Remove ads
A fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PEPCK) é un encima da clase das liases que intervén na vía metabólica da gliconeoxénese, onde converte o oxalacetato en fosfoenolpiruvato e dióxido de carbono, utilizando unha molécula de GTP, que pasa a GDP.
fosfoenolpiruvato carboxiquinase 1 (soluble) | |
| Identificadores | |
| Símbolo | PCK1 |
| Símbolos alt. | PEPCK-C |
| Entrez | 5105 |
| HUGO | 8724 |
| OMIM | |
| RefSeq | NM_002591 |
| Outros datos | |
| Número EC | 4.1.1.32 |
| Locus | Cr. 20 q13.31 |
fosfoenolpiruvato carboxiquinase 2 (mitocondrial) | |
| Identificadores | |
| Símbolo | PCK2 |
| Símbolos alt. | PEPCK, PEPCK2 |
| Entrez | 5106 |
| HUGO | 8725 |
| OMIM | |
| RefSeq | NM_001018073 |
| Outros datos | |
| Número EC | 4.1.1.32 |
| Locus | Cr. 14 q12 |
Atópase en dúas formas, unha citosólica e outra mitocondrial.
Aínda que moitas das reaccións da gliconeoxénese poden utilizar os mesmos encimas da glicólise no sentido inverso, xa que son reversibles, a reacción da piruvato quinase é unha das reaccións irreversibles da ruta. Para reverter esta reacción da piruvato quinase hai que utilizar varias reaccións que sexan enerxeticamente favorables. Os encimas piruvato carboxilase e fosfoenolpiruvato carboxiquinase supoñen unha vía alternativa para reverter as accións da piruvato quinase.
A transcrición do xene da PEPCK ocorre en moitas especies, e a secuencia de aminoácidos da PEPCK é distinta en cada especie. Por exemplo, a súa estrutura e especificidade difiren en humanos, a bacteria Escherichia coli e o parasito Trypanosoma cruzi.[1]
Animais
En animais, a reacción catalizada por este encima é un paso limitante da gliconeoxénese, o proceso polo cal as células sintetizan glicosa a partir de precursores metabólicos. O nivel de glicosa sanguínea mantense dentro de límites ben definidos en parte debido á regulación precisa da expresión do xene da PEPCK. Un feito que enfatiza a importancia da PEPCK na homeostase da glicosa é que a sobreexpresión deste encima en ratos dá lugar a síntomas de diabetes mellitus de tipo 2, que é a forma de diabetes máis común en humanos. Debido á importancia da homeostase da glicosa sanguínea, hai varias hormonas que controlan un conxunto de xenes (incluído o da PEPCK) no fígado que modulan a velocidade da síntese de glicosa.
A PEPCK está controlada por dous mecanismos hormonais diferentes. A actividade da PEPCK increméntase coa secreción de cortisol desde o córtex adrenal e o glicagón desde as células alfa do páncreas. O glicagón eleva indirectamente a expresión da PEPCK ao incrementar os niveis de AMPc (por medio da activación da adenil ciclase) no fígado, o cal orixina a fosforilación da proteína CREB. Despois, a CREB únese augas arriba do xene da PEPCK ao elemento de resposta ao AMPc (CRE) e induce a transcrición da PEPCK. Por outra parte, o cortisol liberado do córtex adrenal, atravesa a membrana lipídica das células do fígado, xa que debido á súa natureza hidrofóbica, pode pasar directamente a través da membrana, e despois únese ao receptor de glicocorticoides (GR). Este receptor dimeriza e o complexo cortisol/GR pasa ao núcleo, onde se une á rexión do elemento de resposta aos glicocorticoides (GRE) de xeito similar a como o facía a CREB, e produce resultados similares: síntese de máis PEPCK.
