Bisphosphoglyceratmutase

Bisphosphoglyceratmutase
Bisphosphoglyceratmutase
Schematische Darstellung des Rapoport-Luebering-Zyklus mit den drei Enzymaktivitäten der Bisphosphoglyceratmutase

Vorhandene Strukturdaten: s. UniProt

Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur258 Aminosäuren
Sekundär- bis QuartärstrukturHomodimer
Bezeichner
Gen-NameBPGM
Externe IDs
Enzymklassifikationen
EC, Kategorie5.4.2.4, Phosphotransferase
ReaktionsartUmlagerung
Substrat1,3-Bisphosphoglycerat
Produkte2,3-Bisphosphoglycerat
EC, Kategorie5.4.2.1, Phosphotransferase
ReaktionsartUmlagerung
Substrat2-Phosphoglycerat
Produkte3-Phosphoglycerat
EC, Kategorie3.1.3.13, Phosphatase
ReaktionsartHydrolyse
Substrat2,3-Bisphosphoglycerat + H2O
Produkte3-Phosphoglycerat + Phosphat

Die Bisphosphoglyceratmutase (BPGM), früher auch als 2,3-Diphosphoglyceratmutase bezeichnet, ist ein Enzym, das vor allem in den Erythrozyten (roten Blutkörperchen) und in erythropoetischem Gewebe von Säugetieren vorkommt. Sie ist in den roten Blutkörperchen das zentrale Enzym des Rapoport-Luebering-Zyklus, einem Nebenweg der Glykolyse, in welchem sie als trifunktionales Enzym drei verschiedene biochemische Reaktionen zur Bildung und zum Abbau von 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) katalysiert. 2,3-BPG ist als biochemischer Effektor an der Regulation der Bindungfähigkeit (Affinität) des Blutfarbstoffs Hämoglobin für das Atemgas Sauerstoff in den Erythrozyten beteiligt.

Eigenschaften und Funktion

Die Bisphosphoglyceratmutase katalysiert zum einen als Synthase (2,3-DPG-Synthase, synonym Bisphosphoglyceratmutase; EC 5.4.2.4) die Bildung von 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) aus dem in der Glykolyse entstehenden 1,3-Bisphosphoglycerat (1,3-BPG). Darüber hinaus fungiert sie auch als Phosphatase (2,3-Bisphosphoglyceratphosphatase; EC 3.1.3.13) für die Umsetzung des 2,3-BPG zu 3-Phosphoglycerat (3-PG) und als Mutase (Monophosphoglyceratmutase; EC 5.4.2.1) für die die Gleichgewichtsreaktion zwischen den Phosphoglycerinsäure-Verbindungen 3-PG und 2-Phosphoglycerat (2-PG).[1][2]

Die BPGM besitzt für die drei verschiedenen Funktionen ein gemeinsames aktives Zentrum, das mit zwei unterschiedlichen Bindungsstellen für Di- beziehungsweise Monophosphoglycerate ausgestattet ist.[3] Die wichtigste Aktivität des Enzyms ist die irreversibel verlaufende Synthasereaktion, wodurch sie sich von der Phosphoglyceratmutase im Hauptweg der Glykolyse unterscheidet. Diese ähnelt der BPGM hinsichtlich der Molekülmasse, der Untereinheitenstruktur sowie der Aminosäuresequenz und fungiert ebenfalls als trifunktionales Enzym, allerdings mit einem anderen Verhältnis der drei Aktivitäten zueinander.[4]

Die stofflich neutrale Umlagerung vom 1,3-DPG zum 2,3-DPG setzt das Vorhandensein von Magnesium-Ionen voraus und hat ihr pH-Wert-Optimum bei etwa 7,2.[5] Die Hydrolyse des 2,3-DPG zum 3-PG verläuft unter Verbrauch eines Wassermoleküls sowie Freisetzung eines anorganischen Phosphats, und läuft verstärkt bei einem sauren pH-Wert ab. Die Aminosäuresequenz der humanen BPGM, die eine molare Masse von 30.005 Dalton hat und eine homodimere Struktur aufweist, hat eine Länge von 259 Aminosäuren.[6]

