Hva er Hexokinase?



den heksokinaseløsning er et protein som er klassifisert i hovedgruppen av et transferaseenzym, som er ganske viktig i stoffskiftet av levende vesener. 

Hexokinase er det første enzymet i glykolytisk vei, og omdanner glukose til glukose-6-fosfat. Den bruker ATP til å fosforylere 6-hydroksylgruppen av glukose, og hemmer av produktet glukose-6-fosfat. Det lider også av positiv allosterisk regulering av fosfat.

Heksokinase regulerer således strømmen av glukose i energiomsetningen i hjernen og i røde blodlegemer.

Glukose-6-fosfat og glukose binder synergistisk til heksokinase, slik som glukose og uorganisk fosfat.

Fosfat spiller en liten rolle i reguleringen av heksokinase under respirasjon, siden glykolyse er begrenset av glukoseforsyningen.

I løpet av perioder med oksygenmangel må mer ATP komme fra glykolyse da pyruvat danner melkesyre i stedet for å gå inn i Kreb-syklusen.

Når den ekstracellulære glukosekonsentrasjonen er ca. 5 mM øker strømmen gjennom glykolytisk vei opp til 100% kapasitet.

Dette skjer når glukosetransporter i hjernevevet øker intracellulære glukosekonsentrasjoner 50 ganger, og det er en mekanisme for å kompensere for inhiberende virkninger av glukose-6-fosfat på heksokinase.

Egenskaper av heksokinase

Hexokinase er en stor homodimer bestående av 920 aminosyrer i hver kjede. Siden begge trådene er identiske, vil en kjede bli observert.

Her er en oversikt over den fargede strukturen fra lysere til mørkere i N-terminalen til C-terminal retning.

Enzymet består av mange alfa helices og beta blader. Alfalysene dannes av en spiralformet spiralstruktur, og en nærmere titt på beta-arkene indikerer at de danner et åpent alfa- / beta-ark.

Hexokinase er i stand til å binde til to ligander, glukose og glukose-6-fosfat. Glukose er bundet slik at glykolyse kan forekomme, og glukose-6-fosfat binder som en allosterisk hemmer. Det kan også være nyttig å se denne strukturen i stereo (Schroering, 2013).

Den tertiære strukturen av heksokinase inkluderer et åpent alfa / beta ark. Det er mye variasjon knyttet til denne strukturen.

Den består av fem beta ark og tre alpha helices. I dette åpne alfa- / beta-arket er fire av betablatene parallelle og en er i de parallelle retningene.

Alfa-helices og beta-sløyfer kobler beta-arkene til å produsere dette alfa / beta-åpne arket. Klemmet angir ATP-bindingsdomene til dette glykolytiske enzymet (Schneeberger, 1999).

reaksjons~~POS=TRUNC

For å oppnå et netto ATP-utbytte fra glukosekatabolismen er det først nødvendig å reversere ATP.

Under scenen reagerer alkoholgruppen i posisjon 6 av glukosemolekylet lett med den terminale fosfatgruppen av ATP, som danner glukose-6-fosfat og ADP.

For enkelhets skyld er fosforylgruppen (PO32-) representert ved Ⓟ. Fordi nedgangen i fri energi er så stor, er denne reaksjonen nesten irreversibel under fysiologiske forhold.

I dyr katalyseres denne glukosefosforyleringen, som produserer glukose 6-fosfat, av to forskjellige enzymer.

I de fleste celler produserer en heksokinase med høy affinitet for glukose reaksjonen.

I tillegg inneholder leveren en glukokinase (isoform IV av heksokinase), som krever en mye høyere konsentrasjon av glukose før den reagerer.

Glukokinase virker bare i nødstilfeller når konsentrasjonen av glukose i blodet stiger til unormalt høye nivåer (Kornberg, 2013).

regulering

I glykolyse er reaksjonene katalysert av heksokinase, fosfofructokinase og pyruvatkinase praktisk talt irreversible; Derfor er det forventet at disse enzymer har både regulatoriske og katalytiske roller. Faktisk tjener hver av dem som et kontrollsted.

Hexokinase hemmeres av sitt produkt, glukose 6-fosfat. Høye konsentrasjoner av dette molekylet indikerer at cellen ikke lenger krever glukose for energilagring som glykogen, eller som en kilde for biosyntetiske forløpere, og glukose i blodet vil.

