A hexokináz (HK) az az enzim, amely szinte valamennyi élő szervezetben katalizálja a glikolitikus út első reakcióját, mind a prokariótákat, mind az eukariótokat. Felelős egy foszforilcsoport glükózává történő átviteléért, így glükóz-6P-t termelődik, bár képes más cukorhexózokat (6 szénatomos) foszforilálni.
Ez az enzim a glükóz-kináz enzimek két családjába tartozik (olyan enzimek, amelyek a foszforilcsoportokat olyan szubsztrátokra, mint a glükóz továbbítják): a hexokináz (HK) család, amelynek tagjai három különböző csoportra oszlanak, amelyeket HK-csoportnak neveznek: A és B csoport
A hexokináz enzim által katalizált reakció (Forrás: Jmun7616 a Wikimedia Commons-n keresztül)
A HK családba tartozó enzimeket az ATP rovására foszforiláló glükóz foszforilcsoport-donor-molekula jellemzi, és tagjai különböznek egymástól, főleg molekulatömegük és szubsztrát-specifitásuk szempontjából.
A HK csoport magában foglalja az eukarióta organizmusok enzimeit (ATP: D-hexose 6-foszfotranszferázok), míg az A csoportot a gram-negatív baktériumok, cianobaktériumok, amitochondriate protisták és trypanosomatidok enzimei képviselik, a B csoport az enzimeket tartalmazza grampozitív baktériumok és crenachea szervezetek.
Az A és B csoport enzimeit glükokinázoknak (GlcKs) is nevezik, mivel képesek kizárólag a glükóz foszforilációjára, ezért ezeket az enzimeket ATP: D-glükóz 6-foszfotranszferázoknak nevezik.
Glikolitikus enzimként a hexokináznak jelentős metabolikus jelentősége van, mivel anélkül ez a fontos út nem lenne lehetséges, és a szénhidrátfogyasztástól nagymértékben függő sejtek, például sok emlős agy- és izomsejtjei súlyos funkcionális és élettani akadályokkal járnának a Tábornok.
Szerkezet
Mint később kiderül, különféle típusú hexokináz enzimek léteznek emlősökben és más gerinces állatokban (valamint egysejtű szervezetekben, például élesztőben). Négyet írtak le az emlősökben: I., II., III. És IV. Izoformák.
Az első három izozim molekulatömege 100 kDa, de a IV izozim 50 kDa. Ezek az izoenzimek (különösen az I-III) nagy szekvencia-hasonlóságot mutatnak egymással C- és N-terminálisaik, valamint a hexokináz család többi tagja tekintetében.
Ezen enzimek N-terminális doménjét "szabályozó" doménnek tekintik, míg a katalitikus aktivitást a C-terminális domén végzi (az emlős HK II mindkét doménben aktív helyekkel rendelkezik).
Az N-terminális domén egy alfa-hélixen keresztül kapcsolódik a C-terminális doménhez, mindegyik molekulatömege körülbelül 50 kDa, és rendelkezik a glükóz kötőhelyével.
A hexokináz enzim megfelelő modellje (két szubsztrátja tekintetében: ATP és glükóz) (Forrás: Thomas Shafee a Wikimedia Commons-n keresztül)
Ezen enzimek harmadlagos szerkezete lényegében β-hajtogatott lemezekből áll, amelyeket alfa-helikékkel kevernek össze, és amelyek aránya változik az enzim és a kérdéses faj függvényében; Az ATP, a hexokináz másik szubsztrátjának kötőhelye általában öt β-lemezből és két alfa-heliklikából áll.
Jellemzők
A hexokináz transzcendentális funkcióval rendelkezik a legtöbb élőlény szénhidrát-anyagcseréjében, mivel katalizálja a glikolitikus út első lépését, közvetítve a glükóz foszforilációját a sejtben.