Das im Rapoport-Luebering-Zyklus gebildete 2,3-DPG ist ein wichtiger biochemischer Effektor für die Regulation der Bindungfähigkeit (Affinität) des Blutfarbstoffs Hämoglobin für das Atemgas Sauerstoff. Die Bisphosphoglyceratmutase kommt dementsprechend vor allem in den Erythrozyten (roten Blutkörperchen) und in erythropoetischem Gewebe von Säugetieren vor. Weitere Aktivitäten wurden darüber hinaus unter anderem in Plazentagewebe[7] und, in deutlich geringerem Ausmaß, in der Leber gefunden.[8]

Entdeckungsgeschichte

Die Reaktionen zur Bildung und Spaltung von 2,3-Bisphosphoglycerat wurden vom österreichisch-amerikanisch-deutschen Biochemiker Samuel Mitja Rapoport und seiner technischen Assistentin Janet Luebering in den 1940er Jahren in den Vereinigten Staaten entdeckt und Anfang der 1950er Jahre in mehreren Publikationen beschrieben.[9][10] In den 1960er und 1970er Jahren wurden die Eigenschaften[11] des Enzyms Bisphosphoglyceratmutase und dessen trifunktionale Aktivität[4] näher charakterisiert. Die Aminosäuresequenz der humanen BPGM wurde 1983 aufgeklärt,[12] die Nukleotidsequenz des entsprechenden Gens fünf Jahre später.[8] Im Jahr 2004 wurde die Kristallstruktur des Enzymmoleküls veröffentlicht.[2]

Einzelnachweise

  1. ↑ T. Fujita et al.: Human Erythrocyte Bisphosphoglycerate Mutase: Inactivation by Glycation In Vivo and In Vitro. In: Journal of Biochemistry. 124(6)/1998. Japanese Biochemical Society, S. 1237–1244.
  2. ↑ a b Y. Wang et al.: Crystal Structure of Human Bisphosphoglycerate Mutase. In: Journal of Biological Chemistry. 279/2004. The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, S. 39132–39138.
  3. ↑ P. Ravel, C.T. Craescu, N. Arous, J. Rosa, M.C. Gare: Critical Role of Human Bisphosphoglycerate Mutase Cys22 in the Phosphatase Activator-binding Site. In: Journal of Biological Chemistry. 272/1997. The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, S. 14045–14050.
  4. ↑ a b R. Sasaki, K. Ikura, E. Sugimoto, H. Chiba: Purification of bisphosphoglycerate mutase, bisphosphoglycerate phosphatase and phosphoglycerate mutase from human erythrocytes: three enzyme activities in one protein. In: European Journal of Biochemistry. 50(3)/1975. Federation of European Biochemical Societies, S. 581–593.
  5. ↑ Gerhard Michal: Biochemical Pathways: Biochemie-Atlas. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1999, ISBN 3-86025-239-9, S. 27/28.
  6. ↑ UniProt: Bisphosphoglycerate mutase – Homo sapiens (Human) (abgerufen am 26. November 2008)
  7. ↑ D.C. Pritlove, M. Gu, C.A. Boyd, H.S. Randeva, M. Vatish: Novel placental expression of 2,3-bisphosphoglycerate mutase. In: Placenta. 27(6)/2006. W.B. Saunders, S. 924–927.
  8. ↑ a b V. Joulin et al.: Isolation and characterization of the human 2,3-bisphosphoglycerate mutase gene. In: Journal of Biological Chemistry. 263/1988. The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, S. 15785–15790.
  9. ↑ S. Rapoport, J. Luebering: The formation of 2,3-diphosphoglycerate in rabbit erythrocytes: The existence of a diphosphoglycerate mutase. In: Journal of Biological Chemistry. 183/1950. S. 507–516.
  10. ↑ S. Rapoport, J. Luebering: Glycerate-2,3-diphosphatase. In: Journal of Biological Chemistry. 189/1951. S. 683–694.
  11. ↑ Z.B. Rose: The Purification and Properties of Diphosphoglycerate Mutase from Human Erythrocytes. In: Journal of Biological Chemistry. 243(18)/1968. The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, S. 4810–4820.
  12. ↑ N.W. Haggarty, B. Dunbar, L.A. Fothergill: The complete amino acid sequence of human erythrocyte diphosphoglycerate mutase. In: EMBO Journal. 2(7)/1983. Oxford University Press, S. 1213–1220.

Weblinks

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Schematische Darstellung des Rapoport-Luebering-Zyklus, eines Nebenwegs der Glykolyse in den Erythrozyten