Mi a Hexokinase?

az hexokináz olyan fehérje, amelyet a transzferáz enzim fő csoportjába sorolnak, ami nagyon fontos az élő lények metabolizmusában. 

A hexokináz az első enzim a glikolitikus úton, és a glükózt glükóz-6-foszfáttá alakítja. ATP-t használ a glükóz 6-hidroxilcsoportjának foszforilálására, és a termék glükóz-6-foszfátja gátolja. Foszfát hatására is pozitív alloszterikus szabályozást szenved.

Így a hexokináz szabályozza a glükóz áramlását az agy és a vörösvérsejtek energiacseréjében.

A glükóz-6-foszfát és a glükóz szinergikusan kötődik a hexokinázhoz, mint a glükóz és a szervetlen foszfát..

A foszfát kis szerepet játszik a hexokináz szabályozásában a légzés során, mivel a glikolízist a glükózellátás korlátozza..

Az oxigénhiányos időszakokban több ATP-nek kell származnia a glikolízisből, mivel a piruvát tejsavat képez ahelyett, hogy belépne a Kreb-ciklusba.

Amikor az extracelluláris glükózkoncentráció körülbelül 5 mM, a glikolitikus útvonalon keresztüli áramlás akár 100% -os kapacitásig terjed..

Ez akkor fordul elő, ha az agyszövet glükóz transzporter 50-szeresére emeli az intracelluláris glükózkoncentrációt, és van egy mechanizmus a glükóz-6-foszfát gátló hatásának kompenzálására hexokinázon..

A hexokináz tulajdonságai

A hexokináz egy nagy homodimer, amely 920 aminosavból áll. Mivel mindkét szál azonos, egy lánc figyelhető meg.

Itt látható a színes szerkezet világosabbtól a sötétebbé az N-terminális és a C-terminális iránya között.

Az enzim számos alfa hélixből és béta levelekből áll. Az alfa hélixeket egy helix-turn-helix szerkezet alkotja, és a béta lapok közelebbi megnézése azt jelzi, hogy nyitott alfa / béta lapot alkotnak.

A hexokináz két ligandumhoz, glükózhoz és glükóz-6-foszfáthoz kötődik. A glükóz kötődik ahhoz, hogy glikolízis léphet fel, és a glükóz-6-foszfát alloszterikus inhibitorként kötődik. Hasznos lehet ez a szerkezet sztereóban is látni (Schroering, 2013).

A hexokináz tercier szerkezete nyitott alfa / béta lapot tartalmaz. Ennek a szerkezetnek sok változata van.

Öt béta lapból és három alfa hélixből áll. Ebben a nyílt alfa / béta lapon a béta lapok közül négy párhuzamos, az egyik párhuzamos irányban van.

Az alfa hélixek és a béta hurkok összekapcsolják a béta lapokat az alfa / béta nyitott lap előállításához. A hasadék a glikolitikus enzim ATP-kötő doménjét jelzi (Schneeberger, 1999).

reakció

A glükóz katabolizmusából származó nettó ATP-hozam eléréséhez először meg kell fordítani az ATP-t.

A színpadon a glükózmolekula 6. pozíciójában lévő alkoholcsoport könnyen reagál az ATP terminális foszfát-csoportjával, így glükóz-6-foszfátot és ADP-t képez..

A kényelem érdekében a foszforilcsoportot (PO32-) by képviseli. Mivel a szabad energia csökkenése olyan nagy, hogy a reakció gyakorlatilag visszafordíthatatlan élettani körülmények között.

Állatokban ezt a glükóz-6-foszfátot termelő glükóz-foszforilációt két különböző enzim katalizálja.

A legtöbb sejtben a glükózhoz nagy affinitással rendelkező hexokináz képezi a reakciót.

Ezenkívül a máj glükokinázt (hexokináz IV izoform) tartalmaz, amely a glükóz sokkal nagyobb koncentrációját igényli, mielőtt reagál.

A glükokináz csak vészhelyzetben működik, amikor a vérben a glükóz koncentrációja abnormálisan magasra emelkedik (Kornberg, 2013).

szabályozás

Glikolízisben a hexokináz, foszfofruktokináz és piruvát kináz által katalizált reakciók gyakorlatilag visszafordíthatatlanok; ezért várható, hogy ezeknek az enzimeknek mind szabályozási, mind katalitikus szerepük van. Valójában mindegyik ellenőrző helyként működik.

