Heksokinaasi (HK) on entsyymi, joka katalysoi ensimmäinen reaktio glykolyyttisen reitin lähes kaikki elävät organismit, sekä prokaryootit ja eukaryootit. Se vastaa fosforyyliryhmän siirrosta glukoosiin, tuottaen glukoosi-6P, vaikka se voi fosforyloida myös muita sokeriheksooseja (6 hiiliatomia).
Tämä entsyymi luokitellaan kahteen glukoosikinaasientsyymiryhmään (entsyymit, jotka siirtävät fosforyyliryhmät substraateihin, kuten glukoosiin): heksokinaasi (HK) -perhe, jonka jäsenet on jaettu kolmeen eri ryhmään, jotka tunnetaan HK-ryhmänä, ryhmä A ja ryhmä B.
Heksokinaasi-entsyymin katalysoima reaktio (Lähde: Jmun7616 Wikimedia Commonsin kautta)
HK-perheeseen kuuluville entsyymeille on ominaista fosforyloida glukoosi ATP: n kustannuksella fosforyyliryhmän luovuttajamolekyylinä, ja sen jäsenet eroavat toisistaan pääasiassa molekyylipainonsa ja substraattispesifisyytensä suhteen.
HK-ryhmään kuuluvat eukaryoottisten organismien entsyymit (ATP: D-heksoosi-6-fosfotransferaasit), kun taas ryhmää A edustavat gram-negatiivisten bakteerien, syanobakteerien, amitokondriaattiproteistien ja trypanosomatidien entsyymit ja ryhmä B sisältää entsyymejä gram-positiivisten bakteerien ja crenachea-organismien määrää.
Ryhmien A ja B entsyymit tunnetaan myös nimellä glukokinaasit (GlcKs), koska ne kykenevät yksinomaan fosforyloimaan glukoosia, minkä vuoksi näitä entsyymejä kutsutaan ATP: D-glukoosi-6-fosfotransferaaseiksi.
Glykolyyttisenä entsyyminä heksokinaasilla on suuri metabolinen merkitys, koska ilman sitä tämä tärkeä reitti ei olisi mahdollinen ja soluista, jotka ovat erittäin riippuvaisia hiilihydraattien kulutuksesta, kuten monien nisäkkäiden aivo- ja lihassolut, olisi vakavia toiminnallisia ja fysiologisia esteitä yleensä.
Rakenne
Kuten myöhemmin havaitaan, erityyppisiä heksokinaasientsyymejä esiintyy nisäkkäissä ja muissa selkärankaisissa (samoin kuin yksisoluisissa organismeissa, kuten hiivassa). Nisäkkäissä on kuvattu neljä: isomuodot I, II, III ja IV.
Kolmella ensimmäisellä isotsyymillä on 100 kDa molekyylipaino, mutta isotsyymillä IV on 50 kDa. Nämä isoentsyymit (erityisesti I-III) osoittavat suurta sekvenssin samankaltaisuutta toistensa suhteen niiden C- ja N-terminaalien suhteen, samoin kuin muiden heksokinaasiperheen jäsenten kanssa.
Näiden entsyymien N-terminaalista domeenia pidetään "säätelevänä" domeenina, kun taas katalyyttistä aktiivisuutta suorittaa C-terminaalinen domeeni (nisäkkään HK II: llä on aktiivisia kohtia molemmissa domeeneissa).
N-terminaalinen domeeni on kytketty C-terminaaliseen domeeniin alfa-kierukan kautta, jokainen on noin 50 kDa molekyylipainolla ja jolla on sitoutumiskohta glukoosille.
Heksokinaasi-entsyymin indusoitu sopivuusmalli (suhteessa sen kahteen substraattiin: ATP ja glukoosi) (Lähde: Thomas Shafee Wikimedia Commonsin kautta)
Näiden entsyymien tertiäärinen rakenne koostuu olennaisesti beeta-taitettuista arkeista, jotka on sekoitettu alfaheliksiin, joiden osuus vaihtelee entsyymin ja kyseessä olevien lajien suhteen; ATP: n, toisen heksokinaasin substraatin, sitoutumiskohta koostuu yleensä viidestä P-levystä ja kahdesta alfa-heliksistä.
ominaisuudet
Heksokinaasilla on transsendenttinen tehtävä useimpien elävien olentojen hiilihydraattimetaboliossa, koska se katalysoi glykolyyttisen reitin ensimmäistä vaihetta välittäen sokerin glukoosin fosforylaatiota solussa.
