Hexokináza (HK) je enzym, který katalyzuje první reakci glykolytické dráhy prakticky ve všech živých organismů, a to jak prokaryot a eukaryot. Je zodpovědný za přenos fosforylové skupiny na glukózu za vzniku glukózy-6P, ačkoli může také fosforylovat jiné cukry hexózy (6 atomů uhlíku).
Tento enzym je zařazen do jedné ze dvou rodin enzymů glukózové kinázy (enzymy, které přenášejí fosforylové skupiny na substráty, jako je glukóza): hexokinázová (HK) rodina, jejíž členové jsou rozděleni do tří různých skupin známých jako skupina HK, skupina A a skupina B.
Reakce katalyzovaná enzymem hexokináza (Zdroj: Jmun7616 přes Wikimedia Commons)
Enzymy patřící do rodiny HK jsou charakterizovány fosforylací glukózy na úkor ATP jako donorové molekuly fosforylové skupiny a její členy se od sebe liší hlavně svou molekulovou hmotností a substrátovou specificitou.
Skupina HK zahrnuje enzymy eukaryotických organismů (ATP: D-hexose 6-fosfotransferázy), zatímco skupina A je zastoupena enzymy gramnegativních bakterií, cyanobakterií, amitochondriových protistů a trypanosomatidů a skupina B obsahuje enzymy gram-pozitivních bakterií a organismů crenachea.
Enzymy skupiny A a B jsou také známé jako glukokinázy (GlcKs), protože jsou schopné výlučně fosforylovat glukózu, a proto se tyto enzymy nazývají ATP: D-glukóza 6-fosfotransferázy.
Jako glykolytický enzym má hexokináza velký metabolický význam, protože bez něj by tato důležitá cesta nebyla možná a buňky vysoce závislé na spotřebě uhlohydrátů, jako jsou mozkové a svalové buňky mnoha savců, by měly závažné funkční a fyziologické překážky v Všeobecné.
Struktura
Jak bude vidět později, u savců a jiných obratlovců (stejně jako u jednobuněčných organismů, jako jsou kvasinky) existují různé typy enzymů hexokinázy. U savců byly popsány čtyři: izoformy I, II, III a IV.
První tři izozymy mají molekulovou hmotnost 100 kDa, ale izozym IV má 50 kDa. Tyto isoenzymy (zejména I-III) vykazují vysokou sekvenční podobnost mezi sebou, pokud jde o jejich C- a N-konce, stejně jako s ostatními členy hexokinázové rodiny.
N-terminální doména těchto enzymů je považována za "regulační" doménu, zatímco katalytická aktivita je prováděna C-terminální doménou (savčí HK II má aktivní místa v obou doménách).
N-terminální doména je spojena s C-terminální doménou pomocí alfa helixu, z nichž každý má molekulovou hmotnost asi 50 kDa a má vazebné místo pro glukózu.
Indukovaný fit model pro enzym hexokinázu (s ohledem na jeho dva substráty: ATP a glukózu) (Zdroj: Thomas Shafee přes Wikimedia Commons)
Terciární struktura těchto enzymů je v podstatě složena z p-skládaných listů smíchaných s alfa helixy, jejichž podíl se liší s ohledem na enzym a dotyčný druh; Vazebné místo pro ATP, další substrát pro hexokinázu, je obvykle složeno z pěti listů a dvou alfa helixů.
Funkce
Hexokináza má transcendentální funkci v metabolismu uhlohydrátů většiny živých bytostí, protože katalyzuje první krok glykolytické dráhy a zprostředkovává fosforylaci glukózy uvnitř buňky.
Tento první krok glykolýzy, který spočívá v přenosu fosforylové skupiny z ATP (dárce) na glukózu, čímž se získá glukóza 6-fosfát a ADP, je prvním ze dvou investičních kroků ve formě ATP.
Dále je reakce katalyzovaná hexokinázou krokem „aktivace“ glukózy pro další zpracování a představuje „kompromisní“ krok, protože takto fosforylovaná glukóza nemůže opustit buňku prostřednictvím svých obvyklých membránových transportérů. plazmatický.
Produkt reakce katalyzované hexokinázou, tj. Glukózou-6-fosfátem, je bodem větvení, protože je prvním substrátem používaným v pentózofosfátové cestě a při syntéze glykogenu u mnoha zvířat (a škrob v rostlinách).
V rostlinách
Funkce hexokinázy v rostlinách se příliš neliší od funkce zvířat nebo mikroorganismů, ale ve vyšších rostlinách tento enzym také funguje jako „senzor“ koncentrace cukrů.
Důležitost této funkce v těchto organismech souvisí s účastí cukrů jako regulačních faktorů při expresi genů, které se podílejí na různých metabolických procesech, jako jsou:
- Fotosyntéza
- Glyoxylátový cyklus
- Dýchání
- Degradace nebo syntéza škrobu a sacharózy
- Metabolismus dusíku
- Obrana proti patogenům
- Regulace buněčného cyklu
- Léčivá odpověď
- Pigmentace
- Mimo jiné senescence.
Tato funkce hexokinázy jako "senzoru" množství intracelulární glukózy byla také popsána pro kvasinky a savce.
Tvary
V přírodě existují různé formy hexokináz a to zásadně závisí na uvažovaném druhu.
Například u člověka a jiných obratlovců byla prokázána existence 4 různých isoforem enzymu hexokinázy v cytosolovém kompartmentu, které byly označeny římskými číslicemi I, II, III a IV.
Izoenzymy I, II a III mají molekulovou hmotnost 100 kDa, jsou inhibovány svým reakčním produktem (glukóza-6-fosfát) a jsou velmi příbuzné glukóze, to znamená, že mají velmi nízkou Km konstantu. Tyto enzymy však mají špatnou substrátovou specificitu, protože jsou schopny fosforylovat jiné hexózy, jako je fruktóza a manóza.
Isoenzym IV, známý také jako glukokináza (GlcK), má pouze 50 kDa v molekulové hmotnosti a přestože je špatně příbuzný (vysoké hodnoty Km), má vysokou specificitu pro glukózu jako substrát a není jí vystaven regulační mechanismy než ostatní tři isoenzymy.
Glukokináza (isoenzym IV hexokinázy mnoha savců) se vyskytuje hlavně v játrech a pomáhá tomuto orgánu při „přizpůsobování“ jeho rychlosti spotřeby glukózy v reakci na změny v tomto substrátu v cirkulující krvi.
Zdá se, že tři geny, které kódují hexokinázu I, II a III u zvířat, mají stejný předek 50 kDa, který byl duplikován a fúzován v genomu, což se zdá zřejmé, když je pozorováno, že katalytická aktivita forem I a III leží pouze na konci C-terminálu.
Reference
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Metabolismus a regulace glukózy: mimo inzulín a glukagon. Diabetes spektrum, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN a Bush, DR (2003). Bifunkční úloha hexokinázy v metabolismu a signalizaci glukózy. The Plant Cell, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Hexokináza jako senzor cukru ve vyšších rostlinách. The Plant Cell, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B. a Murata, K. (2005). Hypotéza: struktury, vývoj a předchůdce glukózových kináz v rodině hexokináz. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biochemie.
- Wilson, JE (2003). Izozymy savčí hexokinázy: struktura, subcelulární lokalizace a metabolická funkce. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.