Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
Фосфоенолпируваткарбоксикиназа | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | ПЕПКК | ||
Пфам | PF00821 | ||
ИнтерПро | ИПР008209 | ||
PROSITE | PDOC00421 | ||
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1хф / СКОПе / СУПФАМ | ||
|
фосфоенолпируваткарбоксикиназа 1 (растворимая) | |
---|---|
Идентификаторы | |
Символ | ПКК1 |
Альт. символы | ПЕПК-С |
ген NCBI | 5105 |
HGNC | 8724 |
МОЙ БОГ | 261680 |
RefSeq | НМ_002591 |
Другие данные | |
Номер ЕС | 4.1.1.32 |
Локус | до нашей эры 20 q13.31 |
фосфоенолпируваткарбоксикиназа 2 (митохондриальная) | |
---|---|
Идентификаторы | |
Символ | ПКК2 |
Альт. символы | ПЭПК-М, ПЭПК2 |
ген NCBI | 5106 |
HGNC | 8725 |
МОЙ БОГ | 261650 |
RefSeq | НМ_001018073 |
Другие данные | |
Номер ЕС | 4.1.1.32 |
Локус | Хр. 14 q12 |
Фосфоенолпируваткарбоксикиназа ( EC 4.1.1.32 , PEPCK ) представляет собой фермент семейства лиаз , используемый в метаболическом пути глюконеогенеза . Он превращает оксалоацетат в фосфоенолпируват и углекислый газ . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Он встречается в двух формах: цитозольной и митохондриальной .
Структура
[ редактировать ]У человека существуют две изоформы PEPCK; цитозольная форма (SwissProt P35558) и митохондриальная изоформа (SwissProt Q16822), которые имеют 63,4% идентичности последовательностей. Цитозольная форма важна в глюконеогенезе. Однако существует известный транспортный механизм перемещения PEP из митохондрий в цитозоль с использованием специфических мембранных транспортных белков. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Транспорт PEP через внутреннюю митохондриальную мембрану включает митохондриальный транспортный белок трикарбоксилата и, в меньшей степени, переносчик адениновых нуклеотидов . Также была предложена возможность создания переносчика ПЭП/пирувата. [ 9 ]
Рентгеновские структуры PEPCK дают представление о структуре и механизме ферментативной активности PEPCK. Митохондриальная изоформа куриной печени PEPCK в комплексе с Mn 2+ , Mn 2+ - фосфоенолпируват (ПЭП) и Mn 2+ -ВВП предоставляет информацию о его структуре и о том, как этот фермент катализирует реакции. [ 10 ] Дельбаре и др. (2004) определили PEPCK в E. coli и обнаружили активный сайт, расположенный между C-концевым доменом и N-концевым доменом . Было обнаружено, что активный центр закрывается при вращении этих доменов. [ 11 ]
Фосфорильные группы передаются при действии PEPCK, чему, вероятно, способствует затменная конформация фосфорильных групп, когда АТФ связывается с PEPCK. [ 11 ]
Поскольку затменное образование имеет высокую энергию, передача фосфорильной группы имеет пониженную энергию активации , а это означает, что группы будут переноситься с большей легкостью. Этот перенос, вероятно, происходит по механизму, аналогичному смещению SN2 . [ 11 ]
У разных видов
[ редактировать ]гена PEPCK Транскрипция происходит у многих видов, и аминокислотная последовательность PEPCK различна для каждого вида.
Например, его структура и специфичность различаются у человека, Escherichia coli ( E. coli ) и паразита Trypanosoma cruzi . [ 12 ]
Механизм
[ редактировать ]PEPCKase превращает оксалоацетат в фосфоенолпируват и углекислый газ .
