Mikä on Hexokinase?

heksokinaasilla on proteiini, joka on luokiteltu transferaasientsyymin pääryhmään, joka on varsin tärkeä elävien olentojen metaboliassa. 

Heksokinaasi on ensimmäinen glykolyyttisen reitin entsyymi ja muuntaa glukoosin glukoosi-6-fosfaatiksi. Se käyttää ATP: tä glukoosin 6-hydroksyyliryhmän fosforyloimiseksi ja sen tuote, glukoosi-6-fosfaatti, estää. Se kärsii myös positiivisesta allosteerisesta säätelystä fosfaatilla.

Näin ollen heksokinaasi säätelee glukoosin virtausta aivojen ja punasolujen energia-aineenvaihdunnassa.

Glukoosi-6-fosfaatti ja glukoosi sitoutuvat synergistisesti heksokinaasiin, kuten glukoosi ja epäorgaaninen fosfaatti.

Fosfaatilla on pieni rooli heksokinaasin säätelyssä hengityksen aikana, koska glukoosipitoisuus rajoittuu glukoosipitoisuuteen.

Hapenpoiston aikana tulee enemmän ATP: tä saada glykolyysistä, koska pyruvaatti muodostaa maitohappoa sen sijaan, että se pääsee Kreb-sykliin.

Kun solunulkoinen glukoosipitoisuus on noin 5 mM, virtaus glykolyyttisen reitin läpi kasvaa jopa 100%: iin asti.

Tämä tapahtuu aina, kun aivokudoksen glukoositransporteri nostaa solunsisäisiä glukoosipitoisuuksia 50-kertaiseksi ja on mekanismi, jolla kompensoidaan glukoosi-6-fosfaatin inhiboivia vaikutuksia heksokinaasilla..

Heksokinaasin ominaisuudet

Heksokinaasi on suuri homodimeeri, joka koostuu 920 aminohaposta kussakin ketjussa. Koska molemmat langat ovat identtiset, havaitaan ketju.

Tässä on näkymä värillisestä rakenteesta vaaleammasta tummempaan N-terminaalista C-terminaaliseen suuntaan.

Entsyymi koostuu monista alfa-heliksista ja beeta-lehdistä. Alfa-heliksit muodostuvat helix-turn-helix -rakenteesta, ja tarkempi kuva beta-arkkeista osoittaa, että ne muodostavat avoimen alfa / beeta-arkin.

Heksokinaasi kykenee sitoutumaan kahteen ligandiin, glukoosiin ja glukoosi-6-fosfaattiin. Glukoosi sitoutuu siten, että glykolyysia voi esiintyä, ja glukoosi-6-fosfaatti sitoutuu allosteeriseen inhibiittoriin. Se voi myös olla hyödyllistä nähdä tämä rakenne stereona (Schroering, 2013).

Heksokinaasin tertiäärinen rakenne sisältää avoimen alfa / beeta-arkin. Tähän rakenteeseen liittyy paljon vaihtelua.

Se koostuu viidestä beta-arkista ja kolmesta alfa-heliksistä. Tässä avoimessa alfa / beeta-arkissa neljä beeta-arkkia on yhdensuuntaiset ja toinen on vasta-suuntaisissa suunnissa.

Alfa-heliksit ja beta-silmukat yhdistävät beta-arkit tuottamaan tämän alfa / beeta-avoimen arkin. Syvennys osoittaa tämän glykolyyttisen entsyymin ATP: tä sitovan domeenin (Schneeberger, 1999).

reaktio

Jotta saataisiin netto ATP-saanto glukoosin katabolismista, on ensin tarpeen kääntää ATP.

Vaiheen aikana glukoosimolekyylin asemassa 6 oleva alkoholiryhmä reagoi helposti ATP: n terminaalisen fosfaattiryhmän kanssa muodostaen glukoosi-6-fosfaatin ja ADP: n..

Mukavuuden vuoksi fosforyyliryhmää (PO32-) edustaa Ⓟ. Koska vapaan energian väheneminen on niin suuri, tämä reaktio on käytännöllisesti katsoen peruuttamaton fysiologisissa olosuhteissa.

Eläimissä tämä glukoosifosforylaatio, joka tuottaa glukoosi-6-fosfaattia, katalysoidaan kahdella eri entsyymillä.

Useimmissa soluissa heksokinaasi, jolla on suuri affiniteetti glukoosia kohtaan, tuottaa reaktion.

Lisäksi maksassa on glukokinaasia (heksokinaasin isoformia IV), joka vaatii paljon suurempaa glukoosipitoisuutta ennen kuin se reagoi.

Glukokinaasi toimii vain hätätilanteissa, kun glukoosipitoisuus veressä nousee epätavallisen korkealle tasolle (Kornberg, 2013).

säätely

Glykolyysissä heksokinaasin, fosfofruktokinaasin ja pyruvaattikinaasin katalysoimat reaktiot ovat käytännöllisesti katsoen palautumattomia; sen vuoksi on odotettavissa, että näillä entsyymeillä on sekä säätely- että katalyyttisiä rooleja. Itse asiassa kukin niistä toimii kontrollisivustona.

