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. :
Como todas las quinasas es una transferasa . PGK es una enzima importante utilizada en la glucólisis , en el primer paso de generación de ATP de la vía glucolítica. En la gluconeogénesis , la reacción catalizada por la PGK procede en sentido contrario, generando ADP y 1,3-BPG.
En humanos, hasta ahora se han identificado dos isoenzimas de PGK, PGK1 y PGK2. Las isoenzimas tienen entre un 87% y un 88% de identidad de secuencia de aminoácidos idéntica y, aunque son estructural y funcionalmente similares, tienen diferentes localizaciones: PGK2, codificada por un gen autosómico , es exclusiva de las células espermatogénicas meióticas y posmeióticas , mientras que PGK1, codificada en el gen X. -cromosoma , se expresa de forma ubicua en todas las células. [2]
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. [1]
En el ciclo de Calvin en 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 tiol reductasa en la plasmina , lo que lleva a la formación de angiostatina , que inhibe la angiogénesis y el crecimiento tumoral . También se demostró que la enzima participa en la replicación y reparación del ADN en los núcleos de las células de mamíferos . [3]
Se demostró que la isozima humana PGK2, que sólo se expresa durante la espermatogénesis, es esencial para la función de los espermatozoides en ratones. [4]
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PGK se encuentra en todos los organismos vivos y su secuencia se ha conservado altamente 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. [5] El 3-fosfoglicerato (3-PG) se une al dominio N-terminal, 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 encontrados en la hexoquinasa . [6] Los dos dominios de la proteína están separados por una hendidura y unidos por dos hélices alfa . [2] En el núcleo de cada dominio hay una hoja beta paralela de 6 hebras rodeada por hélices alfa. Los dos lóbulos son capaces de plegarse de forma independiente, lo que coincide con la presencia de intermediarios en la ruta de plegamiento con un solo dominio plegado. [7] [8] Aunque la unión de cualquiera de los sustratos desencadena un cambio conformacional , sólo a través de la unión de ambos sustratos se produce el cierre del dominio, lo que lleva a la transferencia del grupo fosfato. [2]
La enzima tiende a existir en conformación abierta con períodos cortos de cierre y catálisis, que permiten una rápida difusión del sustrato y 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. [7]
Los iones de magnesio normalmente forman complejos con los grupos fosfato, los sustratos nucleotídicos de PGK. Se sabe que en ausencia de magnesio no se produce actividad enzimática. [9] El metal bivalente ayuda a los ligandos enzimáticos a proteger las cargas negativas del grupo fosfato unido, permitiendo que se produzca el ataque nucleofílico ; Esta estabilización de carga es una característica típica de la reacción de fosfotransferencia. [10] Se teoriza que el ion también puede fomentar el cierre del dominio cuando PGK se ha unido a ambos sustratos. [9]
Sin ningún sustrato unido, PGK existe en una conformación "abierta" . Después de que tanto los sustratos de triosa como de nucleótidos se unen a los dominios N y C-terminales, respectivamente, se produce un movimiento extenso de flexión de bisagra, que acerca los dominios y sus sustratos unidos y conduce a una conformación "cerrada". [11] Luego, en el caso de la reacción glucolítica directa, el beta-fosfato de ADP inicia un ataque nucleofílico contra el 1-fosfato de 1,3-BPG. El Lys219 de la enzima guía el grupo fosfato hacia el sustrato.
La PGK avanza a través de un estado de transición con carga estabilizada que se ve favorecido por la disposición del sustrato unido en la enzima cerrada porque en el estado de transición, los tres oxígenos de fosfato están estabilizados por ligandos , a diferencia de solo dos oxígenos estabilizados en el estado unido inicial. . [12]
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 de 1,3-BPG a ADP para producir ATP puede impulsar [ se necesita aclaración ] la reacción de oxidación de carbono del paso glucolítico anterior (convertir gliceraldehído 3-fosfato en 3-fosfoglicerato ). [ cita necesaria ]
La enzima se activa mediante bajas concentraciones de varios aniones multivalentes, como pirofosfato, sulfato, fosfato y citrato. Altas concentraciones de MgATP y 3-PG activan la PGK, mientras que Mg2+ en altas concentraciones inhibe la enzima de forma no competitiva. [13]
PGK exhibe una amplia especificidad hacia los sustratos de nucleótidos. [14] Su actividad es inhibida por los salicilatos, que parecen imitar el sustrato nucleotídico de la enzima. [15]
Se ha demostrado que el hacinamiento macromolecular aumenta la actividad de 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. [5]
La deficiencia de fosfoglicerato quinasa (PGK) es un rasgo recesivo ligado al cromosoma X asociado con anemia hemolítica , trastornos mentales y miopatía en humanos, [16] [17] dependiendo de la forma: existe una forma hemolítica y una forma miopática. [18] Dado que el rasgo está ligado al cromosoma X, generalmente se expresa completamente en los hombres, que tienen un cromosoma X; las mujeres afectadas suelen ser asintomáticas. [2] [17] La afección resulta de mutaciones en Pgk1, el gen que codifica PGK1, y se han identificado veinte mutaciones. [17] [2] A nivel molecular, la mutación en Pgk1 perjudica la estabilidad térmica e inhibe la actividad catalítica de la enzima. [2] 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, se produce una deficiencia de PGK en los eritrocitos . Actualmente, no existe un tratamiento definitivo para la deficiencia de PGK. [19]
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 . [20] La enzima es secretada por las células tumorales y participa en el proceso angiogénico, lo que lleva a la liberación de angiostatina y la inhibición del crecimiento de los vasos sanguíneos del tumor. [3]
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 se basan en nucleótidos. [14] [21]
