Mis on Hexokinase?

The heksokinaas on valk, mis on liigitatud transferaasi ensüümi põhirühma, olles elusolendite ainevahetuses üsna oluline. 

Heksokinaas on esimene ensüüm glükolüütilises rada ja muundab glükoosi glükoos-6-fosfaadiks. Ta kasutab ATP-d glükoosi 6-hüdroksüülrühma fosforüülimiseks ja selle produkt, glükoos-6-fosfaat, pärsib. Samuti kannatab see fosfori abil positiivse allosteerilise reguleerimise all.

Seega reguleerib heksokinaas glükoosi voolu aju ja punaste vereliblede energia metabolismis.

Glükoos-6-fosfaat ja glükoos seostuvad sünergistlikult heksokinaasiga, nagu ka glükoos ja anorgaaniline fosfaat.

Fosfaat mängib heksokinaasi reguleerimisel hingamise ajal väikest rolli, kuna glükolüüsi piirab glükoosivarustus.

Hapniku puudulikkuse perioodidel tuleb rohkem ATP-d pärineda glükolüüsist, kuna püruvaat moodustab Kreb-tsükli asemel piimhappe..

Kui ekstratsellulaarne glükoosi kontsentratsioon on umbes 5 mM, suureneb vool glükolüütilise raja kaudu kuni 100% ulatuses.

See juhtub alati, kui ajukoe glükoosi transporter tõstab rakusiseseid glükoosi kontsentratsioone 50 korda ja on olemas mehhanism glükoosi-6-fosfaadi inhibeeriva toime kompenseerimiseks heksokinaasil..

Heksokinaasi omadused

Heksokinaas on suur homodimeer, mis koosneb 920 aminohappest igas ahelas. Kuna mõlemad niidid on identsed, jälgitakse ahelat.

Siin on värvilise struktuuri vaade kergemast tumedamaks N-otsas kuni C-otsa suunas.

Ensüüm koosneb paljudest alfa-heeliksitest ja beeta-lehtedest. Alfa-heeliksid moodustavad helix-turn-helix struktuuri ja lähemalt vaadates beeta-lehed näitavad, et nad moodustavad avatud alfa / beeta-lehe.

Heksokinaas on võimeline seonduma kahe ligandiga, glükoosi ja glükoosi-6-fosfaadiga. Glükoos on seotud nii, et võib tekkida glükolüüs ja glükoos-6-fosfaat seondub allosteerilise inhibiitorina. Samuti võib olla kasulik näha seda struktuuri stereo abil (Schroering, 2013).

Heksokinaasi tertsiaarses struktuuris on avatud alfa / beeta leht. Selle struktuuriga on palju variatsioone.

See koosneb viiest beeta-lehest ja kolmest alfa-heeliksist. Selles avatud alfa / beeta lehes on neli beeta-lehest paralleelsed ja üks on paralleelselt suunatud.

Alfa-heeliksid ja beeta-silmused ühendavad beeta-lehed selle alfa / beeta avatud lehe tootmiseks. Lõhk näitab selle glükolüütilise ensüümi ATP-siduvat domeeni (Schneeberger, 1999).

Reaktsioon

Selleks, et saada glükoosi katabolismist neto ATP saagis, tuleb kõigepealt muuta ATP.

Etapi jooksul reageerib glükoosimolekuli asendis 6 olev alkoholirühm kergesti ATP terminaalse fosfaatrühmaga, moodustades glükoosi-6-fosfaadi ja ADP-d..

Mugavuse huvides on fosforüülrühma (PO32-) esindanud Ⓟ. Kuna vaba energia vähenemine on nii suur, on see reaktsioon füsioloogilistes tingimustes praktiliselt pöördumatu.

Loomadel katalüüsib glükoosi 6-fosfaati tootvat glükoosi fosforüülimist kaks erinevat ensüümi.

Enamikus rakkudes tekitab glükoosi suhtes kõrge afiinsusega heksokinaas reaktsiooni.

Lisaks sisaldab maks glükokinaasi (heksokinaasi isovorm IV), mis nõuab glükoosi palju suuremat kontsentratsiooni enne, kui see reageerib.

Glükokinaas toimib ainult hädaolukordades, kui glükoosi kontsentratsioon veres tõuseb ebanormaalselt kõrgele tasemele (Kornberg, 2013).

Määrus

Glükolüüsis on heksokinaasi, fosfofruktokinaasi ja püruvaadi kinaasi poolt katalüüsitud reaktsioonid praktiliselt pöördumatud; seetõttu eeldatakse, et neil ensüümidel on nii regulatiivsed kui ka katalüütilised rollid. Tegelikult on igaüks neist kontrollpunkt.

