Эта статья входит в число добротных статей

Фруктозо-2,6-бисфосфат

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
6-бисфосфат Фруктозо-2
Fructose 2,6-bisphosphate.svg
Общие
Сокращения

Фр-2,6-Ф; Fru-2,6-P2

Хим. формула

C6H14O12P2

Физические свойства
Состояние

твёрдое

Молярная масса

340,116 г/моль

Плотность

2,06 г/см³

Термические свойства
Т. кип.

760,3 °C

Т. воспл.

413,6 °C

Давление пара

1,11E-26 мм рт. ст. при 25°C

Оптические свойства
Показатель преломления

1,609

Классификация
Рег. номер CAS

79082-92-1

PubChem
SMILES
InChI
ChEBI

28602

ChemSpider
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Фруктозо-2,6-бисфосфат[1] (фруктозо-2,6-дифосфат, Фр-2,6-Ф, Fru-2,6-P2) — регуляторная молекула всех эукариот, аллостерически[en], влияющая на активность ферментов фосфофруктокиназы 1 (ФФК-1) и фруктозо-1,6-бисфосфатазы (ФБФаза-1). Усиливает гликолиз и подавляет глюконеогенез[2]. Представляет собой эфир фосфорной кислоты и фруктозы.

У растений и животных синтез и распад Фр-2,6-Ф осуществляется фосфофруктокиназой-2/фруктозо-2,6-бисфосфатазой (ФФК-2/ФБФ-2) — бифункциональным ферментом с двумя активными центрами[3]. Фр-2,6-Ф образуется путём фосфорилирования фруктозо-6-фосфата с использованием одной молекулы АТФ, а в результате деградации распадается на фруктозо-6-фосфат и Фн[4][5].

История открытия[править | править вики-текст]

Фруктозо-2,6-бисфосфат был открыт через 71 год после того, как Янг в лаборатории Гардена выделил из дрожжей первый двойной эфир фруктозы и фосфорной кислоты, который позже был идентифицирован как фруктозо-1,6-бисфосфат[6]. В 1979 году четыре группы исследователей сообщили, что в гепатоцитах, инкубированных в присутствии гормона глюкагона, происходит снижение активности фермента фосфофруктокиназы-1. В 1980 году Эмили Ван Шафтинген и коллеги[7] показали, что этот эффект исчезает после проведения гель фильтрации или очистки фермента. Далее, они показали, что можно добиться усиления активности фосфофруктокиназы-1 просто добавив к гепатоцитам низкомолекулярную фракцию, полученную после ультрацентрифугирования экстракта печени. Выделенный из этой фракции низкомолекулярный стимулятор был идентифицирован исследователями как фруктозо-2,6-бисфосфат[8].

Влияние на метаболизм глюкозы у животных[править | править вики-текст]

Синтез и распад фруктозо-2,6-бисфосфата.

Фруктозо-2,6-бисфосфат стимулирует распад глюкозы, аллостерически активируя фосфофруктокиназу 1. Например, в печени высокая концентрация Фр-2,6-Ф активирует ФФК-1, увеличивая её сродство к фруктозо-6-фосфату и снижая сродство к её прямым ингибиторам: АТФ и цитрату. В своей физиологической концентрации ФФК-1 практически полностью не активна, но взаимодействие с Фр-2,6-Ф переводит фермент в активную форму и стимулирует гликолиз[2]. Помимо этого фруктозо-2,6-бисфосфат ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу, что предотвращает распад образовавшегося фруктозо-1,6-бисфосфата. Таким образом Фр-2,6-Ф не даёт одновременно идти процессам гликолиза и глюконеогенеза, что могло бы привести к бесполезному циклу, в котором глюкоза бесконечно превращалась бы в пируват, а затем обратно в глюкозу.