Поскольку PEPCK действует на стыке гликолиза и цикла Кребса, он вызывает декарбоксилирование молекулы C 4 , создавая молекулу C 3 . В качестве первого обязательного этапа глюконеогенеза PEPCK декарбоксилирует и фосфорилирует оксалоацетат (ОАА) для его преобразования в PEP, когда присутствует GTP. При переносе фосфата в результате реакции образуется молекула GDP. [ 10 ] Когда пируваткиназа — фермент, который обычно катализирует реакцию, превращающую PEP в пируват, — выводится из строя у мутантов Bacillus subtilis , PEPCK участвует в одной из анаплеротических реакций замещения , действуя в направлении, обратном своей нормальной функции, превращая PEP в OAA. . [ 13 ] Хотя эта реакция и возможна, кинетика настолько неблагоприятна, что мутанты растут очень медленно или вообще не растут. [ 13 ]
Функция
[ редактировать ]глюконеогенез
[ редактировать ]PEPCK-C катализирует необратимый этап глюконеогенеза — процесса синтеза глюкозы. Таким образом, считается, что этот фермент играет важную роль в гомеостазе глюкозы, о чем свидетельствуют лабораторные мыши, заболевшие сахарным диабетом 2 типа в результате сверхэкспрессии PEPCK-C. [ 14 ]
Роль, которую PEPCK-C играет в глюконеогенезе, может быть опосредована циклом лимонной кислоты , активность которого, как было обнаружено, напрямую связана с численностью PEPCK-C. [ 15 ]
Уровни PEPCK-C сами по себе не сильно коррелировали с глюконеогенезом в печени мышей, как предполагали предыдущие исследования. [ 15 ] В то время как печень мыши почти исключительно экспрессирует PEPCK-C, у людей в равной степени присутствует митохондриальный изофермент (PEPCK-M). PEPCK-M сам по себе обладает глюконеогенным потенциалом. [ 2 ] Следовательно, роль PEPCK-C и PEPCK-M в глюконеогенезе может быть более сложной и включать больше факторов, чем считалось ранее.
Животные
[ редактировать ]У животных это регулирующий скорость этап глюконеогенеза — процесса, посредством которого клетки синтезируют глюкозу из метаболических предшественников. Уровень глюкозы в крови поддерживается в четко определенных пределах, отчасти благодаря точной регуляции экспрессии гена PEPCK. Чтобы подчеркнуть важность PEPCK в гомеостазе глюкозы , чрезмерная экспрессия этого фермента у мышей приводит к симптомам сахарного диабета II типа , безусловно, наиболее распространенной формы диабета у людей. Из-за важности гомеостаза глюкозы в крови ряд гормонов регулируют набор генов (включая PEPCK) в печени , которые модулируют скорость синтеза глюкозы.
PEPCK-C контролируется двумя разными гормональными механизмами. Активность PEPCK-C увеличивается при секреции кортизола корой надпочечников и глюкагона альфа-клетками поджелудочной железы. Глюкагон косвенно повышает экспрессию PEPCK-C за счет увеличения уровней цАМФ (посредством активации аденилатциклазы) в печени, что, следовательно, приводит к фосфорилированию S133 на бета-листе белка CREB . Затем CREB связывается выше гена PEPCK-C с CRE (элемент ответа цАМФ) и индуцирует транскрипцию PEPCK-C. С другой стороны, кортизол, высвобождаемый корой надпочечников, проходит через липидную мембрану клеток печени (из-за своей гидрофобной природы он может проходить непосредственно через клеточные мембраны), а затем связывается с глюкокортикоидным рецептором (ГР). Этот рецептор димеризуется, и комплекс кортизол/GR проходит в ядро, где он затем связывается с областью элемента ответа глюкокортикоида (GRE) аналогично CREB и дает аналогичные результаты (синтез большего количества PEPCK-C).
