ピルビン酸キナーゼ

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ピルビン酸キナーゼ（pyruvate kinase）は、ピルビン酸リン酸基転移酵素（pyruvate phosphorus transfer enzyme）、ホスホピルビン酸キナーゼ（phosphopyruvate kinase）とも呼ばれ、分子量は228 kDaで、略号はPK（pyruvate-2-O-phosphotransferase）である。解糖系において、第2のATP生成反応を触媒する酵素である。ホスホエノールピルビン酸（phosphoenolpyruvate）とADPから、ピルビン酸およびATPを生成し（ΔG°’＝−7.5 kcal）、二価金属イオン（Mg²⁺、Mn²⁺）に加えて、一価金属イオン（K⁺、Rb⁺、Cs⁺）も必要とされ、生理的にはK⁺が該当すると考えられる。分子量は約250,000である。ADPからATPを生成する反応を触媒し、その結果、最終産物であるピルビン酸が形成される。

図1．ピルビン酸キナーゼのタンパク質構造。

機能

ピルビン酸キナーゼは、ホスホエノールピルビン酸とADPをATPおよびピルビン酸へ変換する。解糖過程における主要な律速酵素の一つである。M型およびL型の2種のアイソザイムが存在し、M型にはM1およびM2のサブタイプがある。M1は心筋、骨格筋および脳組織に分布し、M2は脳および肝組織に分布する。L型アイソザイムは主として肝臓、腎臓および赤血球に存在する。心筋細胞壊死後にはPKが血中に放出され、PK測定は心筋梗塞の診断に利用できる。

臨床的意義

急性心筋梗塞

急性心筋梗塞の発症後2時間でPK活性は上昇を開始し、22～24時間でピーク（対照値の3倍）に達し、2日目に最大（対照値の4倍）となる。その後48～72時間で徐々に正常化する。血清PK活性の上昇は急性心筋梗塞に対して高い特異性を示す。さらに、急性心筋梗塞後はPK活性の上昇開始および正常化が比較的早いため、遷延性の急性心筋梗塞や再梗塞の診断にも用いられる。ただし、PKはCKほど感度が高くない一方で、CKより特異性が高いとする見解もある。上昇持続時間が短いことから、他のモニタリング指標を併用することが望ましいとされる一方、PKは急性心筋梗塞の診断において簡便、迅速かつ信頼性の高い指標であるとする意見もある。

筋原性疾患

血清PK活性は著明に上昇し、対照値の1～25倍に達し、陽性率は90%超である。これに対し、神経原性疾患（脊髄性筋萎縮症、筋萎縮性側索硬化症等）では、多くの症例で血清PK活性は正常である。したがって、血清PK活性の測定は、筋原性か神経原性かの鑑別に一定の有用性を有する。

血液系疾患

先天性非球状赤血球性溶血性貧血患者の赤血球におけるPK総活性は著明に低下する。急性白血病、赤芽球性白血病、再生不良性貧血、治療抵抗性貧血、発作性夜間ヘモグロビン尿症、先天性貧血等の他の血液疾患においても、赤血球PK活性が対照値の50%まで低下することがある。

欠損

本酵素の遺伝的欠陥は、ピルビン酸キナーゼ欠損症として知られる疾患を引き起こす。この病態では、ピルビン酸キナーゼの不足により解糖系の進行が遅延する。この影響は、ミトコンドリアを欠く細胞で特に重篤である。これらの細胞ではTCA回路が利用できないため、嫌気的解糖が唯一のエネルギー供給源となるからである。例えば赤血球では、ピルビン酸キナーゼ欠損状態においてATPが急速に枯渇し、溶血を来し得る。したがって、ピルビン酸キナーゼ欠損症は慢性非球状赤血球性溶血性貧血（CNSHA）を引き起こし得る。