Уровень Фр-2,6-Ф в клетке контролируется через регуляцию его синтеза и распада ферментом ФФК-2/ФБФазой-2. Основную роль в этом процессе играют гормоны инсулин, глюкагон и адреналин, которые воздействуют на фермент через фосфорилирование/дефосфорилирование. Так, глюкагон активирует аденилатциклазу печени и запускает синтез цАМФ, который, в свою очередь, активирует цАМФ-зависимую протеинкиназу. Эта киназа фосфорилирует ФФК-2/ФБФазу-2 по N-концевому остатку серина, что стимулирует фруктозо-2,6-бисфосфатазную активность и подавляет его работу как фосфофруктокиназы-2. Происходит снижение уровня Фр-2,6-Ф в клетке. В условиях низкого уровня Фр-2,6-Ф гликолиз подавляется, в то время как глюконеогенез, напротив, усиливается. Инсулин запускает обратный процесс. При повышении его концентрации происходит снижение уровня цАМФ, что в свою очередь активирует протеинфосфатазу, которая дефосфорилирует ФФК-2/ФБФазу-2, активируя фосфофруктокиназную-2 и подавляя фруктозо-2,6-бисфосфатазную активность. Таким образом, повышение уровня Фр-2,6-Ф активирует фермент ФФК-1 и стимулирует гликолиз, подавляя глюконеогенез[4][9][10].

Влияние на метаболизм глюкозы у грибов[править | править вики-текст]

В целом, действие фруктозо-2,6-бисфосфата у грибов аналогично таковому у животных: повышение его концентрации стимулирует гликолиз и подавляет глюконеогенез. У части грибов фермент, ответственный за синтез Фр-2,6-Ф, не чувствителен к уровню цАМФ и АТФ. Вместо этого регуляция ФФК-2/ФБФ-2 осуществляется по уровню основного субстрата — фруктозо-6-фосфата и общего количества источника углерода[11][12]. У другой части грибов, в том числе и у дрожжей, напротив, есть цАМФ-зависимый путь регуляции ФФК-2/ФБФ-2, а его фосфофруктокиназная активность подавляется высокими уровнями АТФ[13][14]. В целом, нельзя выделить какой-то общий для всех грибов механизм регуляции уровня Фр-2,6-Ф. Скорее всего, он сильно зависит от его образа жизни и занимаемой грибом экологической ниши.

Регуляция синтеза сахарозы у растений[править | править вики-текст]

