Fosfoglicerato quinasa
La fosfoglicerato quinasa (EC 2.7.2.3) (PGK 1) es una enzima que cataliza la transferencia reversible de un grupo fosfato del 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) al ADP, produciendo 3-fosfoglicerato (3-PG) y ATP:
- 1,3-bisphosphoglycerate + ADP ⇌ glycerate 3-phosphate + ATP
Como todas las quinasas, es una transferasa. La PGK es una enzima importante que se utiliza en la glucólisis, en el primer paso de generación de ATP de la vía glucolítica. En la gluconeogénesis, la reacción catalizada por la PGK se produce en la dirección opuesta, generando ADP y 1,3-BPG.
En los seres humanos, hasta ahora se han identificado dos isoenzimas de PGK, PGK1 y PGK2. Las isoenzimas tienen una identidad de secuencia de aminoácidos del 87-88% y, aunque son estructural y funcionalmente similares, tienen localizaciones diferentes: PGK2, codificada por un gen autosómico, es exclusiva de las células espermatogénicas meióticas y postmeióticas, mientras que PGK1, codificada en el cromosoma X, se expresa de forma ubicua en todas las células.
Función biológica
La PGK está presente en todos los organismos vivos como una de las dos enzimas generadoras de ATP en la glucólisis. En la vía gluconeogénica, la PGK cataliza la reacción inversa. En condiciones bioquímicas estándar, se favorece la dirección glucolítica.
En el ciclo de Calvin en los organismos fotosintéticos, la PGK cataliza la fosforilación de 3-PG, produciendo 1,3-BPG y ADP, como parte de las reacciones que regeneran la ribulosa-1,5-bisfosfato.
Se ha informado que la PGK exhibe actividad de tiol reductasa sobre la plasmina, lo que conduce a la formación de angiostatina, que inhibe la angiogénesis y el crecimiento tumoral. También se ha demostrado que la enzima participa en la replicación y reparación del ADN en los núcleos de células de mamíferos.
Se ha demostrado que la isoenzima humana PGK2, que sólo se expresa durante la espermatogénesis, es esencial para la función del esperma en ratones.
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- ^ El mapa interactivo se puede editar en WikiPathways: "GlycolysisGluconeogenesis_WP534".
Estructura
Sinopsis
La PGK se encuentra en todos los organismos vivos y su secuencia se ha conservado en gran medida a lo largo de la evolución. La enzima existe como un monómero de 415 residuos que contiene dos dominios de tamaño casi igual que corresponden a los extremos N y C de la proteína. El 3-fosfoglicerato (3-PG) se une al extremo N, mientras que los sustratos de nucleótidos, MgATP o MgADP, se unen al dominio C-terminal de la enzima. Esta estructura extendida de dos dominios está asociada con cambios conformacionales de "flexión de bisagra" a gran escala, similares a los que se encuentran en la hexoquinasa. Los dos dominios de la proteína están separados por una hendidura y unidos por dos hélices alfa. En el centro de cada dominio hay una lámina beta paralela de 6 hebras rodeada de hélices alfa. Los dos lóbulos son capaces de plegarse de forma independiente, lo que es coherente con la presencia de intermediarios en la vía de plegamiento con un solo dominio plegado. Aunque la unión de cualquiera de los sustratos desencadena un cambio conformacional, solo a través de la unión de ambos sustratos se produce el cierre del dominio, lo que lleva a la transferencia del grupo fosfato.
La enzima tiene una tendencia a existir en la conformación abierta con períodos cortos de cierre y catálisis, lo que permite una rápida difusión del sustrato y los productos a través de los sitios de unión; la conformación abierta de PGK es más estable conformacionalmente debido a la exposición de una región hidrofóbica de la proteína tras el cierre del dominio.
Función del magnesio
Los iones de magnesio normalmente forman complejos con los grupos fosfato, los sustratos nucleótidos de la PGK. Se sabe que en ausencia de magnesio, no se produce actividad enzimática. El metal bivalente ayuda a los ligandos enzimáticos a proteger las cargas negativas del grupo fosfato unido, lo que permite que se produzca el ataque nucleofílico; esta estabilización de carga es una característica típica de la reacción de transferencia de fosfo. Se ha planteado la teoría de que el ion también puede fomentar el cierre del dominio cuando la PGK se ha unido a ambos sustratos.