En conxunto, o cortisol e o glicagón poden ter intensos resultados sinérxicos, activando o xene da PEPCK a niveis que nin o cortisol nin o glicagón poderían producir por separado. A PEPCK é máis abondosa no fígado, riles, e tecido adiposo.[2]
Un estudo sobre o efecto da mestura comercial do PBDE (difenil éter polibromado) DE-71 sobre a cinética do encima PEPCK determinou que o tratamento in vivo deste polucionante ambiental afecta ao metabolismo hepático da glicosa e dos lípidos, posiblemente pola activación do receptor do xenobiótico pregnano (PXR), e pode influír na sensibilidade á insulina en todo o corpo.[3]
Descubriuse na Universidade Case Western Reserve que a sobreexpresión da PEPCK citosólica en músculo esquelético de ratos causa que os ratos sexan máis activos, máis agresivos, e vivan máis tempo do normal, polo que son chamados superratos metabólicos.
Plantas
A PEPCK (número EC 4.1.1.49) é un dos tres encimas descarboxilantes utilizados nos mecanismos de concentración do carbono da fixación do carbono C4 da fotosíntese de plantas C4 e CAM. Os outros son o encima NADP-málico e o encima NAD-málico.[4][5] Na fixación do carbono C4, o dióxido de carbono fíxase primeiro combinándoo con fosfoenolpiruvato para formar oxalacetato no mesofilo das follas. Nas plantas C4 de tipo PEPCK o oxalacetato convértese despois en aspartato, o cal viaxa á vaíña vascular da folla. Nas células da vaíña vascular, o aspartato convértese de novo en oxalacetato. A PEPCK descarboxila o oxalacetato da vaíña vascular, liberando dióxido de carbono, que entón é fixado polo encima Rubisco. Por cada molécula de dióxido de carbono consumida pola PEPCK, consómese unha molécula de ATP.
A PEPCK actúa en plantas que teñen fixación do carbono C4, onde a súa acción foi localizada no citosol, a diferenza do que ocorre en mamíferos, nos que actúa nas mitocondrias.[6]
Aínda que se encontra en moitas partes da planta diferentes, só e detecta en tipos celulares específicos, incluíndo áreas do floema.[7]
No cogombro (Cucumis sativus) descubriuse que os niveis de PEPCK increméntanse por moitos efectos que se sabe que fan decrecer o pH celular das plantas, aínda que estes efectos son específicos da parte da planta considerada.[7]
Os niveis de PEPCK elévanse nas raíces e talos cando as plantas son regadas con cloruro amónico a pH baixo (pero non a pHs altos), ou con ácido buitírico. Con todo, nas follas os niveis de PEPCK non se incrementan nesas condicións.
Nas follas, un 5% de contido de CO2 na atmosfera orixina unha maior abundancia de PEPCK.[7]
Bacterias
En bacterias o papel da PEPCK estudouse causando a sobreexpresión da PEPCK en Escherichia coli por medio de ADN recombinante.[8]
Remove ads
A PEPCK cataliza un paso limitante da gliconeoxénese. O encima pénsase que é esencial na homeostase da glicosa, como se pon en evidencia en ratos de laboratorio que padecen diabetes mellitus tipo 2 como resultado da sobreexpresión da PEPCK.[9]
Un estudo recente suxire que o papel que xoga a PEPCK na gliconeoxénese pode estar mediado polo ciclo do ácido cítrico, a actividade do cal está directamente relacionada coa abundancia de PEPCK.[10]
Os niveis de PEPCK por si sós non se viu que estivesen moi correlacionados coa gliconeoxénese no fígado de ratos, como se suxerira en estudos previos.[10] Por tanto, o papel da PEPCK na gliconeoxénese pode ser máis complexo e implicar a máis factores que os que previamente se pensaba.
A PEPCK de Mycobacterium tuberculosis activa o sistema inmune en ratos ao incrementar a actividade das citocinas.[11] Como resultado, a PEPCK pode ser un ingrediente apropiado no desenvolvemento dunha subunidade efectiva para a vacinación contra a tuberculose.[11]
Remove ads
En humanos hai dúas isoformas da PEPCK; unha forma citosólica (SwissProt P35558) e outra mitocondrial (SwissProt Q16822) que teñen unha identidade de secuencia do 63,4%. A forma citosólica é importante na gliconeoxénese, ruta que ten lugar no citosol. Porén, hai un mecanismo de transporte que traslada fosfoenolpiruvato desde a mitocondria ao citosol, utilizando proteínas de transporte de membrana específicas, polo que a PEPCK mitocondrial intervén nesta produción de fosfoenolpiruvato.
