Phosphofructokinase: Unterschied zwischen den Versionen
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Die Phosphofructokinase-1 (PFK-1) ist ein Schlüsselenzym der Glykolyse, durch die Regulation ihrer Aktivität wird gleichsam die Aktivität der Glykolyse gesteuert. Sie katalysiert den dritten Schritt der Glykolyse, die [[Phosphorylierung]] von [[Fructose-6-phosphat]] zu [[Fructose-1,6-bisphosphat]]. Dieser Schritt ist mit der [[Hydrolyse]] eines ATP zu ADP verbunden, daher ist er unter physiologischen Bedingungen irreversibel. Gleichzeitig ist die Phosphofructokinase-1 das erste Glykolyse-spezifische Enzym dieses Stoffwechselweges, da die vorherigen Zwischenprodukte auch von anderen Stoffwechselwegen als Edukte genutzt werden können. | Die Phosphofructokinase-1 (PFK-1) ist ein Schlüsselenzym der Glykolyse, durch die Regulation ihrer Aktivität wird gleichsam die Aktivität der Glykolyse gesteuert. Sie katalysiert den dritten Schritt der Glykolyse, die [[Phosphorylierung]] von [[Fructose-6-phosphat]] zu [[Fructose-1,6-bisphosphat]]. Dieser Schritt ist mit der [[Hydrolyse]] eines ATP zu ADP verbunden, daher ist er unter physiologischen Bedingungen irreversibel. Gleichzeitig ist die Phosphofructokinase-1 das erste Glykolyse-spezifische Enzym dieses Stoffwechselweges, da die vorherigen Zwischenprodukte auch von anderen Stoffwechselwegen als Edukte genutzt werden können. | ||
Die Phosphofructokinase-1 wird durch [[ATP]] und [[Citrat]] gehemmt, und durch [[ADP]] und [[AMP]] stimuliert. Des weiteren nutzt die PFK-1 eine besondere Variante der [[Feedforward-Regulation]]. Ein starker allosterischer Aktivator der PFK-1 ist nicht das Substrat Fructose-6-Phosphat selber, sondern dessen Derivat [[Fructose-2,6-bisphosphat]], welches durch die Phosphofructokinase-2 (PFK-2) synthetisiert wird. | Die Phosphofructokinase-1 wird durch [[ATP]], [[NADH]], und [[Citrat]] gehemmt, und durch [[ADP]] und [[AMP]] stimuliert. Des weiteren nutzt die PFK-1 eine besondere Variante der [[Feedforward-Regulation]]. Ein starker allosterischer Aktivator der PFK-1 ist nicht das Substrat Fructose-6-Phosphat selber, sondern dessen Derivat [[Fructose-2,6-bisphosphat]], welches durch die Phosphofructokinase-2 (PFK-2) synthetisiert wird. | ||
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Die Phosphofructokinase-2 (PFK-2) ist | Die Phosphofructokinase-2 (PFK-2) ist eine Domäne des bifunktionellen [[Enzym]]s. Das Bifunktionelle Enzym besitzt dazu noch zwei weitere Dömanen. Eine mit Phsophataseaktivität, dem sogenannten Phosphofructobisphosphatase-2 (PBK-2) und eine kleine regulatorische [[Domäne]] am Aminoterminus. Dieser Teil enthält Serin welches phosphoryliert und dephspsoriliert werden kann. Dadurch wird die Kinaseaktivität gehemmt und dient somit als eine Art "Aus- und Einschalter". Die Aktivität der PFK-2 wird hormonell reguliert - insbesondere durch Glucagon. Eines der Produkte der Phosphofructokinase-2, das Fructose-2,6-bisphosphat, aktiviert die Phosphofructokinase-1. | ||
===Regulation in Hepatozyten=== | ===Regulation in Hepatozyten=== | ||
Bei hohen Insulinspiegeln wird die PFK-2 durch die dann aktive Proteinphosphatase I dephosphoryliert, wodurch die Kinaseaktivität ein- und die Phosphataseaktivität ausgeschaltet wird. Hierdurch steigt die Konzentration von Fructose-2,6-Bisphosphat, dem allosterischen Aktivator der PFK-1. In der Folge steigt die Glykolyserate. | Bei hohen Insulinspiegeln wird die PFK-2 durch die dann aktive Proteinphosphatase I dephosphoryliert, wodurch die Kinaseaktivität ein- und die Phosphataseaktivität ausgeschaltet wird. Hierdurch steigt die Konzentration von Fructose-2,6-Bisphosphat, dem allosterischen Aktivator der PFK-1. In der Folge steigt die Glykolyserate. | ||
Version vom 21. März 2015, 18:11 Uhr
Synonym: PFK
Definition
Die Phosphofructokinase ist ein Enzym, das eine zentrale Rolle im Glukosestoffwechsel spielt.
