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{{Infobox Protein
| Name = Pyruvatkinase
| Bild = 1t5a.jpg
| Bild_legende = Pyruvatkinase M2 tetramer, Human {{PDB|1T5A}}.
| PDB = 
| Groesse = 543/574/530/530 Aminosäuren
| Kofaktor = Magnesium, Kalium
| Precursor =
| Struktur = Homotetramer
| Isoformen = L, R, M1, M2
| HGNCid = 9020
| Symbol = PKLR
| AltSymbols = {{HGNC|9021|PKM2}}
| OMIM = 609712
| UniProt = P30613
| MGIid =
| CAS = {{CASRN|9001-59-6|Q0}}
| CASergänzend =
| ATC-Code = 
| DrugBank =
| Wirkstoffklasse =
| TCDB =
| TranspText =
| EC-Nummer = 2.7.1.40
| Kategorie = Kinase
| Peptidase_fam =
| Reaktionsart = Übertragung einer Phosphatgruppe
| Substrat = ADP + Phosphoenolpyruvat
| Produkte = ATP + Pyruvat
| Homolog_fam =
| Taxon =
| Taxon_Ausnahme =
| Orthologe =
}}

Die '''Pyruvatkinase (Pk)''' ist ein [[Enzym]]. Sie überträgt eine [[Phosphat]]gruppe von [[Phosphoenolpyruvat]] unter Bildung von [[Pyruvat]] auf [[Adenosindiphosphat|ADP]] und stellt so die bei der [[Glykolyse]] gewonnene Energie als [[Adenosintriphosphat|ATP]] bereit. Die Pk ist neben der [[Hexokinase]] und der [[Phosphofructokinase 1|Phosphofructokinase]] eines der drei regulierbaren Enzyme in der Glykolyse.<ref name=":0">{{Internetquelle |url=https://www.amboss.com/de/wissen/Abbau_und_Synthese_der_Glucose |titel=Abbau und Synthese der Glucose – Wissen für Mediziner |abruf=2020-03-06}}</ref> Sie ist daher unentbehrlich im Stoffwechsel aller Lebewesen. Während Bakterien zwei [[Isoform]]en des Enzyms besitzen, sind es bei den [[Wirbeltiere]]n vier, wobei je zwei von einem [[Gen]] [[Genetischer Code|kodiert]] werden. Beim Menschen heißen diese Gene PKLR und PKM2. [[Mutation]]en im PKLR-Gen können [[hämolytische Anämie]] verursachen.<ref name="u1">{{UniProt|P30613}}</ref>

Die vier Isoformen sind in verschiedenen Gewebetypen lokalisiert: L als das Haupt-Isozym in der [[Leber]]; R in [[Erythrozyt]]en; M1 in Muskeln, Herz und Gehirn; und M2 im [[Fötus]].<ref name="u1" />

== Reaktion ==
[[Datei:Phosphoenolpyruvat Fischer2.svg|100px]] + ADP <math>\rightarrow </math>
[[Datei:Pyruvate enol.svg|73px]] + ATP <math>\rightleftharpoons </math>
[[Datei:Pyruvat Fischer.svg|63px]] + ATP

Durch die Katalyse wird vom [[Phosphoenolpyruvat]] (PEP) eine Phosphatgruppe auf [[Adenosindiphosphat|ADP]] übertragen. Es entstehen [[Adenosintriphosphat|ATP]] und [[Pyruvat]]. Letzteres wird über den [[Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex]] oxidativ decarboxyliert zu [[Acetyl-CoA]], welches im [[Citratzyklus]] weiter abgebaut wird. Dabei entsteht jedoch nicht Pyruvat direkt, sondern das im Gleichgewicht stehende Enolpyruvat.<ref>David Nelson, Michael Cox: ''Lehninger Biochemie.'' Springer, Berlin; 4., vollst. überarb. u. erw. Auflage. 2008, ISBN 978-3-540-68637-8, S. 713.</ref> Bei pH 7 liegt das Gleichgewicht auf Seiten der Ketoform. Die [[Keto-Enol-Tautomerie]] verläuft spontan<br />(<math>\Delta G^{\circ\prime}</math> = −35 bis −40 kJ/mol) und ist zum größten Teil für die Änderung der [[Freie Energie|freien Energie]] durch die Hydrolyse von PEP verantwortlich.<ref>{{Literatur |Autor=Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham |Titel=Biochemistry |Verlag=Cengage Learning |Datum=2008 |ISBN=978-0-495-10935-8 |Seiten=551 |Online={{Google Buch | BuchID = iGPsen3fSOIC | Seite = 551 | Hervorhebung = pyruvate tautomer }}}}</ref>

