Springen naar inhoud

Snelheidsbepalende stap van de glycolyse


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Klintersaas

    Klintersaas


  • >5k berichten
  • 8614 berichten
  • VIP

Geplaatst op 26 december 2009 - 16:46

Een examenvraag die ik mogelijk op mijn examen medische biochemie kan krijgen, is de volgende:

Veronderstel dat de concentratie van één van de enzymen van de glycolyse met 50% verminderd is als gevolg van een heterozygote mutatie. Voor welk enzym zou dit de grootste gevolgen hebben op de gehele glycolytische activiteit ?

A. hexokinase
B. fosfofructokinase
C. aldolase
D. enolase
E. pyruvaatkinase

De drie sleutelenzymen van de glycolyse (de enzymen die irreversibele reacties katalyseren), zijn hexokinase (glucokinase in de lever), fosfofructokinase-1 en pyruvaatkinase, dus het is één van deze drie. De modeloplossing geeft antwoord B, fosfofructokinase (PFK-1), omdat dit het belangrijkste regelenzym zou zijn van de glycolyse.

Op het jaarforum ontspon zich een discussie over deze vraag. Waarom zou PFK-1 immers een belangrijker enzym zijn voor de glycolyse dan hexokinase of pyruvaatkinase? Enkele argumenten die in de strijd gegooid werden:
  • Iemand opperde dat hexokinase alvast afvalt, omdat het te omzeilen valt door de inname van fructose. Fructose kan immers via het fructokinase worden omgezet naar fructose-1-fosfaat, dat vervolgens door het aldolase B wordt omgezet naar glyceraldehyde en dihydroxyacetonefosfaat. Dat laatste is een intermediair van de glycolyse dat na de reactie met hexokinase komt en dat regelmechanisme aldus omzeilt. Tegenargument: ik merkte op dat ook het regelmechanisme van PFK-1 op deze manier omzeild wordt, dus dat dit geen criterium is om een onderscheid te maken tussen het belang van hexokinase en PFK-1.

  • Iemand anders opperde dat PFK-1 in de glycolyse voor pyruvaatkinase komt en dat pyruvaat, het product van de reactie die door pyruvaatkinase gekatalyseerd wordt, op meerdere manieren gemaakt kan worden dan door de glycolyse. Tegenargument: ik merkte op dat hexokinase nog voor PFK-1 komt, dus dat volgens deze redenering hexokinase het belangrijkste regelenzym zou zijn. Ook de meerdere manieren om pyruvaat te produceren zijn geen argument om hexokinase te laten afvallen.

  • Ik opperde dat PFK-1 het enzym is dat de snelheidsbepalende stap van de glycolyse katalyseert (omzetting van fructose-6-fosfaat naar fructose-1,6-bifosfaat). M.a.w., het is het traagst werkende enzym en creërt op die manier een bottleneck. Tegenargument: toen ik daarna in mijn handboek keek (Medical Biochemistry, 3rd Edition door Baynes & Dominiczak), stond daar op blz. 149 het volgende:

    Based on measurements of the Vmax of the various enzymes in RBC [rode bloedcellen] lysates in vitro, hexokinase is present at the lowest activity of all glycolytic enzymes.

    Volgens mij boek zou hexokinase dus het traagst werkende enzym zijn.

  • Ik opperde dat PFK-1 het fijnst geregelde enzym in de hele glycolyse is (PFK-1 wordt allosterisch geregeld door een veelheid aan producten en deze regeling is zeer nauwkeurig afgesteld). Dit wordt ook bevestigd door Baynes & Dominiczak, want op blz. 149 staat ook het volgende:

    PFK-1 is the primary site of regulation of glycolysis, controlling the flux of Fru-6-P to Fru-1,6-BP and, indirectly through the phosphoglucose isomerase reaction, the level of Glc-6-P and inhibition of hexokinase. Although present at 20 times higher activity than hexokinase, PFK-1 is strongly inhibited by ambient ATP, so that its activity varies with the energy status of the cell. [...]