Einteilung
Man unterscheidet zwei Formen der Phosphofructokinase, die funktionell zusammen ein Phosphofructokinase-System bilden.
- Phosphofructokinase-1 (PFK-1)
- Phosphofructokinase-2 (PFK-2)
PFK-1 und PFK-2 werden auch als Schlüsselenzyme oder Schrittmacherenzyme der Glykolyse bezeichnet. Durch ihre Verschaltung und Abhängigkeit von Glucagon und Insulin ist sichergestellt, dass die beiden gegenteiligen Stoffwechselwege der Glykolyse und der Gluconeogenese (innerhalb eines Gewebetypes) nicht zum selben Zeitpunkt ablaufen können.
PFK-1
Die Phosphofructokinase-1 (PFK-1) ist ein Schlüsselenzym der Glykolyse, durch die Regulation ihrer Aktivität wird gleichsam die Aktivität der Glykolyse gesteuert. Sie katalysiert den dritten Schritt der Glykolyse, die Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat. Dieser Schritt ist mit der Hydrolyse eines ATP zu ADP verbunden, daher ist er unter physiologischen Bedingungen irreversibel. Gleichzeitig ist die Phosphofructokinase-1 das erste Glykolyse-spezifische Enzym dieses Stoffwechselweges, da die vorherigen Zwischenprodukte auch von anderen Stoffwechselwegen als Edukte genutzt werden können.
Die Phosphofructokinase-1 wird durch ATP, NADH, und Citrat gehemmt, und durch ADP und AMP stimuliert. Des weiteren nutzt die PFK-1 eine besondere Variante der Feedforward-Regulation. Ein starker allosterischer Aktivator der PFK-1 ist nicht das Substrat Fructose-6-Phosphat selber, sondern dessen Derivat Fructose-2,6-bisphosphat, welches durch die Phosphofructokinase-2 (PFK-2) synthetisiert wird.
PFK-2
Die Phosphofructokinase-2 (PFK-2) ist eine Domäne des bifunktionellen Enzyms. Das Bifunktionelle Enzym besitzt dazu noch zwei weitere Dömanen. Eine mit Phsophataseaktivität, dem sogenannten Phosphofructobisphosphatase-2 (PBK-2) und eine kleine regulatorische Domäne am Aminoterminus. Dieser Teil enthält Serin welches phosphoryliert und dephspsoriliert werden kann. Dadurch wird die Kinaseaktivität gehemmt und dient somit als eine Art "Aus- und Einschalter". Die Aktivität der PFK-2 wird hormonell reguliert - insbesondere durch Glucagon. Eines der Produkte der Phosphofructokinase-2, das Fructose-2,6-bisphosphat, aktiviert die Phosphofructokinase-1.
Regulation in Hepatozyten
Bei hohen Insulinspiegeln wird die PFK-2 durch die dann aktive Proteinphosphatase I dephosphoryliert, wodurch die Kinaseaktivität ein- und die Phosphataseaktivität ausgeschaltet wird. Hierdurch steigt die Konzentration von Fructose-2,6-Bisphosphat, dem allosterischen Aktivator der PFK-1. In der Folge steigt die Glykolyserate.
Bei hohen Glucagonspiegeln wird durch Vermittlung des Second Messengers cAMP die Proteinkinase A aktiviert. Die Proteinkinase phosphoryliert die PFK-2, wodurch deren Kinaseaktivität aus- und die Phosphataseaktivität eingeschaltet wird. Durch Rückumwandlung zu Fructose-6-Phosphat senkt die PFK-2 nun die intrazelluläre Konzentration von Fructose-2,6-Bisphosphat. Ohne diesen Aktivator stellt daraufhin die PFK-1 ihre Aktivität ein, so dass die Glykolyse gedrosselt wird.
Regulation in Skelett- und Herzmuskelzellen
In Herz- und Skelettmuskelzellen ist die Schaltung der PFK-2 genau umgekehrt. Eine Phosphorilierung der PFK-2 bewirkt eine Aktivation der Kinaseaktivität und eine Inhibition der Phosphataseaktivität. Diese besondere Eigenschaft sorgt sie im Herz für immer ausreichende Energiezufuhr, auch wenn in katabolen Stoffwechselsituation sehr wenig freie Glukose im Blut vorhanden ist.
Die reziproke Schaltung der PFK-2 in Hepatozyten und Skelett- und Herzmuskelzellen ist die biochemische Grundlage des Cori-Zyklus.