB	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	structure summary

CATH-домены 1vbgA01-1vbgA04

Фермент, использующий PEP, центральный подвижный домен

Идентификаторы

Символ

PEP-утилизаторы

d1vbga2 / SCOPe / СУПФАМ

Доступные белковые структуры:
Pfam	structures / ECOD
PDB	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	structure summary

Фермент, использующий PEP, С-концевой PEP-связывание

Идентификаторы

Символ

PEP-утилизаторы_C

d1vbga1 / SCOPe / СУПФАМ

Доступные белковые структуры:
Pfam	structures / ECOD
PDB	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	structure summary

Биологическая функция и эволюция

PPDK используется в пути C4 для повышения эффективности фиксации углекислого газа . ^{[ 8 ]} В средах с большим количеством света скорость фотосинтеза растений ограничивается скоростью поглощения углекислого газа (CO ₂ ). Это можно улучшить, используя серию химических реакций для транспортировки CO ₂ от клеток мезофилла (которые расположены на внешней стороне листа) к клеткам оболочки пучка (которые расположены внутри клеток). ППДК превращает пируват в ПЭП, который реагирует с CO ₂ с образованием оксалоацетата . Когда CO ₂ высвобождается в клетках оболочки пучка, пируват регенерируется, и цикл продолжается. ^{[ 8 ]}

Хотя реакция, катализируемая ППДК, обратима, в биологических условиях предпочтительным продуктом является ПЭП. Это связано с основным pH в строме , где происходит реакция, а также с высокими концентрациями аденилаткиназы и пирофосфатазы . Поскольку эти два фермента катализируют экзергонические реакции с участием АМФ и дисфосфата соответственно, они ускоряют реакцию, катализируемую ППДК. ^{[ 9 ]} Поскольку PPDK потребляет АТФ, путь C4 неблагоприятен для растений в средах с ограниченным доступом света, поскольку они не могут производить большие количества АТФ. ^{[ 8 ]}

ППДК очень распространена в листьях С4 и составляет до 10% общего белка . ^{[ 10 ]} Исследования показали, что фермент примерно на 96% идентичен у разных видов растений. Эксперименты по гибридизации показали, что генетические различия коррелируют со степенью, в которой растения реализуют путь C4 — необычные последовательности существуют у растений, которые также обладают характеристиками C3. ^{[ 11 ]} ППДК также содержится в небольших количествах в растениях С3. Эволюционная история предполагает, что когда-то она играла роль в гликолизе, как и аналогичная пируваткиназа , и в конечном итоге превратилась в путь C4. ^{[ 10 ]}

Помимо растений, ППДК также обнаружена у паразитической амеобы Entamoeba histolytica ( P37213 ) и бактерий Clostridium symbiosum ( P22983 ; а также у других бактерий). ^{[ 12 ]} В этих двух организмах PPDK функционирует аналогично (а иногда и вместо) пируваткиназы, катализируя реакцию в направлении производства АТФ в рамках гликолиза. Ингибиторы Entamoeba PPDK были предложены в качестве амебицидов против этого организма. ^{[ 13 ]}

Регулирование

Растительная PPDK регулируется пируватом , регуляторным белком фосфатдикиназы (PDRP). ^{[ 4 ]} При высоком уровне света PDRP дефосфорилирует Thr 456 на PPDK с помощью AMP , тем самым активируя фермент. ^{[ 10 ]} PDRP деактивирует PPDK путем фосфорилирования того же треонина остатка с использованием дифосфата . PDRP является уникальным регулятором , поскольку он катализирует как активацию, так и деактивацию PPDK посредством двух разных механизмов. ^{[ 10 ]}

Исследования PPDK кукурузы показывают, что интроны , терминаторные последовательности и, возможно, другие энхансерные последовательности действуют совместно, увеличивая уровень функциональной и стабильной мРНК . PPDK кДНК экспрессировалась лишь незначительно в трансгенном рисе по сравнению с интактной ДНК, экспрессия которой была значительной. ^{[ 14 ]}

Структурные исследования

По состоянию на начало 2018 года 14 структур для этого класса ферментов решено PDB с кодами доступа 1DIK , 1GGO , 1H6Z , 1JDE , 1KBL , 1KC7 , 1VBG , 1VBH , 2DIK , 2FM4 , 5JVJ , 5JVL , 5JVN , 5LU4 .