У растений, в отличие от животных, фруктозо-2,6-фосфат не действует на АТФ-зависимую фосфофруктокиназу 1, но чётко стимулирует пирофосфат-зависимую фосфофруктокиназу, которая фосфорилирует фруктозо-6-фосфат, используя неорганический пирофосфат, и ингибирует фосфатазу[15]. Фр-2,6-Ф играет важную роль в регуляции уровня триозофосфатов, конечного продукта цикла Кальвина. Он ингибирует образование фруктозо-6-фосфата, основного субстрата для синтеза сахарозы. При интенсивном фотосинтезе происходит постоянное образование триозофосфатов (глицеральдегид-3-фосфата и 3-фосфоглицерата), которые аллостерически взаимодействуют с ФФК-2/ФБФазой-2 и ингибируют синтез фруктозо-2,6-бисфосфата, стимулируя таким образом образование сахарозы. Фр-2,6-Ф начинает синтезироваться в темноте, когда не идут процессы фотосинтеза и образования триозофосфатов. У растений этот процесс аллостерически активизируется неорганическим фосфатом и фруктозо-6-фосфатом[16]. Таким образом, синтез регуляторной молекулы сложным образом зависит от соотношения С63 сахаров в растительной клетке. На это соотношение будет активно влиять интенсивность синтеза сахарозы и транспорт в хлоропласты Фн в обмен на триозофосфат[15].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Биологическая химия с упражнениями и задачами / Под ред. С. Е. Северина. — М.: Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2011. — С. 95. — 624 с.
  2. 1 2 Lange AJ. fructose-2,6-bisphosphate. University of Minnesota.
  3. Wu C, Khan SA, Peng LJ, Lange AJ (2006). «Roles for fructose-2,6-bisphosphate in the control of fuel metabolism: beyond its allosteric effects on glycolytic and gluconeogenic enzymes». Adv. Enzyme Regul. 46 (1): 72–88. DOI:10.1016/j.advenzreg.2006.01.010. PMID 16860376.
  4. 1 2 Kurland IJ, Pilkis SJ (June 1995). «Covalent control of 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase: insights into autoregulation of a bifunctional enzyme». Protein Sci. 4 (6): 1023–37. DOI:10.1002/pro.5560040601. PMID 7549867.
  5. Michels P. A., Rigden D. J. Evolutionary analysis of fructose 2,6-bisphosphate metabolism. (англ.) // IUBMB life. — 2006. — Vol. 58, no. 3. — P. 133—141. — DOI:10.1080/15216540600688280. — PMID 16766380. исправить
  6. Selected Topics in the History of Biochemistry: Personal Recollections (page 77)
  7. E. Van Schaftingen, L. Hue, and H. G. Hers (1980 Dec 15). «Fructose 2,6-bisphosphate, the probably structure of the glucose- and glucagon-sensitive stimulator of phosphofructokinase.». Biochem J. 192 (3): 897–901.
  8. H. G. Hers and E. Van Schaftingen (1982 Jul 15). «Fructose 2,6-bisphosphate 2 years after its discovery.». Biochem J. 206 (1): 1–12.
  9. Smith WE, Langer S, Wu C, Baltrusch S, Okar DA (June 2007). «Molecular coordination of hepatic glucose metabolism by the 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6- bisphosphatase:glucokinase complex». Mol. Endocrinol. 21 (6): 1478–87. DOI:10.1210/me.2006-0356. PMID 17374851.
  10. Нельсон, Кокс, 2014, с. 144—146.
  11. José Abrahão Neto (June 1993). «Characterization of phosphofructokinase II and regulation of fructose 2,6-bisphosphate levels in Trichoderma reesei». Microbiology 139: 1363-1369. DOI:10.1099/00221287-139-6-1363.
  12. Vandercammen A1, François JM, Torres BB, Maia JC, Hers HG (Jan 1990). «Fructose 2,6-bisphosphate and carbohydrate metabolism during the life cycle of the aquatic fungus Blastocladiella emersonii.». J Gen Microbiol 136 (1): 137-46. PMID 2161899.
  13. Gandhi Radis-BaptistaDavid N, Urquizo Valdivia, José Abrahão-Neto (January 2011). «Fructose 2,6-bisphosphate biosynthesis and regulation of carbohydrate metabolism in Aspergillus oryzae». Canadian Journal of Microbiology 44 (1): 6-11. DOI:10.1139/w97-129.
  14. Dihazi H1, Kessler R, Eschrich K. (2003 May 27). «Glucose-induced stimulation of the Ras-cAMP pathway in yeast leads to multiple phosphorylations and activation of 6-phosphofructo-2-kinase.». Biochemistry 42 (20): 6275–6282. DOI:10.1021/bi034167r. PMID 12755632.
  15. 1 2 Ермаков, 2005, с. 223.
  16. Nielsen TH, Rung JH, Villadsen D (November 2004). «Fructose-2,6-bisphosphate: a traffic signal in plant metabolism». Trends Plant Sci. 9 (11): 556–63. DOI:10.1016/j.tplants.2004.09.004. PMID 15501181.

Литература[править | править вики-текст]

  • Д. Нельсон, М. Кокс. Основы биохимии Ленинджера: в 3 т. — М.: БИНОМ, 2014. — Т. 2. — С. 144—146. — 636 с. — ISBN 978-5-94774-366-1.
  • Физиология растений / Под ред. И. П. Ермакова. — М.: Академия, 2005. — 634 с.