Den heksokinase (HK) er enzymet som katalyserer den første reaksjon i glykolysen i praktisk talt alle levende organismer, både prokaryoter og eukaryoter. Det er ansvarlig for overføringen av en fosforylgruppe til glukose, og produserer glukose-6P, selv om den også kan fosforylere andre sukkerheksose (6 karbonatomer).
Dette enzymet er klassifisert i en av de to familiene av glukosekinase-enzymer (enzymer som overfører fosforylgrupper til underlag som glukose): heksokinase (HK) -familien, hvis medlemmer er delt inn i tre forskjellige grupper kjent som HK-gruppen, gruppe A og gruppe B.
Reaksjon katalysert av enzymet heksokinase (Kilde: Jmun7616 via Wikimedia Commons)
Enzymene som tilhører HK-familien er preget av fosforylering av glukose på bekostning av ATP som et fosforylgruppdonormolekyl, og medlemmene av dem skiller seg fra hverandre hovedsakelig med hensyn til deres molekylvekt og substratspesifisitet.
HK-gruppen inkluderer enzymer av eukaryote organismer (ATP: D-heksose 6-fosfotransferaser), mens gruppe A er representert av enzymer av gramnegative bakterier, cyanobakterier, amitokondriatprotister og trypanosomatider, og gruppe B inneholder enzymer. av gram-positive bakterier og crenacheorganismer.
Enzymene i gruppe A og B er også kjent som glukokinaser (GlcKs), ettersom de utelukkende er i stand til å fosforylere glukose, og det er derfor disse enzymene kalles ATP: D-glukose 6-fosfotransferaser.
Som et glykolytisk enzym har heksokinase stor metabolsk betydning, siden uten denne viktige veien ikke ville være mulig, og celler som er veldig avhengige av karbohydratforbruk, som hjerne- og muskelceller til mange pattedyr, ville ha alvorlige funksjonelle og fysiologiske hindringer i generell.
Struktur
Som det vil sees senere, finnes forskjellige typer heksokinaseenzymer hos pattedyr og andre virveldyr (så vel som i encellede organismer som gjær). Fire er blitt beskrevet hos pattedyr: isoformer I, II, III og IV.
De tre første isozymene har 100 kDa molekylvekt, men isozym IV har 50 kDa. Disse isoenzymene (spesielt I-III) viser høysekvenslikhet med hverandre når det gjelder C- og N-terminene, så vel som med andre medlemmer av heksokinasefamilien.
Det N-terminale domenet til disse enzymene regnes som det "regulerende" domenet, mens katalytisk aktivitet utføres av det C-terminale domenet (pattedyr HK II har aktive steder i begge domener).
Det N-terminale domenet er bundet til det C-terminale domenet gjennom en alfa-helix, som hver har omtrent 50 kDa i molekylvekt og har et bindingssted for glukose.
Indusert fit-modell for enzymet heksokinase (med hensyn til dets to underlag: ATP og glukose) (Kilde: Thomas Shafee via Wikimedia Commons)
Den tertiære strukturen til disse enzymene er hovedsakelig sammensatt av p-brettede ark blandet med alfa-helikser, hvis andel varierer med hensyn til enzymet og arten det gjelder; Bindingssetet for ATP, det andre underlaget for heksokinase, er vanligvis sammensatt av fem β-ark og to alfa-helikser.
Egenskaper
Heksokinase har en transcendental funksjon i karbohydratmetabolismen til de fleste levende vesener, siden den katalyserer det første trinnet i den glykolytiske banen, og medierer fosforylering av glukose inne i cellen.
Dette første glykolysetrinnet, som består av overføringen av en fosforylgruppe fra ATP (donor) til glukose, og gir glukose 6-fosfat og ADP, er det første av de to energiinvesteringstrinnene i form av ATP.
Videre er reaksjonen katalysert av heksokinase "aktivering" -trinnet av glukose for videre prosessering og representerer et "kompromiss" -trinn, siden glukosen som således er fosforyleret ikke kan forlate cellen via dens konvensjonelle membrantransportører. plasma.
Produktet fra reaksjonen katalysert av heksokinase, det vil si glukose 6-fosfat, er et grenpunkt, siden det er det første underlaget som brukes i pentosefosfatveien og i syntesen av glykogen hos mange dyr (og stivelse i planter).
I planter
Funksjonen til heksokinase i planter er ikke veldig forskjellig fra dyr eller mikroorganismer, men i høyere planter fungerer dette enzymet også som en "sensor" for konsentrasjonen av sukker.
Betydningen av denne funksjonen i disse organismene har å gjøre med deltagelse av sukkerarter som regulerende faktorer i uttrykk for gener som er involvert i forskjellige metabolske prosesser som:
- Fotosyntese
- Glykoksylatsyklusen
- Pusten
- Nedbrytningen eller syntesen av stivelse og sukrose
- Nitrogenmetabolisme
- Forsvar mot patogener
- Regulering av cellesyklusen
- Den helbredende responsen
- Pigmentering
- Senescence, blant andre.
Denne funksjonen av heksokinase som en "sensor" for mengden av intracellulær glukose er også blitt beskrevet for gjær og pattedyr.
figurer
I naturen er det forskjellige former for heksokinaser, og dette avhenger i grunn av arten som er vurdert.
Hos mennesker og andre virveldyr har for eksempel påvist eksistensen av 4 forskjellige isoformer av enzymet heksokinase i det cytosoliske kammeret, som er betegnet med romertallene I, II, III og IV.
Isozymes I, II og III har en molekylvekt på 100 kDa, hemmes av deres reaksjonsprodukt (glukose 6-fosfat) og er veldig glukoserelatert, det vil si at de har en veldig lav km konstant. Imidlertid har disse enzymene dårlig substratspesifisitet og kan fosforylere andre heksoser som fruktose og mannose.
Isoenzym IV, også kjent som glukokinase (GlcK), har bare 50 kDa i molekylvekt, og til tross for at det er dårlig beslektet (høye verdier av Km), har det en høy spesifisitet for glukose som et underlag og er ikke utsatt for dem reguleringsmekanismer enn de tre andre isoenzymene.
Glukokinase (isoenzym IV i heksokinase hos mange pattedyr) finnes hovedsakelig i leveren og hjelper dette organet med å "justere" hastigheten på glukoseforbruk som svar på variasjoner i dette underlaget i det sirkulerende blodet.
De tre genene som koder for heksokinase I, II og III hos dyr ser ut til å ha den samme 50 kDa stamfar som ble duplisert og smeltet sammen i genomet, noe som virker tydelig når det blir observert at den katalytiske aktiviteten til formene I og III er bare bosatt ved C-terminalen.
referanser
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Glukosemetabolisme og regulering: utover insulin og glukagon. Diabetes spektrum, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Den bifunksjonelle rollen til heksokinase i metabolisme og glukosesignalisering. Plantecellen, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Heksokinase som sukkerføler i høyere planter. Plantecellen, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypotese: strukturer, evolusjon og stamfar til glukosekinaser i heksokinasefamilien. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biokjemi.
- Wilson, JE (2003). Isozymes av pattedyr heksokinase: struktur, subcellulær lokalisering og metabolsk funksjon. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.