Tämä glykolysoinnin ensimmäinen vaihe, joka koostuu fosforyyliryhmän siirrosta ATP: ltä (luovuttaja) glukoosiin, jolloin saadaan glukoosi-6-fosfaattia ja ADP: tä, on ensimmäinen kahdesta energian sijoitusvaiheesta ATP: n muodossa.
Lisäksi heksokinaasin katalysoima reaktio on vaihe glukoosin "aktivoimiseksi" sitä seuraavaa prosessointia varten ja edustaa "sitoutumisvaihetta", koska näin fosforyloitunut glukoosi ei voi poistua solusta tavanomaisten kuljettimiensa avulla kalvossa. plasmaattiset.
Heksokinaasin, ts. Glukoosi-6-fosfaatin, katalysoiman reaktion tuote on haarapiste, koska se on ensimmäinen substraatti, jota käytetään pentoosifosfaattireitillä ja glykogeenin synteesissä monissa eläimissä (ja tärkkelys kasveissa).
Kasveissa
Heksokinaasin toiminta kasveissa ei ole kovin erilainen kuin eläimillä tai mikro-organismeilla, mutta korkeammissa kasveissa tämä entsyymi toimii myös "anturina" sokeripitoisuuksille.
Tämän toiminnan merkitys näissä organismeissa liittyy sokerien osallistumiseen säätelytekijöinä geenien ilmentymisessä, jotka ovat mukana erilaisissa aineenvaihduntaprosesseissa, kuten:
- Fotosynteesi
- glyoksylaattisykli
- Hengitys
- Tärkkelyksen ja sakkaroosin hajoaminen tai synteesi
- Typen aineenvaihdunta
- Suoja taudinaiheuttajia vastaan
- Solusyklin säätö
- Parantava vaste
- Pigmentti
- Senescence, mm.
Tätä heksokinaasin toimintaa solun sisäisen glukoosimäärän "anturina" on kuvattu myös hiivalle ja nisäkkäille.
Muodot
Luonnossa on erilaisia heksokinaasien muotoja ja tämä riippuu pohjimmiltaan tarkasteltavista lajeista.
Esimerkiksi ihmisillä ja muilla selkärankaisilla eläimillä on osoitettu heksokinaasi-entsyymin 4 erilaisen isoformin olemassaolo sytosoliosastossa, jotka on merkitty roomalaisilla numeroilla I, II, III ja IV.
Isoentsyymien I, II ja III molekyylipaino on 100 kDa, niitä inhiboi niiden reaktiotuotte (glukoosi-6-fosfaatti) ja liittyvät hyvin glukoosiin, ts. Niillä on erittäin alhainen Km-vakio. Näillä entsyymeillä on kuitenkin huono substraattispesifisyys, koska ne pystyvät fosforyloimaan muita heksooseja, kuten fruktoosia ja mannoosia.
Isoentsyymi IV: llä, joka tunnetaan myös nimellä glukokinaasi (GlcK), on vain 50 kDa molekyylipainolla, ja huolimatta siitä, että se on heikosti sukulaisissa (korkeat Km-arvot), sillä on suuri spesifisyys glukoosille substraattina eikä siihen kohdistu niitä säätelymekanismeja kuin kolme muuta isoentsyymiä.
Glukokinaasi (monien nisäkkäiden heksokinaasin isoentsyymi IV) löytyy pääasiassa maksasta ja auttaa tätä elintä "säätämään" sokerin kulutuksensa määrää vasteena tämän substraatin vaihtelulle veressä.
Kolmella geenillä, jotka koodaavat eläimillä heksokinaasi I, II ja III, näyttää olevan sama 50 kDa: n esi-isä, joka on kopioitu ja fuusioitu genomissa, mikä näyttää selvältä, kun havaitaan, että muotojen I ja II katalyyttinen aktiivisuus III sijaitsee vain C-terminaalin päässä.
Viitteet
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Glukoosimetabolia ja -säätely: insuliinin ja glukagonin ulkopuolella. Diabetespektri, 17 (3), 183 - 190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Heksokinaasin bifunktionaalinen rooli aineenvaihdunnassa ja glukoosin signaloinnissa. The Plant Cell, 15 (11), 2493 - 2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Heksokinaasi sokerianturina korkeammissa kasveissa. The Plant Cell, 9 (1), 5 - 19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., ja Murata, K. (2005). Hypoteesi: glukoosikinaasien rakenteet, evoluutio ja edeltäjä heksokinaasiperheessä. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biokemia.
- Wilson, JE (2003). Nisäkkäiden heksokinaasin isoentsyymit: rakenne, solun paikallinen sijainti ja metabolinen toiminta. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049 - 207.