Den hexokinase (HK) er det enzym, der katalyserer den første reaktion i den glycolytiske vej i næsten alle levende organismer, både prokaryoter og eukaryoter. Det er ansvarlig for overførslen af en phosphorylgruppe til glukose og producerer glukose-6P, selvom den også kan phosphorylere andre sukkerheksoser (6 carbonatomer).
Dette enzym er klassificeret i en af de to familier af glukosekinaseenzymer (enzymer, der overfører phosphorylgrupper til substrater, såsom glukose): hexokinase (HK) -familien, hvis medlemmer er opdelt i tre forskellige grupper kendt som HK-gruppen, gruppe A og gruppe B.
Reaktion katalyseret af enzymet hexokinase (Kilde: Jmun7616 via Wikimedia Commons)
Enzymerne, der hører til HK-familien, er kendetegnet ved phosphorylering af glukose på bekostning af ATP som et phosphorylgruppedonormolekyle, og dets medlemmer adskiller sig fra hinanden hovedsageligt med hensyn til deres molekylvægt og substratspecificitet.
HK-gruppen inkluderer enzymerne af eukaryote organismer (ATP: D-hexose 6-phosphotransferases), mens gruppe A er repræsenteret af enzymerne af gram-negative bakterier, cyanobakterier, amitochondriat-protister og trypanosomatider, og gruppe B indeholder enzymerne af grampositive bakterier og crenacheaorganismer.
Enzymerne i gruppe A og B er også kendt som glucokinaser (GlcK'er), da de udelukkende er i stand til at phosphorylere glukose, hvorfor disse enzymer kaldes ATP: D-glucose 6-phosphotransferases.
Som et glycolytisk enzym har hexokinase stor metabolisk betydning, da uden denne vigtige vej ikke ville være mulig, og celler, der er meget afhængige af kulhydratforbrug, såsom hjerne- og muskelceller i mange pattedyr, ville have alvorlige funktionelle og fysiologiske hindringer i generel.
Struktur
Som det vil ses senere, findes der forskellige typer hexokinaseenzymer i pattedyr og andre hvirveldyr (såvel som i enhedscellulære organismer såsom gær). Fire er blevet beskrevet hos pattedyr: isoformer I, II, III og IV.
De første tre isozymer har 100 kDa molekylvægt, men isozym IV har 50 kDa. Disse isoenzymer (især I-III) udviser stor sekvenslighed med hinanden med hensyn til deres C- og N-terminaler såvel som med andre medlemmer af hexokinase-familien.
Det N-terminale domæne af disse enzymer betragtes som det "regulerende" domæne, medens den katalytiske aktivitet udføres af det C-terminale domæne (pattedyr HK II har aktive steder i begge domæner).
Det N-terminale domæne er bundet til det C-terminale domæne gennem en alfa-helix, hver er omtrent 50 kDa i molekylvægt og har et bindingssted for glukose.
Induceret fit-model for enzymet hexokinase (med hensyn til dets to underlag: ATP og glukose) (Kilde: Thomas Shafee via Wikimedia Commons)
Tertiærstrukturen af disse enzymer er i det væsentlige sammensat af p-foldede ark blandet med alfa-helixer, hvis andel varierer med hensyn til enzymet og den pågældende art; Bindingsstedet for ATP, det andet substrat til hexokinase, er sædvanligvis sammensat af fem ß-ark og to alfa-helixer.
Funktioner
Hexokinase har en transcendental funktion i kulhydratmetabolismen hos de fleste levende væsener, da den katalyserer det første trin i den glykolytiske vej, hvilket medierer phosphorylering af glukose inde i cellen.
Dette første glycolysetrin, der består af overførslen af en phosphorylgruppe fra ATP (donor) til glucose, hvilket giver glukose 6-phosphat og ADP, er det første af de to energiinvesteringstrin i form af ATP.
Endvidere er reaktionen katalyseret med hexokinase trinnet med "aktivering" af glukose til dets efterfølgende behandling og repræsenterer et trin med "engagement", da den således phosphorylerede glukose ikke kan forlade cellen ved hjælp af dens konventionelle transportører i membranen. plasmatisk.
Produktet fra reaktionen katalyseret af hexokinase, det vil sige glukose 6-phosphat, er et grenpunkt, da det er det første substrat, der anvendes i pentosefosfatbanen og i syntesen af glykogen hos mange dyr (og stivelse i planter).
I planter
Hexokinases funktion i planter er ikke meget forskellig fra dyr eller mikroorganismer, men i højere planter fungerer dette enzym også som en "sensor" for koncentrationen af sukkerarter.
Vigtigheden af denne funktion i disse organismer har at gøre med deltagelse af sukkerarter som regulerende faktorer i ekspressionen af gener, der er involveret i forskellige metaboliske processer, såsom:
- Fotosyntese
- Glyoxylatcyklussen
- Åndedrættet
- Nedbrydning eller syntese af stivelse og saccharose
- Kvælstofmetabolisme
- Forsvar mod patogener
- Regulering af cellecyklussen
- Den helbredende respons
- Pigmentering
- Senescence blandt andre.
Denne funktion af hexokinase som en "sensor" for mængden af intracellulær glukose er også beskrevet for gær og pattedyr.
Former
I naturen er der forskellige former for hexokinaser, og dette afhænger grundlæggende af den betragtede art.
Hos mennesker og andre hvirveldyr, for eksempel, er der påvist eksistensen af 4 forskellige isoformer af enzymet hexokinase i det cytosoliske rum, der er betegnet med de romerske tal I, II, III og IV.
Isoenzymer I, II og III har en molekylvægt på 100 kDa, hæmmes af deres reaktionsprodukt (glukose 6-phosphat) og er meget glukoserelaterede, dvs. de har en meget lav km-konstant. Imidlertid har disse enzymer dårlig substratspecificitet og er i stand til at phosphorylere andre hexoser, såsom fruktose og mannose.
Isoenzyme IV, også kendt som glucokinase (GlcK), har kun 50 kDa i molekylvægt, og på trods af at det er dårligt beslægtede (høje værdier af Km), har det en høj specificitet for glukose som et underlag og er ikke underlagt dem reguleringsmekanismer end de andre tre isoenzymer.
Glucokinase (iso-enzym IV i hexokinase hos mange pattedyr) findes hovedsageligt i leveren og hjælper dette organ med at "justere" dets hastighed af glukoseforbrug som reaktion på variationer i dette underlag i det cirkulerende blod.
De tre gener, der koder for hexokinase I, II og III hos dyr, ser ud til at have den samme 50 kDa stamfar, som blev dupliseret og smeltet i genomet, hvilket synes åbenlyst, når det observeres, at den katalytiske aktivitet af form I og III er kun bosiddende ved C-terminalen.
Referencer
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Glukosemetabolisme og regulering: ud over insulin og glukagon. Diabetes spektrum, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Hexokinases bifunktionelle rolle i metabolisme og glukosesignalisering. Plantecellen, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Hexokinase som sukkerføler i højere planter. Plantecellen, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypotese: strukturer, evolution og forfader til glukosekinaser i hexokinase-familien. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biokemi.
- Wilson, JE (2003). Isozymer af pattedyrhexokinase: struktur, subcellulær lokalisering og metabolisk funktion. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.