Enzkin - Elm-Asse-Kultur

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Km/Ki
7 REGULATORISCHE ENZYME
7.1 Phosphofructokinase: ein Schlüsselenzym bei der Regulation des Metabolitenflusses
im Glycolyseweg
Die doppelte Rolle der Glycolyse besteht in der Bereitstellung von Bausteinen für andere
Biosynthesewege ("Sammelphase") und der Gewinnung chemischer Energie in Form von
ATP ("Gewinnphase"). Bei aerobem Stoffwechsel stellt auch NADH,H + eine Form
chemischer Energie dar (bei anaerobem Verlauf wird NAD + durch die LDH-Reaktion
regeneriert).
Zur Erfüllung dieser Bedürfnisse muss der Glucoseumsatz an solchen Enzymen reguliert werden, die
irreversibel arbeiten und spezifisch für die Glycolyse sind. Kandidaten hierfür sind die Reaktionen der
Phosphofructokinase (PFK) und der Pyruvatkinase (PK); die Hexokinasereaktion scheidet aus, da ihr Produkt,
G-6P ein multifunktioneller Metabolit ist (in wiefern?).
Als wichtigste Kontrollstelle gilt heute die PFK. Das Leberenzym, ein 340 kDa Tetramer, wird
durch höhere ATP-Konzentrationen inhibiert, d.h. der K m -Wert des Substrates F-6P wird
erhöht. Offenbar wird gleichzeitig ein kooperatives Bindungsverhalten induziert 13
Versuch D2):
(vergl.
Abb.7.1: Allosterische Regulation der PFK durch ATP.
Wie ATP sollen auch Citrat und PEP hemmend wirken,
während AMP den inhibitorischen Effekt dieser
Metaboliten unterbindet. Zusammengefasst reduzieren
"Energieüberschusssignale" die Aktivität während
Energiemangelsignale diesem Effekt entgegenwirken.
Diese Eigenschaften der PFK bilden den wichtigsten Aspekt molekularer Erklärungen des
Pasteur-Effektes, d.h. einer historischen Beobachtung wonach bei Umschaltung auf aeroben
Stoffwechsel der Metabolitenstrom in der Glycolyse gedrosselt wird um eine gleichbleibende
"energy charge" der Zelle zu gewährleisten.
Ein "neues" Regulatormolekül der Glycolyse wurde 1980 durch H.-G. Hers und E. van
Schaftingen entdeckt: F-2.6BP (Eur. J. Biochem. 159, 359), welches nach Art eines "dritten
Messengers" zur Fortpflanzung von "Hungersignalen" entlang der Signaltransduktionskette
Glucagon -> cAMP in der Leber dient (Kap. 7.2).
13 Kooperativität gegenüber F-6P scheint unter den Bedingungen aufzutreten, die eine Dissoziation des
Enzyms in seine Untereinheiten fördern, das sind eine hohe [ATP] und ein leicht acider pH-Wert (pH 6.9, cf. J.
Biol. Chem. 243, 2523-2533, 1968). Da F-6P die Aktivierung/Assoziation der Protomeren zur aktiven Form
fördert, ergibt sich ein kooperatives Ansprechen des Enzyms auf dieses Substrat.