Pyruvatkinase

Die Pyruvatkinase ist ein Enzym, das die letzte Teilreaktion der Glykolyse katalysiert. Diese Reaktion ist irreversibel und ein wichtiger Regulationspunkt dieses Stoffwechselweges.

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Reaktion

Durch die Katalyse wird vom Phosphoenolpyruvat eine Phosphatgruppe auf ADP übertragen. Es entstehen ATP und Pyruvat. Letzteres wird im Citratzyklus weiter abgebaut.

Struktur

Die Pyruvatkinase des Menschen ist ein Tetramer, bestehend aus vier identischen Protein-Untereinheiten mit je 528 Aminosäuren. In Säugetieren gibt es zwei Isoformen des Enzyms, das M-Isozym, welches insbesondere im Muskel und Gehirn vorkommt, und das L-Isozym, welches sich ausschließlich in der Leber findet.

Regulation der Pyruvatkinase

Beide Formen der Pyruvatkinase werden durch Fructose-1,6-bisphosphat aktiviert. Fructose-1,6-bisphosphat entsteht bei der dritten Reaktion der Glykolyse, welche durch Phosphofructokinase katalysiert wird. Diese Reaktion (der sog. committed step) bestimmt die Reaktionsgeschwindigkeit der Glykolyse durch ihr Reaktionsprodukt, das Fructose-1,6-bisphosphat, welches als Aktivator für die letzte Reaktion der Glykolyse agiert. Diese Regulation ermöglicht eine Homöostase der Intermediärprodukte der Glykolyse.

Durch eine hohe Energieladung in der Zelle (hohe ATP-Konzentration) und die Anwesenheit von Alanin wird die Pyruvatkinase inhibiert. Somit läuft die Reaktion nicht ab, wenn keine weitere Energie von der Zelle benötigt wird.

Das L-Isozym wird zusätzlich durch Proteinphosphorylierung kontrolliert. Ist der Glucosespiegel im Blut niedrig, bewirkt das Hormon Glucagon die Phosphorylierung der Pyruvatkinase, welche dadurch an Aktivität verliert. So bleibt Phosphoenolpyruvat erhalten und steht für die Gluconeogenese zur Verfügung, durch welche neue Glucose in der Leber aufgebaut wird. Auch intrazelluläres Calcium lässt Pyruvatkinase phosphorylieren.

Pyruvatkinasemangel

Der Pyruvatkinasemangel ist eine autosomal-rezessiv vererbte Stoffwechselstörung. Dadurch wird häufig eine hämolytische Anämie verursacht.