Вместе кортизол и глюкагон могут дать огромные синергические результаты, активируя ген PEPCK-C до уровней, которых ни кортизол, ни глюкагон не могли достичь сами по себе. PEPCK-C наиболее распространен в печени, почках и жировой ткани. [ 3 ]
Совместное исследование Агентства по охране окружающей среды США (EPA) и Университета Нью-Гемпшира изучило влияние DE-71, коммерческой смеси ПБДЭ , на кинетику фермента PEPCK и установило, что обработка загрязнителя окружающей среды in vivo снижает уровень глюкозы и липидов в печени. метаболизм, возможно, за счет активации ксенобиотического рецептора прегнана ( PXR ) и может влиять на чувствительность всего организма к инсулину. [ 16 ]
Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили, что сверхэкспрессия цитозольного PEPCK в скелетных мышцах мышей приводит к тому, что они становятся более активными, более агрессивными и живут дольше, чем нормальные мыши; см. метаболические супермыши .
Растения
[ редактировать ]PEPCK ( EC 4.1.1.49 ) представляет собой один из трех ферментов декарбоксилирования, используемых в механизмах концентрации неорганического углерода C 4 и CAM- растений. Остальные — НАДФ-яблочный фермент и НАД-яблочный фермент . [ 17 ] [ 18 ] При С 4 фиксации углерода углекислый газ сначала фиксируется путем соединения с фосфоенолпируватом с образованием оксалоацетата в мезофилле . PEPCK-типа C 4 В растениях оксалоацетат затем превращается в аспартат , который поступает в оболочку пучка . В пучка клетках оболочки аспартат снова превращается в оксалоацетат . PEPCK декарбоксилирует оболочки пучка оксалоацетат , выделяя углекислый газ , который затем фиксируется ферментом Рубиско . молекула АТФ На каждую молекулу углекислого газа, вырабатываемого PEPCK, расходуется .
PEPCK действует в растениях, которые подвергаются C 4 фиксации углерода , где его действие локализовано в цитозоле , в отличие от млекопитающих, у которых было обнаружено, что PEPCK действует в митохондриях . [ 19 ]
Хотя он обнаружен во многих частях растений, его можно обнаружить только в определенных типах клеток, включая участки флоэмы . [ 20 ]
Также было обнаружено, что в огурце ( Cucumis sativus L .) уровни PEPCK повышаются за счет множества эффектов, которые, как известно, снижают клеточный pH растения, хотя эти эффекты специфичны для части растения. [ 20 ]
Уровни PEPCK повышались в корнях и стеблях, когда растения поливали хлоридом аммония при низком pH (но не при высоком pH ) или масляной кислотой . Однако уровни PEPCK в листьях в этих условиях не увеличивались.
В листьях 5%-ное содержание CO 2 в атмосфере приводит к более высокой численности PEPCK. [ 20 ]
Бактерии
[ редактировать ]Пытаясь изучить роль PEPCK, исследователи вызвали сверхэкспрессию PEPCK в E. coli бактериях с помощью рекомбинантной ДНК . [ 21 ]
PEPCK Mycobacterium Tuberculosis Было показано, что запускает иммунную систему у мышей за счет повышения активности цитокинов . [ 22 ]
В результате было обнаружено, что PEPCK может быть подходящим ингредиентом при разработке эффективной субъединичной вакцинации против туберкулеза . [ 22 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]Активность при раке
[ редактировать ]PEPCK до недавнего времени не рассматривался в исследованиях рака. Было показано, что в образцах опухолей человека и линиях раковых клеток человека (клетках рака молочной железы, толстой кишки и легких) PEPCK-M, а не PEPCK-C, экспрессировался на достаточных уровнях, чтобы играть соответствующую метаболическую роль. [ 1 ] [ 23 ] Следовательно, PEPCK-M может играть роль в раковых клетках, особенно при ограничении питательных веществ или других стрессовых условиях.
