Die enzymkatalysierte Übertragung einer Phosphorylgruppe von ATP ist eine wichtige Reaktion in einer Vielzahl von biologischen Prozessen. Die Phosphofructokinase katalysiert die Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat, ein wichtiger Schritt im glykolytischen Weg. Sie wird durch ATP allosterisch gehemmt und durch AMP allosterisch aktiviert, was auf den Energiebedarf der Zelle hinweist, wenn sie den glykolytischen Weg durchläuft. PFK existiert als Homotetramer in Bakterien und Säugetieren (wo jedes Monomer 2 ähnliche Domänen besitzt) und als Oktomer in Hefe (wo es 4 Alpha- (PFK1) und 4 Beta-Ketten (PFK2) gibt, wobei letztere, wie die Monomere der Säugetiere, 2 ähnliche Domänen besitzen). Dieses Protein könnte das Morpheein-Modell der allosterischen Regulierung verwenden.
PFK ist etwa 300 Aminosäuren lang, und Strukturstudien des bakteriellen Enzyms haben gezeigt, dass es zwei ähnliche (alpha/beta) Lappen umfasst: einer ist an der ATP-Bindung beteiligt und der andere beherbergt sowohl die Substratbindungsstelle als auch die allosterische Stelle (eine regulatorische Bindungsstelle, die sich von der aktiven Stelle unterscheidet, aber die Enzymaktivität beeinflusst). Die identischen Tetramer-Untereinheiten nehmen zwei verschiedene Konformationen an: In einem „geschlossenen“ Zustand überbrückt das gebundene Magnesiumion die Phosphorylgruppen der Enzymprodukte (ADP und Fructose-1,6-bisphosphat); in einem „offenen“ Zustand bindet das Magnesiumion nur das ADP, da die beiden Produkte nun weiter voneinander entfernt sind. Man nimmt an, dass diese Konformationen aufeinanderfolgende Stadien eines Reaktionsweges sind, der den Verschluss der Untereinheit erfordert, um die beiden Moleküle nahe genug aneinander zu bringen, um zu reagieren.
Die umgekehrte Reaktion wird durch das Enzym Fructose-1,6-Bisphosphatase katalysiert.
Phosphofructokinase-FamilieEdit
PFK gehört zur Familie der Phosphofructokinase B (PfkB) der Zuckerkinasen. Andere Mitglieder dieser Familie (auch Ribokinase-Familie genannt) sind Ribokinase (RK), Adenosinkinase (AK), Inosinkinase und 1-Phosphofructokinase. Die Mitglieder der PfkB/RK-Familie sind durch das Vorhandensein von drei konservierten Sequenzmotiven gekennzeichnet. Die Strukturen mehrerer Proteine der PfK-Familie wurden aus einer Reihe von Organismen bestimmt, und die enzymatische Aktivität dieser Proteinfamilie zeigt eine Abhängigkeit von der Anwesenheit fünfwertiger Ionen. PFK kommt in Isoformen im Skelettmuskel (PFKM), in der Leber (PFKL) und in Blutplättchen (PFKP) vor, was eine gewebespezifische Expression und Funktion ermöglicht. Es wird immer noch spekuliert, dass die Isoformen eine Rolle bei den spezifischen glykolytischen Raten in den gewebespezifischen Umgebungen, in denen sie sich befinden, spielen könnten. Beim Menschen wurde festgestellt, dass einige menschliche Tumorzelllinien eine erhöhte glykolytische Produktivität aufwiesen, die mit der erhöhten Menge an PFKL korrelierte.