Ссылки

^ Покалико DJ, Кэрролл LJ, Мартин Б.М., Бэббит ПК, Данауэй-Мариано Д. (декабрь 1990 г.). «Анализ гомологии последовательностей растительной и бактериальной пируватфосфатдикиназы, фермента I бактериальной фосфоенолпируват: системы сахарофосфотрансферазы и других ферментов, использующих PEP. Идентификация потенциальных каталитических и регуляторных мотивов». Биохимия . 29 (48): 10757–65. дои : 10.1021/bi00500a006 . ПМИД 2176881 .
^ Эванс Х.Дж., Вуд Х.Г. (декабрь 1968 г.). «Механизм пируват-фосфатдикиназной реакции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 61 (4): 1448–53. Бибкод : 1968PNAS...61.1448E . дои : 10.1073/pnas.61.4.1448 . ПМК 225276 . ПМИД 4303480 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Херцберг О., Чен С.С., Лю С., Темпчик А., Ховард А., Вэй М. и др. (январь 2002 г.). «Пируватный сайт пируватфосфатдикиназы: кристаллическая структура фермент-фосфонопируватного комплекса и мутантный анализ». Биохимия . 41 (3): 780–7. дои : 10.1021/bi011799+ . ПМИД 11790099 .
^ Jump up to: ^а ^б Честейн CJ, Failing CJ, Манандхар Л., Циммерман М.А., Лакнер М.М., Нгуен Т.Х. (май 2011 г.). «Функциональная эволюция пирувата C (4), ортофосфат дикиназы» . Журнал экспериментальной ботаники . 62 (9): 3083–91. дои : 10.1093/jxb/err058 . ПМИД 21414960 .
^ Jump up to: ^а ^б Херцберг О., Чен С.С., Кападиа Г., МакГуайр М., Кэрролл Л.Дж., Но С.Дж., Данауэй-Мариано Д. (апрель 1996 г.). «Механизм поворотного домена ферментативного фосфопереноса между удаленными участками реакции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (7): 2652–7. Бибкод : 1996PNAS...93.2652H . дои : 10.1073/pnas.93.7.2652 . ПМК 39685 . ПМИД 8610096 .
^ Лим К., Рид Р.Дж., Чен С.С., Темпчик А., Вэй М., Йе Д. и др. (декабрь 2007 г.). «Механизм поворотного домена в пируватфосфатдикиназы». Биохимия . 46 (51): 14845–53. CiteSeerX 10.1.1.421.2653 . дои : 10.1021/bi701848w . ПМИД 18052212 .
^ Jump up to: ^а ^б Наканиси Т., Накацу Т., Мацуока М., Саката К., Като Х. (февраль 2005 г.). «Кристаллические структуры пируватфосфатдикиназы кукурузы выявили альтернативную конформацию при движении поворотного домена». Биохимия . 44 (4): 1136–44. дои : 10.1021/bi0484522 . ПМИД 15667207 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Берг Дж., Тимочко Дж., Страйер Л. (2012). «Цикл Кальвина и пентозофосфатный путь». Биохимия (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. 599–600. ISBN 9780716787242 .
^ Честейн С. (2010). «Структура, функция и посттрансляционная регуляция пируват-ортофосфат-дикиназы C4». В Рагхавендре А (ред.). Фотосинтез C4 и связанные с ним механизмы концентрации CO2 . стр. 301–305. ISBN 9789048194063 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Честейн С.Дж., Фрис Дж.П., Фогель Дж.А., Рандклев К.Л., Воссен А.П., Диттмер С.К. и др. (апрель 2002 г.). «Пируват, ортофосфат дикиназа в листьях и хлоропластах растений C (3) подвергается обратимому фосфорилированию, индуцированному светом / темнотой» . Физиология растений . 128 (4): 1368–78. дои : 10.1104/стр.010806 . ПМК 154264 . ПМИД 11950985 .
^ Роше Э., Штребель М., Вестхофф П. (октябрь 1994 г.). «Первичная структура фотосинтетической пируват-ортофосфат-дикиназы растения C3 Flaveria pringlei и анализ экспрессии последовательностей пируват-ортофосфат-дикиназы у видов C3, C3-C4 и C4 Flaveria». Молекулярная биология растений . 26 (2): 763–9. дои : 10.1007/bf00013761 . ПМИД 7948930 . S2CID 23276817 .
^ Кластеры UniProt 50–90%: из Clostridium PPDK.
^ Стивен П., Виджаян Р., Бхат А., Суббарао Н., Бамезай Р.Н. (сентябрь 2008 г.). «Молекулярное моделирование пируватфосфатдикиназы Entamoeba histolytica и виртуальный скрининг in silico новых ингибиторов». Журнал компьютерного молекулярного дизайна . 22 (9): 647–60. Бибкод : 2008JCAMD..22..647S . дои : 10.1007/s10822-007-9130-2 . ПМИД 17710553 . S2CID 25026913 .
^ Фукаяма Х., Цучида Х., Агари С., Номура М., Онодера Х., Оно К. и др. (ноябрь 2001 г.). «Значительное накопление C (4)-специфической пируват-ортофосфат-дикиназы в C (3)-растении, рисе» . Физиология растений . 127 (3): 1136–46. дои : 10.1104/стр.010641 . ПМК 129282 . ПМИД 11706193 .

