磷酸果糖激酶研究进展
生科0901 冯阳 [1**********]08
摘要：作为糖酵解过程中的三个关键酶之一，磷酸果糖激酶掌握着糖酵解开始的钥匙。对于磷酸果糖激酶的研究和应用主要在于对于糖尿病的治疗，磷酸果糖激酶的变构效应的研究，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进展进行综述。 关键词：磷酸果糖激酶 柠檬酸结合位点 进化 乳酸
一．磷酸果糖激酶简介
名称：磷酸果糖激酶（fructose-1,6-bisphosphate ）
催化反应：果糖-6-磷酸+ATP →果糖-1,6-二磷酸
辅助因子：Mg 2+
催化机制：
镁离子将ATP 外侧的两个磷酸基团作用，使磷原子更容易接受孤对电子的亲和进攻，使两个磷原子之间的氧桥所共用的电子对向氧原子一方转移，ATP 的磷酸集团有利于氧桥断裂，并与果糖-6-磷酸分子结合，生成果糖-1,6-二磷酸。
立体结构：每个PFK 单体可以分为两个结构域，1和2。它们的空间位置可以用坐标系表示，结构域1从氨基酸的末端开始，包括五个折叠区域和五个螺旋区域。一个蛋白质单体在两个结构域中反复折叠。两个结构域自身都紧密装配，相互之间接触比较松散，形成一个深的裂缝。PFK 的四个亚基中的每一个亚基都与其他两个亚基紧密接触，与第三个亚基的接触比较松散。每两个亚基形成一个超结构，而这样一个超结构与PFK 的整体结构非常相似，因此，PFK 在发展过程中保持了较为稳定的空间构象。
二．磷酸果糖激酶中柠檬酸结合位点的进化
磷酸果糖激酶是依靠复杂方式来控制糖酵解，变构调节是调节催化作用的一种手段。对原核生物和真核生物的PFK 进行序列分析表明，磷酸果糖激酶在两种不同的物种内的分歧是通过副本的变化和原核生物基因序列的变化引起的。
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
果糖激酶的调控措施要远远多于原核生物。
在真核生物的磷酸果糖激酶中总共发现了六个关于酶活性的结合位点，催化ATP 和果糖-6-磷酸的结合位点，激活剂结合位点，腺嘌呤核苷酸和果糖-1,6-二磷酸结合位点，以及ATP 和柠檬酸盐的抑制性结合位点。
但是，在磷酸果糖激酶的N-端的研究表明，只有一个活性位点在真核生物的N-端; 而另一的方面，变构调节的配体发生了变化。导致这种现象发生的原因是磷酸果糖激酶C-端的变化使得酶蛋白可以为提高后续的代谢而对自身进行调整。
其中一种变构调节物质是柠檬酸。对于变构效应物柠檬酸结合位点的研究表明，这个结合位点是来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结合位点 氨基酸残基参与了柠檬酸的结合，因此，在PFK 的C-端和N-端都有所发现。氨基酸残基的变化是由基因的单点突变或者是化学修饰造成的。
到目前为止，预案和微生物中的磷酸果糖激酶的结晶结构已经有两类被测出，一类是大肠杆菌，另一类是，但是，大多数哺乳动物的磷酸果糖激酶没有得到准确的结构，只有模式哺乳动物的磷酸果糖激酶结构被构造。
从模式动物的柠檬酸结合位点研究中得到，这一位点位于N-端和中心区域之间，可能是在原有的酶上形成一个裂缝。但是，到目前为止，没有关于柠檬酸的抑制作用的确切作用机理。
柠檬酸是三羧酸循环中的起始物，是衔接糖酵解和三羧酸循环的中间物质。在细菌中柠檬酸的抑制作用就没有，但是在脊椎动物中有较强的抑制作用，在昆虫中的抑制作用较弱。
在最近的研究中表明有证据显示，单一的氨基酸残基在柠檬酸结合位点可决定酶在三羧酸循环中的敏感性。在多细胞动物的演化中表明，选择性的突变导致柠檬酸对磷酸果糖激酶的强烈抑制作用，这也说明了对糖酵解严格的控制对于哺乳动物的重要性。
三．肌肉中乳酸对于磷酸果糖激酶的影响
磷酸果糖激酶是糖酵解中的关键酶蛋白，它的构象受到多种物质的调节。包括一个二聚体结构和一个四聚体结构。在肌肉中，磷酸果糖激酶有不同的低聚物形态，包括四聚体形态和二聚体形态。在较高的浓度下，它可以聚集为更大的低聚物形式。
肌肉中的磷酸果糖激酶的调控受到多种因素的调节，如pH ，柠檬酸，ADP 等。
没自身可以调节自己的低聚物的状态，柠檬酸稳定磷酸果糖激酶的二聚体形态，这一形态与抑制作用有关。乳酸的聚集与磷酸果糖激酶的的抑制效应相对应。乳酸的作用表明，即使是在细胞内部的pH 值不发生改变的情况下，也可以发生抑制作用。
磷酸果糖激酶在种子内的活动可以解释糖酵解的活动，以及休眠种子在休眠期的情况。对休眠期种子的糖酵解活动的研究，进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 -激酶缺陷导致骨骼肌糖原累积和心脏病。这是一种罕见的遗传性疾
病第七型糖原累积病（GSDVII ）。
四．小结
磷酸果糖激酶的研究在临床医学上的应用主要在脑科学，糖尿病的治疗等方面。对于，对磷酸果糖激酶的研究，在动物、植物、微生物方面都有巨大的作用。对于磷酸果糖激酶的信号传导机制，作用机理都将会是研究的热点。
对于磷酸果糖激酶之一基础代谢的过程中酶蛋白的研究，会加深对基础代谢的了解，以及掌握在基础代谢过程中可能出现的疾病和治疗方法。
参考文献
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