Mecanismo
Sin ningún sustrato unido, la PGK existe en una conformación "abierta". Después de que tanto el sustrato de triosa como el de nucleótido se unen a los dominios N- y C-terminales, respectivamente, se produce un extenso movimiento de flexión de bisagra, que acerca los dominios y sus sustratos unidos y conduce a una conformación "cerrada". Luego, en el caso de la reacción glucolítica directa, el beta-fosfato de ADP inicia un ataque nucleofílico sobre el 1-fosfato de 1,3-BPG. La Lys219 en la enzima guía al grupo fosfato hacia el sustrato.
La PGK avanza a través de un estado de transición de carga estabilizada que se ve favorecido por sobre la disposición del sustrato unido en la enzima cerrada porque en el estado de transición, los tres oxígenos del fosfato están estabilizados por ligandos, a diferencia de los dos oxígenos estabilizados en el estado unido inicial.
En la vía glucolítica, el 1,3-BPG es el donante de fosfato y tiene un alto potencial de transferencia de fosforilo. La transferencia catalizada por PGK del grupo fosfato del 1,3-BPG al ADP para producir ATP puede potenciar la reacción de oxidación de carbono del paso glucolítico anterior (convertir el gliceraldehído 3-fosfato en 3-fosfoglicerato).
Reglamento
La enzima se activa con bajas concentraciones de varios aniones multivalentes, como pirofosfato, sulfato, fosfato y citrato. Las altas concentraciones de MgATP y 3-PG activan la PGK, mientras que el Mg2+ en altas concentraciones inhibe la enzima de forma no competitiva.
La PGK muestra una amplia especificidad hacia los sustratos nucleótidos. Su actividad es inhibida por los salicilatos, que parecen imitar el sustrato nucleótido de la enzima.
Se ha demostrado que el hacinamiento macromolecular aumenta la actividad de la PGK tanto en simulaciones por computadora como en entornos in vitro que simulan el interior de una célula; como resultado del hacinamiento, la enzima se vuelve más activa enzimáticamente y más compacta.
Importancia de la enfermedad
La deficiencia de fosfoglicerato quinasa (PGK) es un rasgo recesivo ligado al cromosoma X asociado con anemia hemolítica, trastornos mentales y miopatía en humanos, dependiendo de la forma: existe una forma hemolítica y una forma miopática. Dado que el rasgo está ligado al cromosoma X, generalmente se expresa completamente en los hombres, que tienen un cromosoma X; las mujeres afectadas son típicamente asintomáticas. La afección es resultado de mutaciones en Pgk1, el gen que codifica PGK1, y se han identificado veinte mutaciones. A nivel molecular, la mutación en Pgk1 altera la estabilidad térmica e inhibe la actividad catalítica de la enzima. PGK es la única enzima en la vía glucolítica inmediata codificada por un gen ligado al cromosoma X. En el caso de la anemia hemolítica, la deficiencia de PGK se produce en los eritrocitos. Actualmente, no existe un tratamiento definitivo para la deficiencia de PGK.
La sobreexpresión de PGK1 se ha asociado con el cáncer gástrico y se ha descubierto que aumenta la invasividad de las células de cáncer gástrico in vitro. La enzima es secretada por las células tumorales y participa en el proceso angiogénico, lo que conduce a la liberación de angiostatina y a la inhibición del crecimiento de los vasos sanguíneos tumorales.
Debido a su amplia especificidad hacia los sustratos de nucleótidos, se sabe que la PGK participa en la fosforilación y activación de los fármacos antirretrovirales contra el VIH, que están basados en nucleótidos.
isozimas humanos
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Enlaces externos
- Phosphoglycerate+kinase en la Biblioteca Nacional de Medicina de los EE.UU.
- Ilustración en Arizona. edu
Vía metabólica de glucolisis | |
|---|---|
Glucose  Hexokinasa ATP ADP Glucose 6-phosphate  Glucose-6-phosphateisomerase Fructosa 6-fosfato  Phosphofructokinase-1 ATP ADP Fructosa 1,6-bisfosfato  Fructose-bisphosphatealdolase Dihidroxyacetone fosfato  + + Glyceraldehyde 3-fosfato  Triosephosphateisomerase 2 × Glyceraldehyde 3-fosfato 2 × Glyceraldehyde-3-fosfatedehidrogenasa NAD++ Pi NADH + H+ NAD++ Pi NADH + H+ 2 × 1,3-Bisphosphoglycerate 2 ×  Phosphoglycerate kinase ADP ATP ADP ATP 2 × 3-Phosphoglycerate 2 ×  Fosfoglycerate mutase 2 × 2-Phosphoglycerate 2 ×  Phosphopyruvatehydratase (enolase) H2O H2O 2 × Phosphoenolpyruvate 2 ×  Pyruvate kinase ADP ATP 2 × Pyruvate 2 ×  |