For eksempel, når fosfofructokinase er inaktiv, øker konsentrasjonen av fruktose 6-fosfat.

I sin tur øker glukose 6-fosfatnivået fordi det er i likevekt med fruktose 6-fosfat. Derfor fører inhiberingen av fosfofructokinase til inhibering av heksokinase.

Imidlertid leveren, i henhold til dets rolle som monitor glukosenivåer i blod, har en spesialisert heksokinase isozym kalt glukokinase hemmes ikke av glukose-6-fosfat (JM Berg, 2002).

Hexokinase vs glukokinase

Hexokinase har fire forskjellige isoformer kalt I, II, III og IV. Hexokinase isoformer I, II og III har molekylvekter på ca. 100.000 og er monomerer under de fleste forhold.

Aminosyresekvensene av isoformene I-III er identiske med 70%. På den annen side har de N- og C-terminale halvdelene av I-III-isoformene lignende aminosyresekvenser, sannsynligvis som følge av gen duplisering og fusjon.

Isoformen IV av heksokinase (glukokinase) har en molekylvekt på 50.000, ligner den av gjærheksokinase. Glukokinase viser en signifikant sekvenslikhet med de N og C-terminale halvdelene av I-III-isoformene.

Til tross for sekvenslikheter, varierer de funksjonelle egenskapene til heksokinase-isoformer vesentlig.

Isoform I (heretter heksokinase I) regulerer begrensningstrinnet for glykolyse i hjernen og røde blodlegemer.

Reaksjonsproduktet glukose-6-fosfat (Gluc-6-P) hemmer både isoformene I og II (men ikke IV-isoform) ved mikromolære nivåer.

Imidlertid lindrer uorganisk fosfat (Pi) inhiberingen av Gluc-6-P fra heksokinase I.

Det C-terminale domene av heksokinase I har katalytisk, mens det N-terminale domene i seg selv ikke har noen aktivitet aktivitet, men som er involvert i den positive allosteriske regulering produkt av Pi.

I kontrast har både C- og N-terminale deler sammenlignbar katalytisk aktivitet i isoform II.

Således mellom isoformer av heksokinase, utviser cerebral heksokinase unike regulatoriske egenskaper i fysiologiske nivåer av Pi kan reversere inhiberingen skyldes fysiologiske nivåer av Gluc - 6 - P (E Aleshin Alexander, 1998).

Heksokinasene type I, II og III kan fosforylere en rekke heksose-sukker, inkludert glukose, fruktose og mannose, og som sådan er involvert i en rekke metabolske veier (Enzymer fra glykolyse, S.F.).

Glukokinasen av leveren er forskjellig fra de andre isoformene i tre aspekter:

  • Det er spesifikt for D-glukose og virker ikke med andre heksoser
  • Det er ikke hemmet av glukose 6-fosfat
  • Den har en Km høyere enn de andre isoformene (10mM vs 0,1mM) som gir en lavere affinitet til substratet.

Hepatisk glukokinase kommer til spill når konsentrasjonen av blodsukker er høy, for eksempel etter et måltid høyt i karbohydrater.

Glukokinase er svært viktig i et annet aspekt: ​​diabetes mellitus er mangelfull i sykdommen.

I denne sykdommen unnlater man å utskille insulin i normale mengder, blodglukosen er meget høy og svært lite leverglykogen dannes (Lehninger, 1982).

referanser

  1. Alexander E Aleshin, Z.G. (1998). Mekanismen for regulering av heksokinase: ny innsikt fra krystallstrukturen av rekombinant human hjerneheksokinase kompleksert med glukose og glukose-6-fosfat. Struktur, volum 6, utgave 1, 15, 39-50. 
  2. Berg JM, T.J. (2002). 5. utgave. New York :: W H Freeman.
  3. Enzymer av glykolyse. (S.F.). Gjenopprettet fra ebi.ac.uk.
  4. Kornberg, H. (2013, 22. mai). Metabolisme. Gjenopprettet fra britannica.com.
  5. Lehninger, A. L. (1982). Prinsipper for biokjemi. New York: Worth Publisher, Inc.
  6. Schneeberger, B. M. (1999). Heksokinaseløsning. Hentet fra chem.uwec.edu.
  7. Schroering, K. (2013, 20. februar). Strukturen og mekanismen til hexokinase. Gjenopprettet fra proteopedia.org.