Phosphofructokinase-1 (PFK-1) ist ein entscheidendes regulatorisches Enzym in der Glykolyse, die Grundlage sowohl für anaerobe als auch aerobe Atmung. Als geschwindigkeitskontrollierendes Enzym bestimmt seine Aktivität die Geschwindigkeit der Glykolyse. PFK-1 katalysiert den „festgelegten“ Schritt der Glykolyse, nämlich die Umwandlung von Fructose-6-Phosphat und ATP in Fructose-1,6-Bisphosphat und ADP. Dieses Enzym ist allosterisch, besteht aus vier Untereinheiten und wird durch verschiedene Aktivatoren und Inhibitoren reguliert.
Funktion und Regulation
PFK reguliert die Glykolyse durch allosterische Hemmung, wodurch die Zelle die Geschwindigkeit der Glykolyse an ihren Energiebedarf anpassen kann. Beispielsweise hemmt ein hohes ATP-zu-ADP-Verhältnis PFK und damit die Glykolyse. In Eukaryoten wird PFK durch Fructose-2,6-Bisphosphat aktiviert, das die ATP-Hemmung aufhebt und Eukaryoten eine größere Sensitivität gegenüber Hormonen wie Glucagon und Insulin verleiht.
PFK-1 gehört zur Familie der Phosphotransferasen und erleichtert die Übertragung von γ-Phosphat von ATP auf Fructose-6-Phosphat. Die aktive Stelle von PFK-1 umfasst sowohl die ATP-Mg2+- als auch die F6P-Bindungsstellen. Allosterische Aktivatoren wie AMP und ADP binden an die allosterische Stelle, um die Bildung des R-Zustands durch strukturelle Veränderungen zu fördern, während Inhibitoren wie ATP und PEP an dieselbe allosterische Stelle binden, um die Bildung des T-Zustands zu erleichtern und somit die Enzymaktivität zu hemmen.
Phosphofructokinase-Assay-Kits
Phosphofructokinase-Assay-Kits bieten eine einfache und direkte Methode zur Messung der PFK-Aktivität in verschiedenen Proben. Diese Kits nutzen die Rolle von PFK bei der Umwandlung von Fructose-6-Phosphat in Fructose-1,6-Bisphosphat, was der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt der Glykolyse ist. Die PFK-Aktivität wird durch Kofaktoren und posttranslationale Modifikationen reguliert und kann zur Messung des glykolytischen Flusses in Geweben verwendet werden. Mängel in der PFK-Aktivität können zu Glykogenspeicherkrankheiten wie der Glykogenose Typ VII (Tarui-Krankheit) führen.
Assay-Prinzip
Die PFK-Aktivität wird durch einen gekoppelten Enzymassay gemessen. In diesem Assay wandelt PFK Fructose-6-Phosphat und ATP in Fructose-1,6-Bisphosphat und ADP um. Anschließend wandelt die Enzymmischung ADP in AMP und NADH um. Das resultierende NADH reduziert eine farblose Sonde und erzeugt ein kolorimetrisches Produkt, das proportional zur PFK-Aktivität ist.