A hexokinázt gátolja a termék glükóz-6-foszfát. A molekula magas koncentrációja azt jelzi, hogy a sejt többé nem igényel energiára glükózt, glikogén tárolására, vagy bioszintetikus prekurzorok forrásaként, és a glükóz marad a vérben..

Például, ha a foszfofruktokináz inaktív, a fruktóz 6-foszfát koncentrációja nő.

A 6-foszfátszint glükózszintje viszont növekszik, mivel egyensúlyban van a 6-foszfát-fruktózzal. Ezért a foszfofruktokináz gátlása a hexokináz gátlásához vezet.

Ugyanakkor a máj a vércukorszint monitorozó szerepének megfelelően speciális glükokináz-izoenzim, a glükokináz, melyet a glükóz-6-foszfát nem gátol (Berg JM, 2002)..

Hexokináz vs glükokináz

A hexokináznak négy különböző izoformája van: I, II, III és IV. Az I, II és III hexokináz izoformák molekulatömege körülbelül 100 000, és a legtöbb körülmények között monomerek..

Az I-III izoformák aminosav-szekvenciái azonosak a 70% -kal. Másrészről az I-III izoformák N- és C-terminális felei hasonló aminosavszekvenciákkal rendelkeznek, valószínűleg a gén-duplikáció és a fúzió következtében..

A hexokináz (glükokináz) IV. Izoformának molekulatömege 50 000, ami hasonló az élesztő hexokinázéhoz. A glükokináz szignifikáns szekvencia hasonlóságot mutat az I-III izoformák N- és C-terminális felével.

A szekvencia-hasonlóságok ellenére a hexokináz izoformák funkcionális tulajdonságai jelentősen eltérnek.

Az I. izoform (a továbbiakban hexokináz I) szabályozza a glikolízis korlátozási lépését az agyban és a vörösvérsejtekben.

A reakciótermék, a glükóz-6-foszfát (Gluc-6-P) gátolja mind az I, mind a II izoformát (de nem IV izoformát) mikromoláris szinten.

A szervetlen foszfát (Pi) azonban enyhíti a glükokináz I glukin-6-P gátlását.

A hexokináz I C-terminális doménje katalitikus aktivitással rendelkezik, míg az N-terminális doménnek nincs aktivitása, de részt vesz a termék pozitív alloszterikus szabályozásában a Pi által..

Ezzel szemben mind a C, mind az N-terminális részek összehasonlítható katalitikus aktivitással rendelkeznek a II. Izoformában.

Így a hexokináz izoformák közül az agyi hexokináz egyedülálló szabályozási tulajdonságokkal rendelkezik, amelyekben a Pi fiziológiás szintje a Gluc-6-P fiziológiai szintjei miatt gátolhatja a gátlást (Alexander E Aleshin, 1998)..

Az I., II. És III. Típusú hexokináz foszforilálhat különböző hexóz cukrokat, beleértve a glükózt, a fruktózt és a mannózt, és mint ilyen, számos metabolikus úton vesz részt (glikolízis enzimek, S.F.)..

A máj glükokináz három szempontból különbözik a többi izoformától:

• Ez specifikus a D-glükózra, és nem hat más hexózokkal
• A glükóz 6-foszfát nem gátolja
• Egy km-nél magasabb a többi izoformánál (10 mM vs 0,1 mM), ami alacsonyabb affinitást biztosít a szubsztrátumhoz.

A hepatikus glükokináz akkor jön létre, ha a vércukorszint magas, például a szénhidrátokban lévő étkezés után..

A glükokináz egy másik szempontból nagyon fontos: a cukorbetegség hiányos a betegségben.

Ebben a betegségben a hasnyálmirigy nem választja ki az inzulint normál mennyiségben, a vércukorszint nagyon magas, és nagyon kevés májglikogén képződik (Lehninger, 1982).

referenciák

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). A hexokináz szabályozásának mechanizmusa: a rekombináns humán agyi hexokináz glükózzal és glükóz-6-foszfáttal komplexált kristályszerkezetéből származó új betekintés. Struktúra, 6. kötet, 1. kiadás, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T. J. (2002). 5. kiadás. New York :: W H Freeman.
3. Glikolízis enzimjei. (S. F.). Az ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, május 22.). Anyagcserét. A britannica.com-ból visszanyert.
5. Lehninger, A. L. (1982). A biokémia alapelvei. New York: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). Hexokináz. A kem.uwec.edu-ból származik.
7. Schroering, K. (2013, február 20). A hexokináz szerkezete és mechanizmusa. A proteopedia.org-ról visszanyert.