Heksokinaasi inhibeerib selle produkt, glükoos 6-fosfaat. Selle molekuli kõrged kontsentratsioonid näitavad, et rakk ei vaja enam energia saamiseks glükoosi, säilitamiseks glükogeenina või biosünteetiliste lähteainete allikana ja glükoos jääb veresse.

Näiteks, kui fosfofruktokinaas on inaktiivne, suureneb fruktoosi 6-fosfaadi kontsentratsioon.

Glükoosi 6-fosfaadi tase omakorda suureneb, kuna see on tasakaalus fruktoosi 6-fosfaadiga. Seetõttu viib fosfofruktokinaasi inhibeerimine heksokinaasi inhibeerimisele.

Siiski omab maks vastavalt oma vere glükoosisisalduse jälgija rollile spetsiaalset heksokinaasi isotsüümi, mida nimetatakse glükokinaasiks ja mida glükoos-6-fosfaat ei inhibeeri (Berg JM, 2002.)..

Heksokinaas vs glükokinaas

Heksokinaasil on neli erinevat isovormi, mida nimetatakse I, II, III ja IV. Heksokinaasi isovormide I, II ja III molekulmass on umbes 100 000 ja need on enamikus tingimustes monomeerid..

Isovormide I-III aminohappejärjestused on identsed 70% -ga. Teisest küljest on I-III isovormide N- ja C-terminaalsetel pooltel sarnased aminohappejärjestused, tõenäoliselt geenide dubleerimise ja sulandumise tulemusena..

Heksokinaasi (glükokinaas) isovormi IV molekulmass on 50 000, mis on sarnane pärmiheksokinaasi omaga. Glükokinaas näitab olulist järjestuse sarnasust I-III isovormide N- ja C-terminaalsete osadega.

Vaatamata järjestuse sarnasustele erinevad heksokinaasi isovormide funktsionaalsed omadused oluliselt.

Isovorm I (edaspidi heksokinaas I) reguleerib glükolüüsi piiramise etappi ajus ja punalibledes.

Reaktsioonisaadus, glükoos-6-fosfaat (Gluc-6-P), inhibeerib mikromolaarsel tasemel mõlemaid isovorme I ja II (kuid mitte IV isovormi).

Kuid anorgaaniline fosfaat (Pi) leevendab Gluc-6-P inhibeerimist heksokinaas I-st.

Heksokinaasi I C-terminaalsel domeenil on katalüütiline aktiivsus, samas kui N-terminaalsel domeenil ei ole mingit aktiivsust, kuid on seotud toote positiivse allosteerilise reguleerimisega Pi poolt..

Seevastu on nii C kui ka N-otsa osadel isovormis II võrreldav katalüütiline aktiivsus.

Seega on heksokinaasi isovormide korral ajuheksokinaasil ainulaadsed regulatiivsed omadused, milles Pi füsioloogilised tasemed võivad glükoosi-6-P füsioloogiliste tasemete tõttu pärssida inhibeerimist (Alexander E Aleshin, 1998)..

I, II ja III tüüpi heksokinaas võib fosforüülida mitmesuguseid heksoosi suhkruid, sealhulgas glükoosi, fruktoosi ja mannoosi, ning seeläbi osalevad mitmetes metaboolsetes radades (glükolüüsi ensüümid, S.F.)..

Maksa glükokinaas erineb teistest isovormidest kolmes aspektis:

• See on spetsiifiline D-glükoosi suhtes ja ei mõjuta teisi heksoose
• Seda ei inhibeeri glükoos 6-fosfaat
• See on ühe Km võrra kõrgem kui teised isovormid (10 mM vs 0,1 mM), mis annab madalama afiinsuse substraadi suhtes.

Maksa glükokinaas hakkab mängima, kui veresuhkru kontsentratsioon on kõrge, näiteks pärast suurt süsivesikute sisaldust..

Glükokinaas on väga oluline teisel aspektil: suhkurtõbi on haiguse puudulikkus.

Selles haiguses ei erine kõhunäärme insuliini normaalsetes kogustes, vere glükoosisisaldus on väga kõrge ja moodustub väga väike maksa glükogeen (Lehninger, 1982).

Viited

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Heksokinaasi reguleerimise mehhanism: uued teadmised glükoosi ja glükoosi-6-fosfaadiga komplekseeritud rekombinantse inimese aju heksokinaasi kristallstruktuurist. Struktuur, 6. köide, 1. väljaanne, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T. J. (2002). 5. väljaanne. New York :: W H Freeman.
3. Glükolüüsi ensüümid. (S.F.). Taastatud ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, 22. mai). Metabolism Taastati britannica.com.
5. Lehninger, A. L. (1982). Biokeemia põhimõtted. New York: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). HEXOKINASE. Välja otsitud aadressilt chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, 20. veebruar). Heksokinaasi struktuur ja mehhanism. Taastatud proteopedia.org.