    Dit lijkt mij dus het sterkste argument om PFK-1 het belangrijkste regelenzym te noemen: het beïnvloedt ook de werking van de andere twee regelenzymen (hexokinase door het mechanisme hierboven beschreven en pyruvaatkinase wordt door feedforward gecontroleerd door fructose-1,6-bifosfaat, het product van de reactie die door PFK-1 wordt gekatalyseerd).
Case closed zou je denken, maar ik moest zonodig in de gespecialiseerde literatuur duiken. Daar vond ik het volgende:

The standard idea is that phosphofructokinase controls flux through glycolysis, but as seen in the examples above there are two other popular candidates, hexokinase and pyruvate kinase. In any case, how true is it that phosphofructokinase, or any other enzyme, controls the glycolytic flux? The crucial experiment was done by Heinisch before any of these books were written; he found that overexpressing phosphofructokinase 3.5-fold in yeast had no measurable effect on the flux to ethanol. Other experiments have been done since then in other organisms. Why, then, do textbooks continue to claim that phosphofructokinase controls the glycolytic flux?

As the pages in this section of this site are intended to stick to facts and to discuss interpretations only insofar they are uncontroversial, that is as far as I shall go in this page about what happens in reality. I do, nonetheless, hold opinions about how the control and regulation of glycolysis should be understood, and anyone interested in these can find them in other pages on this site, e.g. those based on Chapter 10 of my book Fundamentals of Enzyme Kinetics.

Bron: http://bip.cnrs-mrs.fr/bip10/rls.htm

Aan het woord is Athel Cornish-Bowden, auteur van Fundamentals of Enzyme Kinetics, die aanklaagt dat vele studieboeken PFK-1 de snelheidsbepalende stap van de glycolyse noemen. En hij is niet de enige:

The quantitative aspects of the regulation of glycolytic flux are still not well established. Even though convincing evidence that phosphofructokinase (PFK) participates in the regulation of the flux has been provided only for erythrocytes (albeit hexokinase seems to be more important in this respect), it is accepted that PFK is the main rate-controlling enzyme of glycolysis in different tissues. Some measure of participation in this control has also been suggested for both hexokinase and pyruvate kinase. The main reasons for this generalized belief are that PFK catalyses a reaction very far from equilibrium and that it exhibits a complex and sophisticated regulatory behaviour that reflects its ability to integrate many different signals from different pathways. However, as first expressed by Kacser and Burns, no single enzyme is likely to be responsible for the regulation of the metabolic flux through any pathway.

Bron: http://www.sciencedi...66b79852febfd05

Bovenstaande is de abstract van het artikel Is phosphofructokinase the rate-limiting step of glycolysis? (Trends in Biochemical Sciences, Volume 9, Issue 9, september 1984, pp. 372-373) door Boscá en Corredor.

Verschillende experts spreken dus tegen dat PFK-1 het belangrijkste regelenzym van de glycolyse genoemd mag worden en eigenlijk hoort de examenvraag dus in de vuilnisbak. Helaas gebeurt dat natuurlijk niet (al ga ik wel eens een mailtje sturen naar de prof), dus blijven we met de oorspronkelijke vraag zitten: waarom wordt PFK-1 beschouwd als het belangrijkste regelenzym van de glycolyse. Het laatst gegeven argument blijkt correct (het komt ook in de aangehaalde abstract voor), maar zijn er nog andere? En zijn mijn weerleggingen van de argumenten van mijn medestudenten correct? Alvast bedankt.

Geloof niet alles wat je leest.

Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Wouter_Masselink

    Wouter_Masselink


  • >5k berichten
  • 8252 berichten
  • VIP

Geplaatst op 27 december 2009 - 12:43

Examenvraag mag inderdaad in het ronde archief verdwijnen. Los van het probleem van multiple gok (wat erg ruk is), zou ik zowiezo vraagtekens bij een dergelijke vraag zetten. De weerleggingen lijken me inderdaad correct. Ik zou je zo ook echt niet kunnen zeggen wat nu het juiste antwoord is. Het enige juiste antwoord is in dit geval waarschijnlijk het gevraagde antwoord (niet altijd hetzelfde als 'het juiste antwoord).
"Meep meep meep." Beaker

#3

Klintersaas

    Klintersaas


  • >5k berichten
  • 8614 berichten
  • VIP

Geplaatst op 27 december 2009 - 12:51

Bedankt om je over de kwestie te buigen. Ik heb er in ieder geval over nagedacht (wat te veel misschien) en dat is uiteindelijk de bedoeling van studeren.

Geloof niet alles wat je leest.

Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures