Fosfofructoquinasa

Qué es la fosfofructoquinasa

El término combina phospho- (griego φωσφόρος, phosphóros, 'portador de luz'), fructo- (del latín fructus, 'fruto', por el azúcar obtenido de la fruta) y quinasa (del griego κίνησις, kínēsis, 'movimiento'), la denominación genérica para las enzimas que transfieren un grupo fosfato desde el ATP a un sustrato aceptor. En la bibliografía anglosajona aparece con frecuencia como phosphofructokinase-1, y la grafía con c (fosfofructocinasa) se emplea indistintamente en textos en castellano.

La reacción que cataliza ocupa el tercer paso de la glucólisis y compromete de forma irreversible a la molécula de glucosa con esa vía de degradación. Una vez que la fructosa-6-fosfato recibe el segundo grupo fosfato y se convierte en fructosa-1,6-bisfosfato, la célula ya no puede redirigir ese azúcar hacia otras rutas. Por esa razón, la PFK-1 actúa como llave de paso del flujo glucolítico.

Estructura y mecanismo catalítico

En células de mamífero, la PFK-1 funciona como un homotetrámero cuyas subunidades tienen aproximadamente 320 residuos de aminoácidos. Cada monómero posee dos lóbulos alfa/beta: uno alberga el sitio de unión al ATP y el otro contiene tanto el sitio catalítico donde se acopla la fructosa-6-fosfato como el sitio regulador alostérico. El tetrámero oscila entre una conformación activa (estado R) y una inactiva (estado T), siguiendo el modelo concertado de alosterismo.

Existen tres isoformas específicas de tejido, designadas PFK-M (muscular), PFK-L (hepática) y PFK-P (plaquetaria, también presente en el cerebro). Los tetrámeros se ensamblan con combinaciones variables de estas subunidades según el órgano, lo que explica diferencias sutiles en la cinética y en la respuesta a reguladores entre, por ejemplo, el músculo esquelético y el hígado.

Regulación alostérica

Pocas enzimas del metabolismo intermediario integran tantas señales simultáneas. Cuando la carga energética de la célula es alta y sobra ATP, el propio ATP se une al sitio alostérico (distinto del sitio catalítico) y frena la actividad de la PFK-1. El citrato, intermediario del ciclo de Krebs cuya acumulación indica abundancia de combustible oxidable, la inhibe también. Un descenso del pH intracelular, como ocurre durante la acumulación de lactato en el músculo fatigado, refuerza la inhibición.

En el sentido opuesto, el AMP y el ADP la activan: niveles elevados de ambos nucleótidos advierten de que la célula consume energía más deprisa de lo que la genera. Pero el activador más potente es la fructosa-2,6-bisfosfato, un metabolito producido por la enzima bifuncional PFK-2/fructosa-2,6-bisfosfatasa. En el hígado, la insulina favorece la síntesis de fructosa-2,6-bisfosfato y, de modo indirecto, acelera la glucólisis; el glucagón hace lo contrario. Ese nexo hormonal convierte a la PFK-1 en un nodo donde convergen la señalización endocrina y el estado energético celular.

Preguntas frecuentes

¿De dónde procede el nombre "quinasa"?

Del griego κίνησις (kínēsis, 'movimiento'), adoptado en bioquímica para designar enzimas que movilizan un grupo fosfato desde una molécula donadora, casi siempre ATP, hacia un aceptor. No debe confundirse con la raíz latina quina, referida a la corteza del árbol del quino.

¿Qué diferencia hay entre PFK-1 y PFK-2?

Catalizan reacciones distintas sobre sustratos parecidos. La PFK-1 fosforila la fructosa-6-fosfato en posición 1 para producir fructosa-1,6-bisfosfato, que continúa por la glucólisis. La PFK-2 fosforila la misma molécula en posición 2, generando fructosa-2,6-bisfosfato, un regulador alostérico de la propia PFK-1. No es un intermediario glucolítico: su única función conocida es modular la velocidad de la vía.

¿Puede la PFK-1 funcionar en sentido inverso?

No. La reacción tiene un cambio de energía libre de unos -14 kJ/mol en condiciones fisiológicas, lo que la hace termodinámicamente irreversible. Para sortear ese paso durante la gluconeogénesis, la célula emplea una enzima diferente, la fructosa-1,6-bisfosfatasa, que hidroliza el grupo fosfato sin generar ATP.

¿Qué relación tiene con las glucogenosis?

La deficiencia hereditaria de la isoforma muscular PFK-M (gen PFKM) causa la glucogenosis tipo VII, conocida como enfermedad de Tarui. Al no poder degradar glucosa por la glucólisis, el músculo esquelético acumula glucógeno y reduce drásticamente su capacidad de generar ATP durante el ejercicio.

Referencias

1. García M, Pujol A, Ruzo A, et al. Phosphofructo-1-Kinase Deficiency Leads to a Severe Cardiac and Hematological Disorder in Addition to Skeletal Muscle Glycogenosis. PLoS Genet. 2009;5(8):e1000615. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2721631/
2. Shirakihara Y, Evans PR. Crystal structure of the complex of phosphofructokinase from Escherichia coli with its reaction products. J Mol Biol. 1988;204(4):973-994.
3. Wikipedia en español. Fosfofructoquinasa-1. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Fosfofructoquinasa-1
4. StatPearls. Biochemistry, Hexose Monophosphate Pathway. NCBI Bookshelf. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK551687/