Регулирование
[ редактировать ]У людей
[ редактировать ]PEPCK-C усиливается как с точки зрения его производства, так и с точки зрения активации многими факторами. Транскрипция гена PEPCK-C стимулируется глюкагоном , глюкокортикоидами , ретиноевой кислотой и аденозин-3',5'-монофосфатом ( цАМФ ), в то время как она ингибируется инсулином . [ 24 ] Из этих факторов доминирующим считается инсулин — гормон, дефицитный при сахарном диабете 1 типа, поскольку он ингибирует транскрипцию многих стимулирующих элементов. [ 24 ] Активность PEPCK также ингибируется сульфатом гидразина , и, следовательно, это ингибирование снижает скорость глюконеогенеза. [ 25 ]
При длительном ацидозе уровень PEPCK-C активируется в клетках щеточной границы проксимальных канальцев почек , что приводит к секреции большего количества и NH3 , таким образом, к выработке большего количества HCO3 . − . [ 26 ]
ГТФ-специфическая активность PEPCK наиболее высока, когда Mn 2+ и мг 2+ доступны. [ 21 ] Кроме того, гиперреактивный цистеин (С307) участвует в связывании Mn. 2+ на активный сайт. [ 10 ]
Растения
[ редактировать ]Как обсуждалось ранее, численность PEPCK увеличивалась, когда растения поливали хлоридом аммония с низким pH, хотя высокий pH не имел такого эффекта. [ 20 ]
Классификация
[ редактировать ]Он классифицируется под номером ЕС 4.1.1. Существует три основных типа, различающихся источником энергии, вызывающей реакцию:
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Мендес-Лукас А., Хирошшова П., Новелласдемунт Л., Виньялс Ф., Пералес Х.К. (август 2014 г.). «Митохондриальная фосфоенолпируваткарбоксикиназа (PEPCK-M) представляет собой ген реакции на стресс эндоплазматического ретикулума (ER), способствующий выживанию, участвующий в адаптации опухолевых клеток к доступности питательных веществ» . Журнал биологической химии . 289 (32): 22090–102. дои : 10.1074/jbc.M114.566927 . ПМК 4139223 . ПМИД 24973213 .
- ^ Jump up to: а б Мендес-Лукас А., Дуарте Х.А., Санни Н.Э., Сатапати С., Хе Т., Фу Х и др. (июль 2013 г.). «Экспрессия PEPCK-M в печени мышей усиливает, а не заменяет глюконеогенез, опосредованный PEPCK-C» . Журнал гепатологии . 59 (1): 105–13. дои : 10.1016/j.jhep.2013.02.020 . ПМК 3910155 . ПМИД 23466304 .
- ^ Jump up to: а б Чакраварти К., Кассуто Х., Решеф Л., Хэнсон Р.В. (2005). «Факторы, которые контролируют тканеспецифическую транскрипцию гена фосфоенолпируваткарбоксикиназы-С». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 40 (3): 129–54. дои : 10.1080/10409230590935479 . ПМИД 15917397 . S2CID 633399 .
- ^ Робинсон Б.Х. (май 1971 г.). «Транспорт фосфоенолпирувата системой транспорта трикарбоксилатов в митохондриях млекопитающих» . Письма ФЭБС . 14 (5): 309–312. дои : 10.1016/0014-5793(71)80287-9 . ПМИД 11945784 . S2CID 9617975 .
- ^ Зелинг Х.Д., Уолтер У., Зауэр Х., Кляйнеке Дж. (декабрь 1971 г.). «Влияние синтетических аналогов фосфоенолпирувата на пируваткиназу мышц и печени, мышечную енолазу, фосфоенолпируваткарбоксикиназу печени и на внутри-/экстрамитохондриальную систему транспорта переносчиков трикарбоновых кислот». Письма ФЭБС . 19 (2): 139–143. дои : 10.1016/0014-5793(71)80498-2 . ПМИД 11946196 . S2CID 40637963 .
- ^ Кляйнеке Дж., Зауэр Х., Зелинг Х.Д. (январь 1973 г.). «О специфичности трикарбоксилатной транспортной системы в митохондриях печени крыс» . Письма ФЭБС . 29 (2): 82–6. дои : 10.1016/0014-5793(73)80531-9 . ПМИД 4719206 . S2CID 30730789 .
