Hvad er Hexokinase?

den hexokinase er et protein, der er klassificeret i hovedgruppen af ​​et transferaseenzym, der er ret vigtigt i metabolisme af levende væsener. 

Hexokinase er det første enzym i den glycolytiske vej og omdanner glucose til glucose-6-phosphat. Det bruger ATP til at phosphorylere 6-hydroxylgruppen af ​​glucose og hæmmes af dets produkt, glucose-6-phosphat. Det lider også af positiv allosterisk regulering af fosfat.

Således regulerer hexokinase strømmen af ​​glucose i energimetabolismen af ​​hjernen og røde blodlegemer.

Glucose-6-phosphat og glucose binder synergistisk til hexokinase, ligesom glucose og uorganisk phosphat.

Fosfat spiller en lille rolle i reguleringen af ​​hexokinase under respiration, da glykolyse er begrænset af glukoseforsyningen.

I løbet af perioder med iltmangel skal mere ATP stamme fra glycolyse, da pyruvat danner mælkesyre i stedet for at komme ind i Kreb-cyklen.

Når den ekstracellulære glucosekoncentration er ca. 5 mM, øges strømningen gennem den glykolytiske vej op til 100% kapacitet.

Dette sker, når den glukosetransportøren i hjernevævet forøger intracellulære glucosekoncentrationer 50 gange, og der er en mekanisme til at kompensere for inhibitoriske virkninger af glucose-6-phosphat på hexokinase.

Egenskaber af hexokinase

Hexokinase er en stor homodimer sammensat af 920 aminosyrer i hver kæde. Da begge tråde er identiske, vil en kæde blive observeret.

Her er et billede af den farvede struktur fra lysere til mørkere i den N-terminale til C-terminale retning.

Enzymet består af mange alpha helices og beta blade. Alfa-helixer udgøres af en struktur af helix-turn-helix, og et nærmere kig beta-sheets vil indikere, at danne en åben plade alpha / beta.

Hexokinase er i stand til at binde til to ligander, glucose og glucose-6-phosphat. Glucose er bundet således at glycolyse kan forekomme, og glucose-6-phosphat binder som en allosterisk hæmmer. Det kan også være nyttigt at se denne struktur i stereo (Schroering, 2013).

Den tertiære struktur af hexokinase indbefatter et åbent alfa / beta ark. Der er meget variation forbundet med denne struktur.

Den består af fem beta ark og tre alpha helices. I dette åbne alfa / beta ark er fire af beta arkene parallelle og en er i de anti-parallelle retninger.

Alfa-helixerne og beta-sløjferne forbinder beta-arkene for at fremstille dette alpha / beta-åbne ark. Spaltet angiver ATP-bindingsdomænet for dette glycolytiske enzym (Schneeberger, 1999).

reaktion

For at opnå et netto ATP udbytte fra glukosekatabolismen er det først nødvendigt at reversere ATP.

Under scenen reagerer alkoholgruppen i position 6 i glucosemolekylet let med den terminale phosphatgruppe af ATP, der danner glucose-6-phosphat og ADP.

For nemheds skyld er phosphorylgruppen (PO32-) repræsenteret af Ⓟ. Fordi faldet i fri energi er så stor, er denne reaktion praktisk talt irreversibel under fysiologiske forhold.

I dyr katalyseres denne glucose phosphorylering, der frembringer glucose 6-phosphat, af to forskellige enzymer.

I de fleste celler frembringer en hexokinase med en høj affinitet for glucose reaktionen.

Derudover indeholder leveren en glucokinase (isoform IV af hexokinase), som kræver en meget højere koncentration af glucose, inden den reagerer.

Glucokinase virker kun i nødstilfælde, når koncentrationen af ​​glukose i blodet stiger til unormalt høje niveauer (Kornberg, 2013).

regulering

I glycolyse er reaktionerne katalyseret af hexokinase, phosphofructokinase og pyruvatkinase praktisk talt irreversible; Det forventes derfor, at disse enzymer har både regulatoriske og katalytiske roller. Faktisk tjener hver af dem som et kontrolsted.

Hexokinase hæmmes af dets produkt, glucose 6-phosphat. Høje koncentrationer af dette molekyle indikerer, at cellen ikke længere kræver glukose til energi, til opbevaring som glykogen eller som kilde til biosyntetiske forstadier, og glukose vil blive efterladt i blodet.

