Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa

La transcripción del gen PEPCK se produce en muchas especies, y la secuencia de aminoácidos de PEPCK es distinta para cada especie.

Por ejemplo, su estructura y su especificidad difieren en humanos, Escherichia coli ( E. coli ) y el parásito Trypanosoma cruzi . ^{[ 12 ]}

La PEPCK-C cataliza un paso irreversible de la gluconeogénesis , el proceso mediante el cual se sintetiza la glucosa. Por lo tanto, se ha considerado que esta enzima es esencial para la homeostasis de la glucosa, como lo demuestran los ratones de laboratorio que desarrollaron diabetes mellitus tipo 2 como resultado de la sobreexpresión de PEPCK-C. ^{[ 14 ]}

El papel que desempeña la PEPCK-C en la gluconeogénesis puede estar mediado por el ciclo del ácido cítrico , cuya actividad se encontró directamente relacionada con la abundancia de PEPCK-C. ^{[ 15 ]}

Los niveles de PEPCK-C por sí solos no mostraron una alta correlación con la gluconeogénesis en el hígado de ratón, como habían sugerido estudios previos. ^{[ 15 ]} Si bien el hígado de ratón expresa casi exclusivamente PEPCK-C, los humanos también presentan una isoenzima mitocondrial (PEPCK-M). La PEPCK-M tiene potencial gluconeogénico por sí misma. ^{[ 2 ]} Por lo tanto, el papel de la PEPCK-C y la PEPCK-M en la gluconeogénesis podría ser más complejo e involucrar más factores de lo que se creía anteriormente.

En los animales, este es un paso limitante de la gluconeogénesis , el proceso mediante el cual las células sintetizan glucosa a partir de precursores metabólicos. El nivel de glucosa en sangre se mantiene dentro de límites bien definidos, en parte gracias a la regulación precisa de la expresión del gen PEPCK. Para enfatizar la importancia de PEPCK en la homeostasis de la glucosa , la sobreexpresión de esta enzima en ratones produce síntomas de diabetes mellitus tipo II , la forma más común de diabetes en humanos. Debido a la importancia de la homeostasis de la glucosa en sangre, varias hormonas regulan un conjunto de genes (incluido PEPCK) en el hígado que modulan la tasa de síntesis de glucosa.

La PEPCK-C está controlada por dos mecanismos hormonales diferentes. Su actividad aumenta tras la secreción de cortisol por la corteza suprarrenal y de glucagón por las células alfa del páncreas. El glucagón eleva indirectamente la expresión de la PEPCK-C al aumentar los niveles de AMPc (mediante la activación de la adenilil ciclasa) en el hígado, lo que conduce a la fosforilación de S133 en una lámina beta de la proteína CREB . Posteriormente, CREB se une al gen de la PEPCK-C en el elemento de respuesta al AMPc (CRE) e induce la transcripción de la PEPCK-C. Por otro lado, el cortisol, al ser liberado por la corteza suprarrenal, atraviesa la membrana lipídica de las células hepáticas (debido a su naturaleza hidrofóbica, puede atravesar directamente las membranas celulares) y se une al receptor de glucocorticoides (GR). Este receptor se dimeriza y el complejo cortisol/GR pasa al núcleo, donde se une a la región del Elemento de Respuesta a los Glucocorticoides (GRE) de manera similar a CREB y produce resultados similares (síntesis de más PEPCK-C).

En conjunto, el cortisol y el glucagón pueden tener enormes efectos sinérgicos, activando el gen PEPCK-C a niveles que ni el cortisol ni el glucagón podrían alcanzar por sí solos. El PEPCK-C es más abundante en el hígado, el riñón y el tejido adiposo. ^{[ 3 ]}

Un estudio colaborativo entre la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y la Universidad de New Hampshire investigó el efecto del DE-71, una mezcla comercial de PBDE , sobre la cinética de la enzima PEPCK y determinó que el tratamiento in vivo del contaminante ambiental compromete el metabolismo de la glucosa y los lípidos hepáticos, posiblemente mediante la activación del receptor de xenobióticos de pregnano ( PXR ), y puede influir en la sensibilidad a la insulina de todo el organismo. ^{[ 16 ]}

Investigadores de la Universidad Case Western Reserve han descubierto que la sobreexpresión de PEPCK citosólica en el músculo esquelético de ratones hace que sean más activos, más agresivos y vivan más tiempo que los ratones normales; véase superratones metabólicos .