Die [[Gluconeogenese]] kann aus thermodynamischen Gründen nicht über die Pyruvatkinase (wie bei der Glykolyse) verlaufen und daher werden die Enzyme [[Pyruvatcarboxylase]], die unter anderem [[Oxalacetat]] für den ersten Schritt des Citratzyklus bereitstellt ([[Anaplerotische Reaktionen|anaplerotische Reaktion]]), und [[Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase]] verwendet.<ref name=":0" />

== Struktur ==
Die Pyruvatkinase des Menschen ist ein [[Tetramer]], bestehend aus vier identischen [[Protein]]-Untereinheiten mit je 528 [[Aminosäure]]n.<ref>G. Valentini, L. R. Chiarelli u. a.: ''Structure and function of human erythrocyte pyruvate kinase. Molecular basis of nonspherocytic hemolytic anemia.'' In: ''The Journal of biological chemistry.'' Band 277, Nummer 26, Juni 2002, S. 23807–23814, {{ISSN|0021-9258}}. [[doi:10.1074/jbc.M202107200]]. PMID 11960989.</ref>

In Säugetieren gibt es vier [[Isoform]]en des Enzyms:
* L in Leber und Nieren
* R in [[Erythrozyt]]en
* M1 in Muskeln, Herz, Gehirn, [[Leukozyt]]en und [[Thrombozyt]]en
* [[Pyruvatkinase M2|M2]] in frühem fetalen Gewebe und in Tumorgewebe

L und R sowie M1 und M2 stammen jeweils von demselben Gen, werden jedoch durch unterschiedliche [[Promotor (Genetik)|Promotoren]] [[Transkription (Biologie)|transkribiert]].<ref name="roempp">{{RömppOnline|ID=RD-16-05292|Name=Pyruvat-Kinase|Abruf=2013-09-13}}</ref>

== Regulation der Pyruvatkinase ==
Beide Formen der Pyruvatkinase werden durch Fructose-1,6-bisphosphat aktiviert. Fructose-1,6-bisphosphat entsteht bei der dritten Reaktion der Glykolyse, welche durch [[Phosphofructokinase]] katalysiert wird. Diese Reaktion, der sog. ''committed step'', bestimmt durch ihr Reaktionsprodukt, das Fructose-1,6-bisphosphat, welches als Aktivator für die nächste und letzte Reaktion der Glykolyse agiert, die Reaktionsgeschwindigkeit der Glykolyse. Diese Regulation ermöglicht eine [[Homöostase]] der Intermediärprodukte der Glykolyse.

Durch eine hohe [[Energieladung]] in der Zelle (hohe ATP-Konzentration) und die Anwesenheit von [[Alanin]] wird die Pyruvatkinase inhibiert. Somit läuft die Reaktion nicht ab, wenn keine weitere Energie von der Zelle benötigt wird.

Das L-Isozym wird zusätzlich durch Protein[[phosphorylierung]] kontrolliert. Ist der Glucosespiegel im Blut niedrig, bewirkt das Hormon [[Glucagon]] die Phosphorylierung der Pyruvatkinase, welche dadurch an Aktivität verliert. So bleibt Phosphoenolpyruvat erhalten und steht für die [[Gluconeogenese]] zur Verfügung, durch welche neue Glucose in der Leber aufgebaut wird. Auch intrazelluläres Calcium lässt Pyruvatkinase phosphorylieren.

== Pyruvatkinase-Defekte ==
Das PKLR-Gen liegt auf dem [[Genlocus]] 1q22 ([[Chromosom 1 (Mensch)|Chromosom 1]]).<ref>{{HGNC|9020|PKLR}} in der humanen Datenbank ''HGNC''</ref> Nur vom PKLR-[[Allel]] der Pyruvatkinase sind [[Mutation]]en bekannt und nur bei der R-Form zeigen sich diese als Defekt. Mangel an PKR ([[Pyruvatkinasemangel]] PK) ist eine [[autosomal]]-[[rezessiv]] [[Vererbung (Biologie)|vererbte]] [[Stoffwechselstörung]]. Dadurch wird häufig eine [[hämolytische Anämie]] verursacht, da die roten Blutkörperchen nicht genügend ATP für ihre Membranpumpen erzeugen können.<ref>Todd A. Swanson, Sandra I. Kim und Marc J. Glucksman: ''BRS Biochemistry, Molecular Biology, and Genetics''. Lippincott Raven; 5. Auflage 2010; ISBN 978-0-7817-9875-4; S. 68</ref> Überschuss an PKR-Aktivität mit entsprechend erhöhtem ATP in Blutzellen ist als weiterer Defekt bekannt.<ref name="u1" />

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
{{Wikibooks|Biochemie und Pathobiochemie: Pyruvat-Kinase}}
{{Wikibooks|Biochemie und Pathobiochemie: Glycolyse}}

[[Kategorie:Kinase]]

Pyruvatkinase - Versionsgeschichte

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