Дальнейшее чтение

Hatch MD, Slack CR (январь 1968 г.). «Новый фермент взаимного превращения пирувата и фосфопирувата и его роль в пути фотосинтеза дикарбоновой кислоты C4» . Биохимический журнал . 106 (1): 141–6. дои : 10.1042/bj1060141 . ПМЦ 1198479 . ПМИД 4305612 .
Ривз Р.Э. (июнь 1968 г.). «Новый фермент с гликолитической функцией пируваткиназы» . Журнал биологической химии . 243 (11): 3202–4. дои : 10.1016/S0021-9258(18)93395-8 . ПМИД 4297474 .
Ривз Р.Э. (ноябрь 1971 г.). «Пируват,фосфатдикиназа из Bacteroides symbiosus» . Биохимический журнал . 125 (2): 531–9. дои : 10.1042/bj1250531 . ПМК 1178089 . ПМИД 5144757 .
Ривз Р.Э., Мензис Р.А., Сюй Д.С. (октябрь 1968 г.). «Пируват-фосфатдикиназная реакция. Судьба фосфата и равновесие» . Журнал биологической химии . 243 (20): 5486–91. дои : 10.1016/S0021-9258(18)91972-1 . ПМИД 4302788 .

[pmid2176881-1] Покалико DJ, Кэрролл LJ, Мартин Б.М., Бэббит ПК, Данауэй-Мариано Д. (декабрь 1990 г.). «Анализ гомологии последовательностей растительной и бактериальной пируватфосфатдикиназы, фермента I бактериальной фосфоенолпируват: системы сахарофосфотрансферазы и других ферментов, использующих PEP. Идентификация потенциальных каталитических и регуляторных мотивов». Биохимия . 29 (48): 10757–65. дои : 10.1021/bi00500a006 . ПМИД 2176881 .

[Evans1968-2] Эванс Х.Дж., Вуд Х.Г. (декабрь 1968 г.). «Механизм пируват-фосфатдикиназной реакции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 61 (4): 1448–53. Бибкод : 1968PNAS...61.1448E . дои : 10.1073/pnas.61.4.1448 . ПМК 225276 . ПМИД 4303480 .

[Herzberg2002-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Херцберг О., Чен С.С., Лю С., Темпчик А., Ховард А., Вэй М. и др. (январь 2002 г.). «Пируватный сайт пируватфосфатдикиназы: кристаллическая структура фермент-фосфонопируватного комплекса и мутантный анализ». Биохимия . 41 (3): 780–7. дои : 10.1021/bi011799+ . ПМИД 11790099 .

[Chastain2011-4] Jump up to: ^а ^б Честейн CJ, Failing CJ, Манандхар Л., Циммерман М.А., Лакнер М.М., Нгуен Т.Х. (май 2011 г.). «Функциональная эволюция пирувата C (4), ортофосфат дикиназы» . Журнал экспериментальной ботаники . 62 (9): 3083–91. дои : 10.1093/jxb/err058 . ПМИД 21414960 .

[Herzberg1996-5] Jump up to: ^а ^б Херцберг О., Чен С.С., Кападиа Г., МакГуайр М., Кэрролл Л.Дж., Но С.Дж., Данауэй-Мариано Д. (апрель 1996 г.). «Механизм поворотного домена ферментативного фосфопереноса между удаленными участками реакции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (7): 2652–7. Бибкод : 1996PNAS...93.2652H . дои : 10.1073/pnas.93.7.2652 . ПМК 39685 . ПМИД 8610096 .

