В хексокиназа (HK) е ензим, който катализира първата реакция на гликолитичен път в почти всички живи организми, прокариоти, така и еукариоти. Той е отговорен за прехвърлянето на фосфорилна група към глюкоза, като произвежда глюкоза-6Р, въпреки че може да фосфорилира и други захари хексоза (6 въглеродни атома).
Този ензим е класифициран в една от двете фамилии на ензимите глюкоза киназа (ензими, които прехвърлят фосфорилни групи на субстрати като глюкоза): семейство хексокиназа (HK), чиито членове са разделени на три различни групи, известни като група HK група А и група Б.
Реакция, катализирана от ензима хексокиназа (Източник: Jmun7616 чрез Wikimedia Commons)
Ензимите, принадлежащи към семейството HK, се характеризират с фосфорилираща глюкоза за сметка на АТФ като молекула донор на фосфорилна група и членовете й се различават един от друг главно по отношение на молекулното им тегло и специфичността на субстрата.
HK групата включва ензимите на еукариотните организми (ATP: D-хексоза 6-фосфотрансферази), докато група А е представена от ензимите на грам-отрицателни бактерии, цианобактерии, амитохондриални протести и трипаносоматиди, а група В съдържа ензимите грам-положителни бактерии и кренахия.
Ензимите от групи А и В са известни също като глюкокинази (GlcKs), тъй като те са способни изключително на фосфорилиране на глюкоза, поради което тези ензими се наричат ATP: D-глюкоза 6-фосфотрансферази.
Като гликолитичен ензим, хексокиназата има голямо метаболитно значение, тъй като без нея този важен път не би бил възможен и клетките силно зависими от консумацията на въглехидрати, като мозъка и мускулните клетки на много бозайници, биха имали сериозни функционални и физиологични пречки общ.
структура
Както ще се види по-късно, различни видове хексокиназни ензими съществуват при бозайници и други гръбначни животни (както и в едноклетъчни организми като дрожди). Четири са описани при бозайници: изоформи I, II, III и IV.
Първите три изозима имат 100 kDa молекулно тегло, но изозим IV има 50 kDa. Тези изоензими (особено I-III) проявяват голямо сходство на последователността помежду си по отношение на техните С- и N-термини, както и с други членове на семейството на хексокиназата.
N-терминалният домен на тези ензими се счита за "регулаторен" домейн, докато каталитичната активност се осъществява от С-крайния домен (HK II бозайници има активни места и в двата домейна).
N-терминалният домейн е свързан със С-терминалния домейн чрез алфа спирала, като всяка има около 50 kDa в молекулно тегло и притежава място за свързване на глюкоза.
Индуциран подходящ модел за ензима хексокиназа (по отношение на двата му субстрата: АТФ и глюкоза) (Източник: Thomas Shafee през Wikimedia Commons)
Третичната структура на тези ензими по същество е съставена от β сгънати листове, смесени с алфа спирали, чието съотношение варира по отношение на ензима и въпросните видове; Мястото за свързване на ATP, другият субстрат за хексокиназа, обикновено се състои от пет β листа и две алфа спирали.
Характеристика
Хексокиназата има трансцендентална функция във въглехидратния метаболизъм на повечето живи същества, тъй като катализира първия етап от гликолитичния път, като посредничи за фосфорилирането на глюкозата вътре в клетката.
Този първи етап на гликолиза, който се състои в прехвърлянето на фосфорилна група от АТФ (донор) към глюкоза, като се получава глюкозен 6-фосфат и ADP, е първият от двата стъпки за инвестиция на енергия под формата на АТФ.
Освен това, реакцията, катализирана от хексокиназа, е "активиращ" етап на глюкоза за по-нататъшна обработка и представлява стъпка на "компромис", тъй като така фосфорилираната глюкоза не може да напусне клетката чрез конвенционалните си мембранни транспортери. Плазменият.
Продуктът на реакцията, катализирана от хексокиназа, тоест глюкоза 6-фосфат, е точка на разклонение, тъй като е първият субстрат, използван в пътя на пентоза фосфат и при синтеза на гликоген при много животни (и нишесте в растенията).
В растенията
Функцията на хексокиназата в растенията не е много различна от тази на животни или микроорганизми, но при по-високите растения този ензим функционира и като "сензор" за концентрацията на захари.
Значението на тази функция в тези организми е свързано с участието на захарите като регулаторни фактори в експресията на гени, които участват в различни метаболитни процеси като:
- Фотосинтеза
- Цикълът на глиоксилат
- Дишането
- Разграждането или синтеза на нишесте и захароза
- Азотен метаболизъм
- Защита срещу патогени
- Регулиране на клетъчния цикъл
- Лечебният отговор
- Пигментация
- Senescence, наред с други.
Тази функция на хексокиназата като "сензор" за количеството на вътреклетъчната глюкоза е описана и за дрожди и бозайници.
Shapes
В природата има различни форми на хексокинази и това зависи основно от разглежданите видове.
При хора и други гръбначни животни например е доказано наличието на 4 различни изоформи на ензима хексокиназа в цитозолното отделение, които са обозначени с римските цифри I, II, III и IV.
Изоензимите I, II и III имат молекулно тегло 100 kDa, инхибират се от техния реакционен продукт (глюкоза 6-фосфат) и са много свързани с глюкозата, тоест имат много ниска Km константа. Тези ензими обаче имат слаба субстратна специфичност, като могат да фосфорилират други хексози като фруктоза и маноза.
Изоензим IV, известен още като глюкокиназа (GlcK), има само 50 kDa в молекулно тегло и, въпреки че е слабо свързан (високи стойности на Km), има висока специфичност на глюкозата като субстрат и не се подлага на тях регулаторни механизми в сравнение с останалите три изоензима.
Глюкокиназа (изоензим IV от хексокиназата на много бозайници) се намира главно в черния дроб и помага на този орган да "коригира" скоростта на консумацията на глюкоза в отговор на изменения в този субстрат в циркулиращата кръв.
Трите гена, които кодират хексокиназа I, II и III при животни, изглежда имат същия 50 kDa прародител, който е бил дублиран и слет в генома, което изглежда очевидно, когато се наблюдава, че каталитичната активност на форми I и III пребивава само в края на С-клемата.
Препратки
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Глюкозен метаболизъм и регулиране: извън инсулин и глюкагон. Диабетен спектър, 17 (3), 183-190.
- Харингтън, Джорджия и Буш, DR (2003). Бифункционалната роля на хексокиназата в метаболизма и глюкозната сигнализация. Растителната клетка, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Хексокиназа като сензор за захар във висшите растения. Растителната клетка, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Хипотеза: структури, еволюция и прародител на глюкозните кинази от семейството на хексокиназите. Journal of Bioscience and Bioingineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Ван Холде. Биохимия.
- Wilson, JE (2003). Изоцими на хексокиназа при бозайници: структура, субклетъчна локализация и метаболитна функция. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.