For eksempel, når phosphofructokinase er inaktiv, øges koncentrationen af ​​fructose 6-phosphat.

Til gengæld øges glucose 6-phosphatniveauet, fordi det er i ligevægt med fructose 6-phosphat. Derfor fører inhiberingen af ​​phosphofructokinase til inhiberingen af ​​hexokinase.

Imidlertid leveren, ifølge sin rolle som monitor glucoseniveauer i blod, har, en specialiseret hexokinase isozym kaldet glucokinase inhiberes ikke af glucose-6-phosphat (JM Berg, 2002).

Hexokinase vs glucokinase

Hexokinase har fire forskellige isoformer kaldet I, II, III og IV. Isoformer I, II og III af hexokinase med molekylvægte på ca. 100.000 og er monomerer i de fleste forhold.

Aminosyresekvenserne af isoformerne I-III er identiske med 70%. På den anden side har de N- og C-terminale halvdele af I-III-isoformerne lignende aminosyresekvenser, sandsynligvis som et resultat af genduplikation og fusion.

Isoformen IV af hexokinase (glucokinase) har en molekylvægt på 50.000, svarende til den af ​​gærhexokinase. Glucokinase viser en signifikant sekvenslighed med de N og C-terminale halvdele af I-III-isoformerne.

På trods af sekvensliknigheder varierer de funktionelle egenskaber af hexokinase isoformer betydeligt.

Isoform I (i det følgende hexokinase I) regulerer begrænsningstrinnet af glycolyse i hjernen og røde blodlegemer.

Produktet fra glucose-6-phosphat (Gluc-6-P) omsætning, inhiberer begge isoformer I og II (men ikke isoform IV) ved mikromolære niveauer.

Uorganisk phosphat (Pi) lindrer imidlertid inhiberingen af ​​Gluc-6-P fra hexokinase I.

Det c-terminale domæne af hexokinase I besidder katalytisk aktivitet, medens det N-terminale domæne i sig selv ikke har nogen aktivitet, men er involveret i den positive allosteriske regulering af produktet ved hjælp af Pi.

I modsætning hertil har både C og N-terminale dele sammenlignelig katalytisk aktivitet i isoform II.

Således mellem isoformerne af hexokinase, cerebral hexokinase udviser unikke regulatoriske egenskaber i fysiologiske niveauer af Pi kan vende inhiberingen skyldes fysiologiske niveauer af Gluc - 6 - P (E Aleshin Alexander, 1998).

Hexokinaserne type I, kan II og III phosphorylere en række hexosesukkere, herunder glucose, fructose og mannose, og som sådan er involveret i en række metaboliske veje (Enzymer af Glycolysis, S.F.).

Leverens glucokinase adskiller sig fra de andre isoformer i tre aspekter:

• Det er specifikt for D-glucose og virker ikke sammen med andre hexoser
• Det hæmmes ikke af glucose 6-phosphat
• Den har en Km højere end de andre isoformer (10mM vs 0,1mM), hvilket giver en lavere affinitet til substratet.

Hepatisk glucokinase kommer i spil, når koncentrationen af ​​blodsukker er høj, for eksempel efter et måltid højt i kulhydrater.

Glucokinase er meget vigtig i et andet aspekt: ​​diabetes mellitus er mangelfuld i sygdommen.

I denne sygdom undlader bugspytkirtlen at udskille insulin i normale mængder, blodglukosen er meget høj og meget lille leverglycogen dannes (Lehninger, 1982).

referencer

1. Alexander E Aleshin, Z.G. (1998). Mekanismen for regulering af hexokinase: nye indsigter fra krystalstrukturen af ​​rekombinant human hjerne hexokinase glucose og kompleksbundet med glucose-6-phosphat. Struktur, bind 6, udgave 1, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T.J. (2002.). 5. udgave. New York :: W H Freeman.
3. Enzymer af glycolyse. (S.F.). Genoprettet fra ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, maj 22). Metabolisme. Gendannet fra britannica.com.
5. Lehninger, A.L. (1982). Principper for biokemi. New York: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). Hexokinase. Hentet fra chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, 20 februar). Hexokinase struktur og mekanisme. Genoprettet fra proteopedia.org.