[Lim2007-6] Лим К., Рид Р.Дж., Чен С.С., Темпчик А., Вэй М., Йе Д. и др. (декабрь 2007 г.). «Механизм поворотного домена в пируватфосфатдикиназы». Биохимия . 46 (51): 14845–53. CiteSeerX 10.1.1.421.2653 . дои : 10.1021/bi701848w . ПМИД 18052212 .

[Nakanishi2005-7] Jump up to: ^а ^б Наканиси Т., Накацу Т., Мацуока М., Саката К., Като Х. (февраль 2005 г.). «Кристаллические структуры пируватфосфатдикиназы кукурузы выявили альтернативную конформацию при движении поворотного домена». Биохимия . 44 (4): 1136–44. дои : 10.1021/bi0484522 . ПМИД 15667207 .

[Berg2012-8] Jump up to: ^а ^б ^с Берг Дж., Тимочко Дж., Страйер Л. (2012). «Цикл Кальвина и пентозофосфатный путь». Биохимия (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. 599–600. ISBN 9780716787242 .

[Chastainbook-9] Честейн С. (2010). «Структура, функция и посттрансляционная регуляция пируват-ортофосфат-дикиназы C4». В Рагхавендре А (ред.). Фотосинтез C4 и связанные с ним механизмы концентрации CO2 . стр. 301–305. ISBN 9789048194063 .

[Chastain2002-10] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Честейн С.Дж., Фрис Дж.П., Фогель Дж.А., Рандклев К.Л., Воссен А.П., Диттмер С.К. и др. (апрель 2002 г.). «Пируват, ортофосфат дикиназа в листьях и хлоропластах растений C (3) подвергается обратимому фосфорилированию, индуцированному светом / темнотой» . Физиология растений . 128 (4): 1368–78. дои : 10.1104/стр.010806 . ПМК 154264 . ПМИД 11950985 .

[Rosche1994-11] Роше Э., Штребель М., Вестхофф П. (октябрь 1994 г.). «Первичная структура фотосинтетической пируват-ортофосфат-дикиназы растения C3 Flaveria pringlei и анализ экспрессии последовательностей пируват-ортофосфат-дикиназы у видов C3, C3-C4 и C4 Flaveria». Молекулярная биология растений . 26 (2): 763–9. дои : 10.1007/bf00013761 . ПМИД 7948930 . S2CID 23276817 .

[12] Кластеры UniProt 50–90%: из Clostridium PPDK.

[13] Стивен П., Виджаян Р., Бхат А., Суббарао Н., Бамезай Р.Н. (сентябрь 2008 г.). «Молекулярное моделирование пируватфосфатдикиназы Entamoeba histolytica и виртуальный скрининг in silico новых ингибиторов». Журнал компьютерного молекулярного дизайна . 22 (9): 647–60. Бибкод : 2008JCAMD..22..647S . дои : 10.1007/s10822-007-9130-2 . ПМИД 17710553 . S2CID 25026913 .

[14] Фукаяма Х., Цучида Х., Агари С., Номура М., Онодера Х., Оно К. и др. (ноябрь 2001 г.). «Значительное накопление C (4)-специфической пируват-ортофосфат-дикиназы в C (3)-растении, рисе» . Физиология растений . 127 (3): 1136–46. дои : 10.1104/стр.010641 . ПМК 129282 . ПМИД 11706193 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

v т и Ферменты
Активность	Активный сайт Связывающий сайт Каталитическая триада Оксианионная дырка Ферментная распущенность Фермент, ограниченный диффузией Кофактор Ферментативный катализ
Регулирование	Аллостерическая регуляция Кооперативность Ингибитор ферментов Активатор ферментов
Классификация	Номер ЕС Суперсемейство ферментов Семейство ферментов Список ферментов
Кинетика	Кинетика ферментов Диаграмма Иди – Хофсти Заговор Хейнса – Вульфа График Лайнуивера – Берка Кинетика Михаэлиса – Ментен
Типы	EC1 Оксидоредуктазы ( список ) EC2 Трансферазы ( список ) EC3 Гидролазы ( список ) EC4- лиазы ( список ) EC5 Изомеразы ( список ) EC6- лигазы ( список ) EC7 Транслоказы ( список )