A glikolízisnek ez az első lépése, amely egy foszforilcsoport átvitelét az ATP-ből (donor) a glükózba, amely glükóz-6-foszfátot és ADP-t eredményez, az első a két energiabefektetési lépésből ATP formájában.
Ezenkívül a hexokináz által katalizált reakció a további feldolgozás céljából a glükóz "aktivációs" lépése, és egy "kompromisszumos" lépést jelent, mivel az így foszforilezett glükóz nem hagyhatja el a sejtet a szokásos membrán transzporterein keresztül. plazma.
A hexokináz által katalizált reakciótermék, azaz a glükóz-6-foszfát, elágazási pont, mivel ez az első szubsztrát, amelyet sok állatban (és a keményítő növényekben).
Növényekben
A növényekben a hexokináz funkciója nem különbözik nagyban az állatok vagy a mikroorganizmusok funkciójától, azonban magasabb növényekben ez az enzim a cukrok koncentrációjának „érzékelőjeként” is működik.
Ennek a funkciónak a fontossága ezekben az organizmusokban a cukrok, mint szabályozó tényezők részvételével kapcsolódik a gélek expressziójában, amelyek részt vesznek a különféle metabolikus folyamatokban, például:
- Fotoszintézis
- A glioxilát ciklus
- A légzés
- keményítő és szacharóz lebontása vagy szintézise
- Nitrogén anyagcsere
- Védelem a kórokozókkal szemben
- A sejtciklus szabályozása
- A gyógyító válasz
- Pigmentáció
- Senescence, többek között.
A hexokináznak az intracelluláris glükózmennyiség "érzékelőjeként" ezt a funkcióját élesztő és emlősök esetében is leírták.
alakzatok
A természetben a hexokinázok különböző formái vannak, és ez alapvetően függ a figyelembe vett fajoktól.
Például emberekben és más gerinces állatokban kimutatták, hogy a citokólos rekeszben a hexokináz enzim négy különböző izoformája létezik, amelyeket az I., II., III. És IV. Római számok jelöltek.
Az I., II. És III. Izoenzimek molekulatömege 100 kDa, gátolhatók reakciótermékükkel (glükóz-6-foszfát) és nagyon glükózzal kapcsolatosak, vagyis nagyon alacsony Km-állandójuk van. Ezeknek az enzimeknek azonban rossz a szubsztrát-specifitása, és képesek más hexózok, például fruktóz és mannóz foszforilálására.
Az izoenzim IV, glükokináz (GlcK) néven is ismert, molekulatömege csak 50 kDa, és annak ellenére, hogy kevéssé rokon (magas Km értékek), magas specifitása van a glükóznak, mint szubsztrátumnak, és nincs rá kitéve. szabályozási mechanizmusok, mint a másik három izoenzimnél.
A glükokináz (sok emlős hexokinázának IV izoenzimje) elsősorban a májban található, és segít e szervnek a glükózfogyasztás sebességének "beállításában" a keringő vér ezen szubsztrátjának változásaira reagálva.
Úgy tűnik, hogy az állatokban a hexokináz I, II és III kódolására szolgáló három génnek ugyanaz az 50 kDa őse van, amelyet a genomban megdupláztak és fuzionáltak, ami nyilvánvalónak tűnik, amikor megfigyeljük, hogy az I. formák és az A III csak a C-terminál végén helyezkedik el.
Irodalom
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Glükóz metabolizmus és szabályozás: az inzulinon és a glükagonon túl. Cukorbetegség-spektrum, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). A hexokináz bifunkcionális szerepe az anyagcserében és a glükózjelzésben. The Plant Cell, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L. és Sheen, J. (1997). Hexokináz, mint cukor-érzékelő magasabb növényekben. The Plant Cell, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B. és Murata, K. (2005). Hipotézis: glükóz-kinázok szerkezete, evolúciója és őse a hexokináz családban. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biokémia.
- Wilson, JE (2003). Az emlős hexokináz izoenzimei: szerkezet, szubcelluláris lokalizáció és metabolikus funkció. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.