Bisphosphoglyceratmutase

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]

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]