A obtención das estruturas de raios X da PEPCK proporcionou datos importantes para comprender o mecanismo de acción deste encima. Tamén se estudou a estrutura e mecanismo de catálise da isoforma mitocondrial de fígado de polo da PEPCK en complexo co Mn2+, Mn2+-fosfoenolpiruvato (PEP), e Mn2+-GDP.[12] Delbaere et al. (2004) resolveron a estrutura da PEPCK de E. coli e atoparon que o sitio activo estaba situado nunha fenda entre un dominio C-terminal e un dominio N-terminal. O sitio activo pechábase coa rotación deses dominios.[13]
Durante a acción da PEPCK transfírense grupos fosforilo, o cal probablemente é facilitado pola conformación eclipsada dos grupos fosforilo cando o ATP está unido á PEPCK.[13] Como a formación eclipsada é unha formación de alta enerxía, a transferencia do grupo fosforilo ten unha enerxía de activación diminuída, o que significa que os grupos se transferirán con máis facilidade. Esta transferencia probablemente ocorre por un mecanismo similar ao desprazamento SN2.[13]
Remove ads
A PEPCK converte o oxalacetato en fosfoenolpiruvato e dióxido de carbono, á vez que o GTP se transforma en GDP.
 | GTP GDP +CO2  fosfoenolpiruvato carboxiquinase |  | |
| Oxalacetato | Fosfoenolpiruvato |
A PEPCK actúa na conexión entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico ou de Krebs, e causa a descarboxilación dunha molécula de 4 carbonos orixinando unha molécula de 3 carbonos. É o primeiro paso obrigado na gliconeoxénese, na que a PEPCK descarboxila, e fosforila o oxalacetato cando está presente o GTP, o cal proporciona o fosfato converténdose en GDP.[12] Cando a piruvato quinase, o encima que normalmente cataliza a reacción que converte o fosfoenolpiruvato en piruvato, é sometida a un knockout de xenes en mutantes de Bacillus subtilis, a PEPCK participa nunha reacción anaplerótica funcionando en dirección inversa á normal, convertendo o fosfoenolpiruvato en oxalacetato.[14] Aínda que esta reacción en sentido inverso é posible, a súa cinética é tan desfavorable que os mutantes crecen a un ritmo moi lento ou non crecen en absoluto.[14][15]
Remove ads
En humanos
A produción e activación da PEPCK é potenciada por moitos factores. A transcrición do xene da PEPCK é estimulada polo glicagón, glicocorticoides, ácido retinoico, e AMPc, mentres que é inhibida pola insulina.[16] Destes factores, a insulina, hormona que é deficiente na diabetes, considérase o factor dominante, xa que inhibe a transcrición de moitos elementos estimulatorios.[16] A actividade da PEPCK inhíbese tamén polo sulfato de hidrazina, e a inhibición diminúe as taxas de gliconeoxénese.[17]
Cando hai unha acidose prolongada, a PEPCK está regulada á alza nas células de bordo en cepillo do túbulo proximal renal, para secretar máis NH3 e así producir máis HCO3-.[18]
A actividade específica de GTP da PEPCK é máxima cando están dispoñobles os ións Mn2+ e Mg2+.[8] Ademais, a cisteína hiper-reactiva (C307) está implicada na unión do Mn2+ ao sitio activo.[12]
Plantas
Como se dixo anteriormente, a abundancia da PEPCK increméntase cando se regan as plantas con cloruro amónico a pH baixo, pero a pHs altos non se produce este efecto.[7]
Remove ads
Clasifícase co número EC 4.1.1. Hai tres tipos principais, que se distinguen polo tipo de enerxía que impulsa a reacción:
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
Remove ads