磷酸甘油酸激酶

磷酸甘油酸激酶(英文名:Phosphoglycerate kinase，簡稱PGK)（ EC 2.7.2.3 ) (PGK 1) 是一種酶，可催化磷酸基團從1,3-二磷酸甘油酸(1,3-BPG) 到ADP的可逆轉移，產生3-磷酸甘油酸(3-PG) 和ATP ：

1,3-二磷酸甘油酸 + ADP ⇌ 3-磷酸甘油酸 + ATP

磷酸甘油酸激酶
命名 系統命名 縮寫
識別碼
EC編號	2.7.2.3
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磷酸甘油酸激酶
磷酸甘油酸激酶的結構[1]
鑑定
標誌	PGK
Pfam	PF00162（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR001576
PROSITE（英語：PROSITE）	PDOC00102
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	3pgk / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

與所有激酶一樣，它是一種轉移酶。 PGK 是糖酵解中使用的主要酶，位於糖酵解途徑的第一個 ATP 生成步驟中。 在糖異生中，PGK催化的反應向相反方向進行，生成ADP和1,3-BPG。

在人類中，迄今為止已鑑定出兩種 PGK同工酶： PGK1和 PGK2。 這些同工酶具有 87-88% 相同的氨基酸序列同一性，儘管它們在結構和功能上相似，但它們具有不同的定位：PGK2 由常染色體基因編碼，是減數分裂和減數分裂後生精細胞所獨有的，而PGK1在X上編碼-染色體，在所有細胞中普遍表達。 ^[2]

生物學功能

PGK 作為糖酵解中兩種 ATP 生成酶之一存在於所有生物體中。 在糖異生途徑中，PGK 催化逆反應。 在生化標準條件下，有利於糖酵解方向。 ^[1]

在光合生物的卡爾文循環中，PGK 催化 3-PG 磷酸化，產生 1,3-BPG 和 ADP，作為再生1,5-二磷酸核酮糖反應的一部分。

據報道，PGK 對纖溶酶表現出硫醇還原酶活性，導致血管抑制素形成，從而抑制血管生成和腫瘤生長。 該酶還被證明參與哺乳動物細胞核中的DNA 複製和修復。 ^[3]

人類同工酶 PGK2 僅在精子發生過程中表達，已被證明對小鼠精子功能至關重要。 ^[4]

結構

概述

PGK 存在於所有生物體中，其序列在整個進化過程中高度保守。 該酶以 415 個殘基單體形式存在，包含兩個幾乎相等大小的結構域，分別對應於蛋白質的 N 端和 C 端。 ^[5] 3-磷酸甘油酸 (3-PG) 與 N 端結合，而核苷酸底物 MgATP 或 MgADP 與酶的 C 端結構域結合。 這種擴展的兩域結構與大規模的「鉸鏈彎曲」構象變化相關，類似於己糖激酶中發現的變化。 ^[6] 該蛋白質的兩個結構域被裂縫分開並由兩個α螺旋連接。 ^[2] 每個結構域的核心是一個被 α 螺旋包圍的 6 鏈平行β 片層。 這兩個葉能夠獨立摺疊，這與摺疊路徑上存在單個結構域摺疊的中間體一致。 ^{[7] [8]} 儘管任一底物的結合都會引發構象變化，但只有通過兩種底物的結合才會發生結構域閉合，從而導致磷酸基團的轉移。 ^[2]

該酶傾向於以開放構象存在，具有短時間的閉合和催化作用，這允許底物和產物通過結合位點快速擴散； PGK 的開放構象由於結構域閉合時蛋白質疏水區域的暴露而更加構象穩定。 ^[7]

鎂的作用

鎂離子通常與 PGK 的核苷酸底物磷酸基團絡合。 眾所周知，在沒有鎂的情況下，不會發生酶活性。 ^[9] 二價金屬協助酶配體屏蔽結合的磷酸基團的負電荷，從而發生親核攻擊；這種電荷穩定是磷酸轉移反應的典型特徵。 ^[10] 據推測，當 PGK 結合兩種底物時，離子也可能促進結構域閉合。 ^[9]

疾病相關性

磷酸甘油酸激酶 (PGK) 缺陷是一種 X 連鎖隱性遺傳特徵，與人類溶血性貧血、精神障礙和肌病相關， ^{[11] [12]}根據形式 - 存在溶血形式和肌病形式。 ^[13] 由於該性狀是 X 連鎖的，因此通常在具有一條 X 染色體的男性中完全表達；受影響的女性通常無症狀。 ^{[2] [12]} 這種情況是由 Pgk1（編碼 PGK1 的基因）突變引起的，目前已發現 20 種突變。 ^{[12] [2]} 在分子水平上，Pgk1 的突變會損害熱穩定性並抑制酶的催化活性。 ^[2] PGK 是直接糖酵解途徑中唯一由 X 連鎖基因編碼的酶。 在溶血性貧血的情況下，紅細胞中會出現 PGK 缺乏。 目前，尚無針對 PGK 缺乏症的明確治療方法。 ^[14]

PGK1過度表達與胃癌有關，並且已發現其在體外會增加胃癌細胞的侵襲性。 ^[15] 該酶由腫瘤細胞分泌，參與血管生成過程，導致血管抑制素的釋放，抑制腫瘤血管生長。 ^[3]

由於其對核苷酸底物的廣泛特異性，已知 PGK 參與基於核苷酸的HIV抗逆轉錄病毒藥物的磷酸化和激活。 ^{[16] [17]}

作用機制

糖酵解中的磷酸甘油酸激酶機制。

沒有任何底物結合，PGK 以「開放」構象存在。 當丙糖和核苷酸底物分別與N端和C端結構域結合後，會發生廣泛的鉸鏈彎曲運動，使結構域及其結合的底物非常接近並導致「閉合」構象。 ^[18] 然後，在正向糖酵解反應的情況下，ADP 的 β-磷酸鹽引發對 1,3-BPG 的 1-磷酸鹽的親核攻擊。 酶上的 Lys219 將磷酸基團引導至底物。

PGK 通過電荷穩定的過渡態進行，該過渡態有利於封閉酶中結合底物的排列，因為在過渡態中，所有三個磷酸氧都被配體穩定，而不是在初始結合態中只有兩個穩定的氧。 ^[19]

在糖酵解途徑中， 1,3-BPG是磷酸鹽供體，具有較高的磷酰基轉移潛力。 PGK 催化磷酸基團從 1,3-BPG 轉移到 ADP，power^{[需要解釋]}ATP ^{[需要澄清]}前面的糖酵解步驟的碳氧化反應（將甘油醛3-磷酸轉化為3-磷酸甘油酸）。 ^{[需要引用]}

人類同工酶

磷酸甘油酸激酶 1 識別 符號 PGK1 Entrez 5230 HUGO 8896 OMIM 311800 RefSeq NM_000291 UniProt P00558 其他資料 EC編號 2.7.2.3 基因座 X q13.3

磷酸甘油酸激酶 2 識別 符號 PGK2 Entrez 5232 HUGO 8898 OMIM 172270 RefSeq NM_138733 UniProt P07205 其他資料 EC編號 2.7.2.3 基因座 6 p21-q12

參考文獻

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