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di Giuseppe Striccoli

Struttura della fosfofruttochinasi e ruolo nella glicolisi in JSmol

Struttura della fosfofruttochinasi e ruolo nella glicolisi in JSmol

fosfofruttocinasi La fosfofruttochinasi è un enzima della glicolisi che catalizza il trasferimento di un gruppo fosfato dall’ATP al Fruttosio 6 Fosfato (F6P) a generare ADP e Fruttosio 1-6 di fosfato (FBP). La reazione è fortemente esoergonica sotto le condizioni fisiologiche e quindi è una degli stadi determinanti della velocità del percorso metabolico della glicolisi. Nella maggior parte dei tessuti e/o organismi il PFK è l’enzima principale che regola il flusso della glicolisi, e la sua attività è controllata dalla conecntrazione di un numero insolitamente alto di metaboliti quali ATP, AMP, PEP e Fruttosio 2-6 difosfato.
L’enzima che qui presentiamo, estratto dal bacillus Stearothermophilus, è un tetramero di subunità identiche di 320 residui l’uno. E’ un enzima allosterico che è descritto bene dal modello simmetrico dell’allosterismo in base a cui c’è una transizione concertata dalla sua forma R ad alta attività al suo stato T a bassa attività.
L’entrata sul sito attivo di una molecola di F6P, che si lega allo stato R invece che allo stato T a bassa attività, fa sì che tutto PFK assuma lo stato R che a sua vlta aumenta l’affinità di legame dell’enzima per altro F6P (effetto omotropico).
Gli attivatori, quali ADP e AMP si legano ai siti allosterici che sono distinti dal sito catalitico, dove essi prevedibilemnte facilitano la formazione dello stato Re quindi attivano l’enzima (effetto eterotrofo; ADP è anche uno dei prodotti e si lega anche al sito attivo dell’enzima).  In modo simile gli inibitori quali PEP, fosfoenolpiruvato, si legano al sito allosterico dove promuovono la formazione della forma T inibendo così l’enzima.

Per prima cosa si osservano i quattro dimeri uguali che costituiscono la fosfofruttochinasi, qui rappresentanta . Nel sito attivo di questa struttura è presente una molecola di acido fosfoglicolico che stabilizza la forma inattiva dell’enzima.
Si prenda in esame uno solo dei quattro dimeri . Vicino ad esso vi è una molecola di che è simile alla molecola ADP, un substrato attivatore dell’enzima.
In quest’altra visualizzazione osserveremo il monomero base nella . Immettiamo . L’ADP funziona da attivatore allosterico modificando la proteina nello stato R più affina al substrato. . Questo è il sito dove si può legare un effettore negativo come il fosfoenol piruvato, PEP, che controlla nella glicolisi allostericamente la FPK.
Immettiamo ora . Si noti anche la posizione dello ione Mg2+ a ponte tra gli O dell’ADP.
Vediamo il sito dove si lega il fruttosio6fosfato. . Si notino i due amminoacidi His 249 e Arg 252 che lo bloccano mediante legami ad idrogeno. Si noti che in queste strutture non sono espressi gli H
Di seguito ci sono alcune molecole importanti della glicolisi.

La glicolisi è il processo che prepara e spezza il glucosio in due molecole di acido piruvico che poi è usato in alcuni processi fermentativi oppure è uno dei reagenti che passa nel ciclo di Krebs. Nella Glicolisi ci sono tre stadi che avvengono con grandi quantità negative di energia libera e sono perciò irreversibili. In questi tre punti ci sono tre enzimi allosterici la esochinasi, la fosfofruttochinasi e la piruvato chinasi. Lo stadio controllato dalla PFK è considerato il punto di maggior regolazione del processo con un ΔG= -25.9 kJ/mol. Di fianco è l’intero processo della glicolisi dal punto di vista energetico.
La fosfofruttochinasi è regolata da ATP, AMP e ADP. Mentre ATP si lega al sito attivo bene sia in R che in T, si lega al sito allosterico preferenzialmente nello stato T, causando uno spostamento dell’equilibrio dei due stati verso una maggiore quantità di T con conseguente minor affinità per il F6P. ADP invece è un attivatore allosterico. Il grafico che segue ci mostra una tipica enzimatica sigmoidale. Il legame iniziale del substrato all’enzima è difficile ma una volta che si lega forza un cambiamento nello stato da T verso R favorendo così il legarsi degli altri substrati.
Fosfofruttochinasi