- ^ Шуг А.Л., Шраго Э. (июль 1973 г.). «Ингибирование транспорта фосфоенолпирувата через системы переносчиков трикарбоксилата и адениновых нуклеотидов митохондрий печени крысы». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 53 (2): 659–65. дои : 10.1016/0006-291X(73)90712-2 . ПМИД 4716993 .
- ^ Сул Х.С., Шраго Э., Шуг А.Л. (январь 1976 г.). «Взаимосвязь транспорта фосфоенолпирувата, ингибирования ацил-коэнзима А адениннуклеотид-транслоказы и оттока ионов кальция в митохондрии сердца морской свинки». Архив биохимии и биофизики . 172 (1): 230–7. дои : 10.1016/0003-9861(76)90071-0 . ПМИД 1252077 .
- ^ Сатрустеги Х, Пардо Б, Дель Арко А (январь 2007 г.). «Митохондриальные транспортеры как новые мишени для внутриклеточной передачи сигналов кальция». Физиологические обзоры . 87 (1): 29–67. doi : 10.1152/physrev.00005.2006 . ПМИД 17237342 .
- ^ Jump up to: а б с Холиок Т., Салливан С.М., Новак Т. (июль 2006 г.). «Структурное понимание механизма катализа PEPCK». Биохимия . 45 (27): 8254–63. дои : 10.1021/bi060269g . ПМИД 16819824 .
- ^ Jump up to: а б с Дельбаер Л.Т., Судом А.М., Прасад Л., Ледюк Ю., Голди Х. (март 2004 г.). «Исследование структуры/функции переноса фосфорила фосфоенолпируваткарбоксикиназой». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1697 (1–2): 271–8. дои : 10.1016/j.bbapap.2003.11.030 . ПМИД 15023367 .
- ^ Трапани С., Линсс Дж., Гольденберг С., Фишер Х., Крайевич А.Ф., Олива Г. (ноябрь 2001 г.). «Кристаллическая структура димерной фосфоенолпируваткарбоксикиназы (PEPCK) из Trypanosoma cruzi при разрешении 2 А». Журнал молекулярной биологии . 313 (5): 1059–72. дои : 10.1006/jmbi.2001.5093 . ПМИД 11700062 .
- ^ Jump up to: а б Замбони Н., Маахеймо Х., Шиперски Т., Хохманн Х.П., Зауэр У. (октябрь 2004 г.). «Фосфоенолпируваткарбоксикиназа также катализирует карбоксилирование C 3 на границе гликолиза и цикла ТСА Bacillus subtilis». Метаболическая инженерия . 6 (4): 277–84. дои : 10.1016/j.ymben.2004.03.001 . ПМИД 15491857 .
- ^ Медицинский центр Вандербильта. «Лаборатория Граннера, PEPCK Research». 2001. Онлайн. Интернет. Доступ осуществлен в 22:46, 13 апреля 2007 г. www.mc.vanderbilt.edu/root/vumc.php?site=granner&doc=119
- ^ Jump up to: а б Берджесс С.К., Хе Т., Ян З., Линднер Дж., Шерри А.Д., Маллой С.Р. и др. (апрель 2007 г.). «Цитозольная фосфоенолпируваткарбоксикиназа не только контролирует скорость печеночного глюконеогенеза в интактной печени мышей» . Клеточный метаболизм . 5 (4): 313–20. дои : 10.1016/j.cmet.2007.03.004 . ПМК 2680089 . ПМИД 17403375 .
- ^ Нэш Дж.Т., Сабо Д.Т., Кэри ГБ (2012). «Полибромированные дифениловые эфиры изменяют кинетику фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы печени у самцов крыс Вистар: последствия для метаболизма липидов и глюкозы». Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды. Часть А. 76 (2): 142–56. дои : 10.1080/15287394.2012.738457 . ПМИД 23294302 . S2CID 24458236 .
- ^ Канаи Р., Эдвардс, GE (1998). «Биохимия фотосинтеза C 4 » . В Sage RF, Monson RK (ред.). C 4 Биология растений . Эльзевир. стр. 49–87. ISBN 978-0-08-052839-7 .
