Pyruvatkinase

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Pyruvatkinase, auch bekannt als Pyruvat-Phosphotransferase, Phosphopyruvatkinase, hat eine Molekularmasse von 228 kDa, und die Abkürzung ist PK: Pyruvat-2-O-Phosphotransferase. Im Glykolysesystem ist es ein Enzym, das die Bildung der zweiten ATP-Reaktion katalysiert. Es kann Pyruvat und ATP·ΔGo1=-7,5 kcal aus Phosphoenolpyruvat, Pyruvat und ADP erzeugen. Neben zweiwertigen Metallionen (Mg²⁺ und Mn²⁺) werden auch einwertige Metallionen (K⁺, Rb⁺, Cs⁺) benötigt, wobei wahrscheinlich K⁺ physiologisch ist. Das Molekulargewicht beträgt etwa 250.000. Es katalysiert die Umwandlung von ADP in ATP, was zur Bildung des Endprodukts Pyruvat führt.

Abbildung 1. Proteinstruktur der Pyruvatkinase.

Funktionen

Pyruvatkinase wandelt Phosphoenolpyruvat und ADP in ATP und Pyruvat um. Es ist eines der Hauptgeschwindigkeitslimitierenden Enzyme im Glykolyseprozess. Es gibt zwei Isoenzyme vom M-Typ und L-Typ, wobei der M-Typ M1 und M2 Subtypen hat. M1 ist im Herzmuskel, Skelettmuskel und Gehirngewebe verteilt; M2 ist im Gehirn- und Lebergewebe verteilt. L-Typ-Isoenzyme existieren hauptsächlich in Leber, Niere und roten Blutkörperchen. Nach der Myokardzellnekrose wird PK ins Blut freigesetzt, und die Bestimmung von PK kann zur Diagnose eines Myokardinfarkts verwendet werden.

Klinische Bedeutung

Akuter Myokardinfarkt

Die PK-Aktivität begann 2 Stunden nach dem Auftreten des akuten Myokardinfarkts zu steigen, erreichte ihren Höhepunkt nach 22-24 Stunden (3-mal der Kontrollwert) und erreichte am zweiten Tag ihren Höhepunkt (4-mal der Kontrollwert); sie erholte sich allmählich nach 48-72 Stunden auf Normalwerte. Erhöhte Serum-PK-Aktivität ist hochspezifisch für einen akuten Myokardinfarkt. Darüber hinaus kann die PK-Aktivität, da sie schneller ansteigt und nach einem akuten Myokardinfarkt schneller wieder normal wird, zur Diagnose eines verlängerten akuten Myokardinfarkts oder einer Re-Infarktion verwendet werden. Einige Menschen sind jedoch der Meinung, dass PK nicht so empfindlich wie CK ist, aber spezifischer als CK. Aufgrund der kurzen Anstiegszeit ist es am besten, andere Überwachungsindikatoren zu ergänzen; andere glauben, dass PK ein einfaches, schnelles und zuverlässiges Indikator für die Diagnose eines akuten Myokardinfarkts ist.

Myogene Erkrankungen

Die Serum-PK-Aktivität war signifikant erhöht und erreichte das 25-fache des Kontrollwerts, die Positivrate liegt bei >90%. Im Gegensatz dazu haben die meisten Patienten mit neurogenen Erkrankungen (spinale Muskelatrophie, amyotrophe Lateralsklerose usw.) eine normale Serum-PK-Aktivität. Daher hat die Bestimmung der Serum-PK-Aktivität einen gewissen Wert zur Unterscheidung zwischen myogener oder neurogener Myopathie.

Blutkrankheiten

Die Gesamtaktivität von PK in roten Blutkörperchen von Patienten mit kongenitaler nicht-sphärischer Zellhämolytischer Anämie ist signifikant reduziert. Bei anderen Blutkrankheiten wie akuter Leukämie, Erythrozytenleukämie, aplastischer Anämie, Anämie, die nicht auf die Behandlung anspricht, paroxysmaler nächtlicher Hämoglobinurie, kongenitaler Anämie usw. kann die PK-Aktivität in roten Blutkörperchen auf 50% des Kontrollwerts reduziert werden.

Mangel

Genetische Defekte dieses Enzyms verursachen die als Pyruvatkinasemangel bekannte Erkrankung. In diesem Zustand verlangsamt ein Mangel an Pyruvatkinase den Glykolyseprozess. Dieser Effekt ist besonders verheerend in Zellen, die keine Mitochondrien haben, da diese Zellen die anaerobe Glykolyse als ihre einzige Energiequelle nutzen müssen, da der TCA-Zyklus nicht verfügbar ist. Zum Beispiel werden rote Blutkörperchen, die sich in einem Zustand des Pyruvatkinasemangels befinden, schnell ATP-mangelhaft und können hämolysieren. Daher kann ein Pyruvatkinasemangel eine chronische nicht-sphärische hämolytische Anämie (CNSHA) verursachen.