PEPCK ( EC 4.1.1.49 ) es una de las tres enzimas de descarboxilación utilizadas en los mecanismos de concentración de carbono inorgánico de las _plantas C4 y CAM. Las otras son la enzima málica dependiente de NADP y la enzima málica dependiente de NAD . ^{[ 17 ] [ 18 ]} En la fijación de carbono _C4 , el dióxido de carbono se fija primero mediante la combinación con fosfoenolpiruvato para formar oxalacetato en el mesófilo . En las plantas C4 de tipo PEPCK, _el oxalacetato se convierte luego en aspartato , que viaja a la vaina del haz . En las células de la vaina del haz , el aspartato se convierte de nuevo en oxalacetato . PEPCK descarboxila el oxalacetato de la vaina del haz , liberando dióxido de carbono , que luego es fijado por la enzima Rubisco . Por cada molécula de dióxido de carbono producida por PEPCK, se consume una molécula de ATP .

_La PEPCK actúa en plantas que realizan fijación de carbono C4 , donde su acción se ha localizado en el citosol , a diferencia de los mamíferos, donde se ha descubierto que la PEPCK actúa en las mitocondrias . ^{[ 19 ]}

Aunque se encuentra en muchas partes diferentes de las plantas, solo se ha visto en tipos celulares específicos, incluidas las áreas del floema . ^{[ 20 ]}

También se ha descubierto que, en el pepino ( Cucumis sativus L. ), los niveles de PEPCK aumentan debido a múltiples efectos que se sabe que disminuyen el pH celular de las plantas, aunque estos efectos son específicos de la parte de la planta. ^{[ 20 ]}

Los niveles de PEPCK aumentaron en las raíces y los tallos cuando las plantas se regaron con cloruro de amonio a un pH bajo (pero no a un pH alto ) o con ácido butírico . Sin embargo, los niveles de PEPCK no aumentaron en las hojas bajo estas condiciones.

En las hojas, un contenido de CO2 del 5% _en la atmósfera conduce a una mayor abundancia de PEPCK. ^{[ 20 ]}

En un esfuerzo por explorar el papel de la PEPCK, los investigadores provocaron la sobreexpresión de la PEPCK en bacterias E. coli a través de ADN recombinante . ^{[ 21 ]}

Se ha demostrado que la PEPCK de Mycobacterium tuberculosis activa el sistema inmunitario en ratones al aumentar la actividad de las citoquinas . ^{[ 22 ]}

Como resultado, se ha descubierto que la PEPCK puede ser un ingrediente apropiado en el desarrollo de una vacuna de subunidades eficaz contra la tuberculosis . ^{[ 22 ]}

Hasta hace poco, la PEPCK no se había tenido en cuenta en la investigación oncológica. Se ha demostrado que en muestras de tumores humanos y líneas celulares de cáncer humano (células de cáncer de mama, colon y pulmón), la PEPCK-M, y no la PEPCK-C, se expresaba en niveles suficientes para desempeñar un papel metabólico relevante. ^{[ 1 ] [ 23 ]} Por lo tanto, la PEPCK-M podría tener un papel en las células cancerosas, especialmente en condiciones de limitación de nutrientes u otras situaciones de estrés.

La PEPCK-C se ve potenciada, tanto en su producción como en su activación, por numerosos factores. La transcripción del gen de la PEPCK-C es estimulada por el glucagón , los glucocorticoides , el ácido retinoico y el adenosín 3',5'-monofosfato ( AMPc ), mientras que es inhibida por la insulina . ^{[ 24 ]} De estos factores, la insulina, una hormona deficiente en la diabetes mellitus tipo 1, se considera dominante, ya que inhibe la transcripción de muchos de los elementos estimuladores. ^{[ 24 ]} La actividad de la PEPCK también es inhibida por el sulfato de hidrazina , y esta inhibición, por lo tanto, disminuye la tasa de gluconeogénesis. ^{[ 25 ]}

En la acidosis prolongada , la PEPCK-C se regula positivamente en las células del borde en cepillo del túbulo proximal renal , para secretar más NH ₃ y, por lo tanto, producir más HCO ₃ ⁻ . ^{[ 26 ]}

La actividad específica de GTP de la PEPCK es máxima cuando hay Mn²⁺ ^y Mg²⁺ ^disponibles . ^{[ 21 ]} Además, la cisteína hiperreactiva (C307) participa en la unión de Mn²⁺ ^al sitio activo. ^{[ 10 ]}

Como se mencionó anteriormente, la abundancia de PEPCK aumentó cuando las plantas se regaron con cloruro de amonio de bajo pH, aunque el pH alto no tuvo este efecto. ^{[ 20 ]}