Heksokinaasi estää sen tuotteen, glukoosi-6-fosfaatin. Tämän molekyylin suuret konsentraatiot osoittavat, että solu ei enää vaadi glukoosia energiaksi, varastoimiseksi glykogeeninä tai biosynteettisten esiasteiden lähteenä, ja glukoosi jää vereen.

Esimerkiksi, kun fosfofruktokinaasi on inaktiivinen, fruktoosin 6-fosfaatin pitoisuus kasvaa.

Glukoosi-6-fosfaatin taso puolestaan ​​kasvaa, koska se on tasapainossa fruktoosin 6-fosfaatin kanssa. Siksi fosfofruktokinaasin inhibitio johtaa heksokinaasin estoon.

Kuitenkin maksassa, sen roolin mukaan veren glukoosipitoisuuksina, on erikoistunut heksokinaasin isosyymi, jota kutsutaan glukokinaasiksi, jota glukoosi-6-fosfaatti ei estä (Berg JM, 2002.).

Heksokinaasi vs. glukokinaasi

Heksokinaasissa on neljä erilaista isoformia, joita kutsutaan I, II, III ja IV. Heksokinaasin isoformeilla I, II ja III on noin 100 000 molekyylipainoa ja ne ovat monomeerejä useimmissa olosuhteissa.

I-III-isoformin aminohapposekvenssit ovat identtiset 70%: n kanssa. Toisaalta I-III-isoformin N- ja C-terminaalisten puolikkaiden aminohapposekvenssit ovat samanlaiset, todennäköisesti geenien päällekkäisyyden ja fuusion seurauksena.

Heksokinaasin (glukokinaasi) isoformilla IV on molekyylipaino 50 000, joka on samanlainen kuin hiivan heksokinaasin. Glukokinaasilla on merkittävä sekvenssin samankaltaisuus I-III-isomuotojen N- ja C-terminaalisten puolikkaiden kanssa.

Sekvenssin samankaltaisuuksista huolimatta heksokinaasi-isoformin toiminnalliset ominaisuudet eroavat merkittävästi.

Isoformi I (jäljempänä heksokinaasi I) säätää glykolyysin rajoitusvaihetta aivoissa ja punasoluissa.

Reaktiotuote, glukoosi-6-fosfaatti (Gluc-6-P), inhiboi molempia isomuotoja I ja II (mutta ei IV-isoformia) mikromolaarisilla tasoilla.

Epäorgaaninen fosfaatti (Pi) lievittää kuitenkin Gluc-6-P: n inhibitiota heksokinaasista I.

Heksokinaasin I C-terminaalisella domeenilla on katalyyttinen aktiivisuus, kun taas N-terminaalisen domeenin itsessään ei ole aktiivisuutta, mutta se on mukana tuotteen positiivisessa allosteerisessa säätelyssä Pi: n avulla..

Sitä vastoin sekä C- että N-päätelaitteilla on verrattavissa oleva katalyyttinen aktiivisuus isoformissa II.

Täten heksokinaasi-isoformeissa aivoheksokinaasilla on ainutlaatuisia säätelyominaisuuksia, joissa Pi: n fysiologiset tasot voivat kääntää inhibitiota Gluc-6-P: n fysiologisten tasojen vuoksi (Alexander E Aleshin, 1998)..

Heksokinaasi tyyppi I, II ja III voi fosforyloida erilaisia ​​heksoosi sokereita, mukaan lukien glukoosi, fruktoosi ja mannoosi, ja sellaisina ovat mukana monissa metabolisissa reiteissä (glykolyysin entsyymit, S.F.)..

Maksan glukokinaasi poikkeaa muista isoformeista kolmessa näkökohdassa:

• Se on spesifinen D-glukoosille eikä se toimi muiden heksoosien kanssa
• Glukoosi 6-fosfaatti ei estä sitä
• Sillä on yksi Km korkeampi kuin muut isoformit (10 mM vs. 0,1 mM), joka antaa pienemmän affiniteetin substraatille.

Maksan glukokinaasi tulee esiin, kun verensokerin pitoisuus on korkea, esimerkiksi hiilihydraattien runsaan aterian jälkeen.

Glukokinaasi on erittäin tärkeä toisessa näkökohdassa: diabetes mellitus on taudin puutteellinen.

Tässä taudissa haima ei eritä insuliinia normaaleina määrinä, verensokeri on hyvin korkea ja muodostuu hyvin vähän maksan glykogeeniä (Lehninger, 1982).

viittaukset

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Heksokinaasin säätelymekanismi: uusia oivalluksia glukoosin ja glukoosi-6-fosfaatin kanssa kompleksoidun ihmisen aivojen heksokinaasin kiderakenteesta. Rakenne, osa 6, numero 1, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T. J. (2002). 5. painos. New York :: W H Freeman.
3. Glykolyysin entsyymit. (S.F.). Palautettu osoitteesta ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, 22. toukokuuta). Aineenvaihduntaa. Palautettu britannica.comista.
5. Lehninger, A. L. (1982). Biokemian periaatteet. New York: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). Heksokinaasilla. Haettu osoitteesta chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, 20. helmikuuta). Heksokinaasin rakenne ja mekanismi. Palautettu proteopedia.org: sta.