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Кристофер Дж. Т., Холтум Дж. (сентябрь 1996 г.). «Закономерности распределения углерода в листьях видов толстянковых кислотного метаболизма во время нейтрализации кислотности» . Физиология растений . 112 (1): 393–399. дои : 10.1104/стр.112.1.393 . ПМК 157961 . ПМИД 12226397 .
- ^ Вознесенская Е.В., Франчески В.Р., Чуонг С.Д., Эдвардс Г.Е. (июль 2006 г.). «Функциональная характеристика анатомии листьев фосфоенолпируваткарбоксикиназы типа C 4 : иммуно-, цитохимический и ультраструктурный анализ» . Анналы ботаники . 98 (1): 77–91. дои : 10.1093/aob/mcl096 . ПМК 2803547 . ПМИД 16704997 .
- ^ Jump up to: а б с д Чен Ч., Уокер Р.П., Текси Л.И., Леа П.Дж., Лигуд Р.К. (май 2004 г.). «Фосфоенолпируваткарбоксикиназа в растениях огурца увеличивается как под действием аммония, так и подкисления, и присутствует во флоэме». Планта . 219 (1): 48–58. Бибкод : 2004Завод.219...48С . дои : 10.1007/s00425-004-1220-y . ПМИД 14991407 . S2CID 23800457 .
- ^ Jump up to: а б Айх С., Имабаяши Ф., Дельбаре Л.Т. (октябрь 2003 г.). «Экспрессия, очистка и характеристика бактериальной GTP-зависимой PEP-карбоксикиназы». Экспрессия и очистка белков . 31 (2): 298–304. дои : 10.1016/S1046-5928(03)00189-X . ПМИД 14550651 .
- ^ Jump up to: а б Лю К., Ба Х, Ю Дж., Ли Дж., Вэй Ц., Хан Г. и др. (август 2006 г.). «Фосфоенолпируваткарбоксикиназа микобактерии туберкулеза индуцирует сильные клеточно-опосредованные иммунные реакции у мышей». Молекулярная и клеточная биохимия . 288 (1–2): 65–71. дои : 10.1007/s11010-006-9119-5 . ПМИД 16691317 . S2CID 36284611 .
- ^ Лейтнер К., Хрзеньяк А., Троцмюллер М., Мустафа Т., Кёфелер Х.К., Волькениг С. и др. (февраль 2015 г.). «Активация PCK2 опосредует адаптивный ответ на истощение глюкозы при раке легких» . Онкоген . 34 (8): 1044–50. дои : 10.1038/onc.2014.47 . ПМИД 24632615 . S2CID 11902696 .
- ^ Jump up to: а б О'Брайен Р.М., Лукас ПК, Форест КД, Магнусон М.А., Граннер Д.К. (август 1990 г.). «Идентификация последовательности гена PEPCK, которая опосредует негативное влияние инсулина на транскрипцию». Наука . 249 (4968): 533–7. Бибкод : 1990Sci...249..533O . дои : 10.1126/science.2166335 . ПМИД 2166335 .
- ^ Маццио Э., Солиман К.Ф. (январь 2003 г.). «Роль гликолиза и глюконеогенеза в цитозащите клеток нейробластомы от токсичности ионов 1-метил-4-фенилпиридиния». Нейротоксикология . 24 (1): 137–47. дои : 10.1016/S0161-813X(02)00110-9 . ПМИД 12564389 .
- ^ Уолтер Ф. Борон (2005). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход . Эльзевир/Сондерс. п. 858. ИСБН 978-1-4160-2328-9 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Фосфоенолпируват + карбоксикиназа + (АТФ) в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Фосфоенолпируват + карбоксикиназа + (GTP) в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- «могучие мыши» (мыши PEPCK-Cmus) https://web.archive.org/web/20071107175951/http://blog.case.edu/case-news/2007/11/02/mightymouse