3-PGK

関連する読書

紹介

ホスホグリセリン酸キナーゼ（PGK）は、解糖系における重要な酵素であり、すべての生物の生存に不可欠です。PGKは、基質結合中に重要な立体構造変化を経て最終的に触媒効果を発揮する、二つの球状構造閾値からなる単量体であり、非常に柔軟な解糖酵素です。この酵素は一部の細菌細胞にのみ一種類存在し、ほとんどの生物には二つから三つのアイソザイムが含まれています。PGKはすべての有機生命に存在し、その配列は進化の過程を通じて非常に保存されています。

3-ホスホグリセリン酸キナーゼ

3-ホスホグリセリン酸キナーゼは、1,3-ジホスホグリセリン酸を3-ホスホグリセリン酸に変換し、ATPの1分子を生成します。これは嫌気的消化中のATPの最初の生成です。1分子のグルコースが2分子の1,3-ジホスホグリセリン酸を生成するため、このプロセスでは1分子のグルコースが2分子のATPを生成できます。ATPは基質の水平リン酸化によって生成され、エネルギーは基質中の高エネルギーリン酸基からADPに直接移されてATPが形成されます。

構造

PGKはさまざまな生物から分離されています。これは、約45 kDaの分子量を持つ典型的なヒンジベンディング単量体酵素です。この酵素は、深い裂け目で分離されたほぼ同じサイズの二つの構造ドメインを形成する折りたたまれたポリペプチド鎖から構成され、二つのα-ヘリックス（α-ヘリックス7および14）によって結合され、独特の二葉構造を与えています。N末端およびC末端の構造ドメインは、α-ヘリックスに囲まれた六つの平行なβ-折りたたみ鎖のコアを持つ典型的なロスマン折りたたみを含んでいます。βコーナーおよび不規則な構造断片がβ折りたたみをαヘリックスに接続しています。両方の構造ドメインは基質結合に関与しています。

図1. PGKの構造。（Pirela M, et al. 2020）

ヌクレオチド調節

PGKの活性は、さまざまなヌクレオチド（AMP、ATP、ADP）によって調節されており、異なる生物で文書化されています。AMP、ADP、GDP、GMP、IDPおよびIMPの存在はウサギ筋PGKを抑制します。明らかに、抑制は混合型です。このプリンヌクレオチドを介した調節は、植物でも観察されています。エンドウ豆では、ATP生成の方向における細胞質および葉緑体PGK活性はAMPおよびATPによって調節され、逆方向（ATPを使用）ではAMPおよびADPを介して調節が行われます。酵母においては、PGKのADPおよびAMPによる抑制に関する言及があります。明らかに、この酵素には二つのヌクレオチド結合部位があり、基質ATP/ADPの結合部位とヌクレオチド基質とは別のADP調節部位があります。AMPも酵素に結合し、おそらく基質ATPと同じ部位に結合します。さらに、ADPは競争的阻害剤であり、AMPは非競争的な3PGA結合阻害剤です。この抑制メカニズムは、酵素の可逆反応の方向を調節する興味深い方法を反映している可能性があります。

PGKのムーンライティングタンパク質としての役割

ムーンライティングタンパク質は、さまざまな生理的に関連する生化学的または生物物理的機能を実行できる異種のタンパク質のコレクションを含んでいます。現在、300以上のムーンライティングタンパク質が特定されています。これらのタンパク質は「生命の樹」全体で発現しており、その主な機能は異なる生化学的プロセスに起因しています。これらのタンパク質の中には、主な機能と二次的な機能（ムーンライティング）を両方実行できるものもあれば、環境に応じて機能を変えるものもあります。代謝酵素の中で、7つの解糖酵素がムーンライティングタンパク質として特定されており、その一つがPGKです。さまざまな生物において、解糖系および糖新生における標準的な機能に加えて、PGKには寄生虫と宿主の関係における役割を含むさまざまな細胞プロセスにおける他の機能が帰属されています。

図2. PGKのムーンライティング機能。（Pirela M, et al. 2020）

結論

PGKは、古細菌、細菌および真核生物に分布する高度に保存された酵素です。その主な機能は炭水化物代謝、特に解糖系および糖新生に関連していますが、この酵素は細胞侵入、血管新生、腫瘍成長、鞭毛運動、ウイルス複製、オートファジーの誘導、細胞増殖など、さまざまな他の生物学的プロセスにも関与する可能性があります。