Phosphofructokinase-1 (PFK-1) ist ein entscheidendes Regulationsenzym der Glykolyse, der Grundlage sowohl der anaeroben als auch aeroben Atmung. Als geschwindigkeitsbestimmendes Enzym bestimmt seine Aktivität die Geschwindigkeit der Glykolyse. PFK-1 katalysiert den „verpflichtenden“ Schritt der Glykolyse, nämlich die Umwandlung von Fructose-6-phosphat und ATP zu 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 Glykolysegeschwindigkeit an ihren Energiebedarf anpassen kann. Beispielsweise hemmt ein hohes ATP-zu-ADP-Verhältnis PFK und folglich die Glykolyse. Bei Eukaryoten wird PFK durch Fructose-2,6-bisphosphat aktiviert, das die ATP-Hemmung außer Kraft setzt und so eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Hormonen wie Glucagon und Insulin ermöglicht.
PFK-1 gehört zur Familie der Phosphotransferasen und erleichtert die Übertragung der γ-Phosphatgruppe 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 durch Strukturänderungen die Bildung des R-Zustands zu fördern, während Inhibitoren wie ATP und PEP an dieselbe Stelle binden, um die Bildung des T-Zustands zu unterstützen und so die Enzymaktivität hemmen.
Phosphofructokinase-Testkits
Phosphofructokinase-Testkits 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 zu Fructose-1,6-diphosphat, dem geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Glykolyse. Die PFK-Aktivität wird durch Cofaktoren und posttranslationale Modifikationen reguliert und kann zur Messung des glycolytischen Flusses in Geweben verwendet werden. Defizite in der PFK-Aktivität können zu Glykogenspeicherkrankheiten wie der Glykogenose Typ VII (Tarui-Krankheit) führen.
Testprinzip
Die PFK-Aktivität wird mittels eines gekoppelten Enzym-Assays gemessen. In diesem Assay wandelt PFK Fructose-6-phosphat und ATP in Fructose-1,6-diphosphat und ADP um. Anschließend wandelt die Enzymmischung ADP zu AMP und NADH um. Das entstehende NADH reduziert eine farblose Sonde und erzeugt ein kolorimetrisches Produkt, das proportional zur PFK-Aktivität ist.
