1、磷酸果糖激酶研究進展生科 0901 馮陽 2009304200608摘要：作為糖酵解過程中的三個關鍵酶之一，磷酸果糖激酶掌握著糖酵解開始的鑰匙。對 于磷酸果糖激酶的研究和應用主要在于對于糖尿病的治療，磷酸果糖激酶的變構效應的研 究，磷酸果糖激酶在糖酵解中的地位等等。本文就磷酸果糖激酶的研究進展進行綜述。關鍵詞：磷酸果糖激酶檸檬酸結合位點進化乳酸磷酸果糖激酶簡介名稱：磷酸果糖激酶(fructose-1,6-bisphosphate)催化反應：果糖-6-磷酸+ATP-果糖-1,6-二磷酸輔助因子：Mg2+催化機制：鎂離子將ATP外側的兩個磷酸基團作用，使磷原子更容易接受孤對電子的親和 進攻，使兩個

2、磷原子之間的氧橋所共用的電子對向氧原子一方轉移，ATP的磷酸集團有利于氧橋斷裂，并與果糖-6-磷酸分子結合，生成果糖-1,6-二磷酸。立體結構：每個PFK單體可以分為兩個結構域，1和2。它們的空間位置可以用坐標系表示， 結構域1從氨基酸的末端開始，包括五個折疊區(qū)域和五個螺旋區(qū)域。一個蛋白質單體在兩個 結構域中反復折疊。兩個結構域自身都緊密裝配，相互之間接觸比較松散，形成一個深的裂 縫。PFK的四個亞基中的每一個亞基都與其他兩個亞基緊密接觸，與第三個亞基的接觸比 較松散。每兩個亞基形成一個超結構，而這樣一個超結構與PFK的整體結構非常相似，因 此，PFK在發(fā)展過程中保持了較為穩(wěn)定的空間構象。磷酸

3、果糖激酶中檸檬酸結合位點的進化磷酸果糖激酶是依靠復雜方式來控制糖酵解，變構調節(jié)是調節(jié)催化作用的一種手 段。對原核生物和真核生物的 PFK進行序列分析表明，磷酸果糖激酶在兩種不同的 物種內的分歧是通過副本的變化和原核生物基因序列的變化引起的。原核生物的磷酸果糖激酶的是真核生物的激酶大小的1/2，并且真核生物的磷酸 果糖激酶的調控措施要遠遠多于原核生物。在真核生物的磷酸果糖激酶中總共發(fā)現(xiàn)了六個關于酶活性的結合位點， 催化ATP 和果糖-6-磷酸的結合位點，激活劑結合位點，腺嘌吟核苷酸和果糖-1,6-二磷酸結合位 點，以及ATP和檸檬酸鹽的抑制性結合位點。但是，在磷酸果糖激酶的 N-端的研究表明，只

4、有一個活性位點在真核生物的N-端;而另一的方面，變構調節(jié)的配體發(fā)生了變化。導致這種現(xiàn)象發(fā)生的原因是磷酸果 糖激酶C-端的變化使得酶蛋白可以為提高后續(xù)的代謝而對自身進行調整。其中一種變構調節(jié)物質是檸檬酸。對于變構效應物檸檬酸結合位點的研究表明，這個 結合位點是來自于原核生物中的磷酸果糖激酶上的磷酸烯醇式丙酮酸/ADP結合位點氨基酸殘基參與了檸檬酸的結合，因此，在 PFK的C-端和N-端都有所發(fā)現(xiàn)。氨基酸 殘基的變化是由基因的單點突變或者是化學修飾造成的。到目前為止，預案和微生物中的磷酸果糖激酶的結晶結構已經有兩類被測出，一 類是大腸桿菌，另一類是，但是，大多數(shù)哺乳動物的磷酸果糖激酶沒有得到準確的

5、結 構，只有模式哺乳動物的磷酸果糖激酶結構被構造。從模式動物的檸檬酸結合位點研究中得到，這一位點位于N-端和中心區(qū)域之間，可能是在原有的酶上形成一個裂縫。但是，到目前為止，沒有關于檸檬酸的抑制作用 的確切作用機理。檸檬酸是三羧酸循環(huán)中的起始物，是銜接糖酵解和三羧酸循環(huán)的中間物質。在細 菌中檸檬酸的抑制作用就沒有，但是在脊椎動物中有較強的抑制作用，在昆蟲中的抑 制作用較弱。在最近的研究中表明有證據(jù)顯示，單一的氨基酸殘基在檸檬酸結合位點可決定酶 在三羧酸循環(huán)中的敏感性。在多細胞動物的演化中表明，選擇性的突變導致檸檬酸對 磷酸果糖激酶的強烈抑制作用，這也說明了對糖酵解嚴格的控制對于哺乳動物的重要 性

6、。肌肉中乳酸對于磷酸果糖激酶的影響磷酸果糖激酶是糖酵解中的關鍵酶蛋白，它的構象受到多種物質的調節(jié)。包括一個二聚 體結構和一個四聚體結構。在肌肉中，磷酸果糖激酶有不同的低聚物形態(tài)，包括四聚體形態(tài) 和二聚體形態(tài)。在較高的濃度下，它可以聚集為更大的低聚物形式。肌肉中的磷酸果糖激酶的調控受到多種因素的調節(jié)，如pH，檸檬酸，ADP等。沒自身可以調節(jié)自己的低聚物的狀態(tài)，檸檬酸穩(wěn)定磷酸果糖激酶的二聚體形態(tài)，這一形態(tài)與 抑制作用有關。乳酸的聚集與磷酸果糖激酶的的抑制效應相對應。乳酸的作用表明，即使是 在細胞內部的pH值不發(fā)生改變的情況下，也可以發(fā)生抑制作用。磷酸果糖激酶在種子內的活動可以解釋糖酵解的活動，以及

7、休眠種子在休眠期的情況。對休 眠期種子的糖酵解活動的研究，進一步了解磷酸果糖激酶和磷酸果糖的作用和功能。此外，磷酸果糖-1-激酶缺陷導致骨骼肌糖原累積和心臟病。這是一種罕見的遺傳性疾 病第七型糖原累積?。℅SDVII）。小結磷酸果糖激酶的研究在臨床醫(yī)學上的應用主要在腦科學，糖尿病的治療等方面。對于，對磷酸果糖激酶的研究，在動物、植物、微生物方面都有巨大的作用。對于磷 酸果糖激酶的信號傳導機制，作用機理都將會是研究的熱點。對于磷酸果糖激酶之一基礎代謝的過程中酶蛋白的研究，會加深對基礎代謝的了解，以及掌握在基礎代謝過程中可能出現(xiàn)的疾病和治療方法。參考文獻Aleksandra Usenik, Mat

8、ic Legisa * . Evolution of Allosteric Citrate Binding Sites on 6-phosphofructo-1-kinase.PLoS ONE November 2010 | Volume 5 | Issue 11 | e15447Phosphofructo-1-Kinase Deficiency Leads to a Severe Cardiac and Hematological Disorder in Addition to Skeletal Muscle GlycogenosisMiguel Garcia, Anna Pujol, Albert Ruzo, Efren Riu, Jesu s Ruberte, Anna Arbos, Anna Serafin. Beatriz Albella5, Juan Emilio Feliu, Fa tima Bosch* Activity, distribution and regulation of phosphofructokinase in salivary gland o