Ce este Hexokinaza?

Hexokinaza este o proteină care este clasificată în grupul principal al enzimei de transferază, fiind destul de importantă în metabolismul ființelor vii.

Hexokinaza este prima enzimă din calea glicolitică și convertește glucoza în glucoz-6-fosfat. Foloseste ATP pentru a fosforila grupul 6-hidroxil de glucoza si este inhibat de produsul sau, glucoza-6-fosfat. De asemenea, suferă de reglarea pozitivă alosterică de fosfat.

Astfel, hexokinaza reglează fluxul de glucoză în metabolismul energetic al creierului și celulele roșii din sânge.

Glucoza-6-fosfat și glucoza se leagă sinergic la hexokinază, la fel ca și glucoza și fosfatul anorganic.

Fosfatul joacă un rol mic în reglarea hexokinazei în timpul respirației, deoarece glicoliza este limitată de aportul de glucoză.

În timpul perioadelor de deprivare a oxigenului, mai mult ATP trebuie să provină din glicoliză, deoarece piruvatul formează acid lactic în loc să intre în ciclul Kreb.

Când concentrația extracelulară a glucozei este de aproximativ 5 mM, debitul prin calea glicolitică crește până la 100%.

Acest lucru apare ori de câte ori transportorul de glucoză din țesutul cerebral ridică concentrațiile de glucoză intracelulară de 50 de ori și există un mecanism care să compenseze efectele inhibitorii ale glucoz-6-fosfatului asupra hexokinazei.

Proprietățile hexokinazei

Hexokinaza este un homodimer mare compus din 920 de aminoacizi în fiecare lanț. Deoarece ambele fire sunt identice, se va observa un lanț.

Iată o vedere a structurii colorate de la mai ușor la mai întunecat în direcția N-terminal până la capătul C-terminal.

Enzima este compusă din mai multe helițe alfa și frunze beta. Helicele alfa sunt formate dintr-o structură helix-turn-helix, iar o privire mai atentă la foile beta indică faptul că formează o foaie deschisă alfa / beta.

Hexokinaza este capabilă să se lege la doi liganzi, glucoză și glucoz-6-fosfat. Glucoza este legată astfel încât să apară glicoliza, iar glucoza-6-fosfat se leagă ca inhibitor alosteric. De asemenea, poate fi util să vedeți această structură în mod stereo (Schroering, 2013).

Structura terțiară a hexokinazei include o foaie deschisă alfa / beta. Există o mare cantitate de variație asociată cu această structură.

Se compune din cinci foi de beta și trei helive alfa. În această foaie deschisă alfa / beta, patru foi de beta sunt paralele și una este în direcții anti-paralele.

Helicelele beta și buclele beta leagă foile de beta pentru a produce această foaie deschisă alfa / beta. Cleftul indică domeniul de legare ATP al acestei enzime glicolitice (Schneeberger, 1999).

reacție

Pentru a obține un randament ATP net din catabolismul glucozei, este în primul rând necesară inversarea ATP.

În timpul etapei, gruparea alcoolică din poziția 6 a moleculei de glucoză reacționează cu ușurință cu grupa terminală de fosfat de ATP, formând glucoz-6-fosfat și ADP.

Pentru comoditate, gruparea fosforil (PO32-) este reprezentată de Ⓟ. Deoarece scăderea energiei libere este atât de mare, această reacție este practic ireversibilă în condiții fiziologice.

La animale, această fosforilare a glucozei, care produce 6-fosfat de glucoză, este catalizată de două enzime diferite.

În cele mai multe celule, o hexokinază cu afinitate ridicată pentru glucoză produce reacția.

În plus, ficatul conține o glucokinază (izoforma IV a hexokinazei), care necesită o concentrație mult mai mare de glucoză înainte de a reacționa.

Glucokinaza funcționează numai în cazuri de urgență, când concentrația de glucoză din sânge crește la niveluri anormal de ridicate (Kornberg, 2013).

regulament

În glicoliza, reacțiile catalizate de hexokinază, fosfofructokinază și piruvat kinază sunt practic ireversibile; prin urmare, se așteaptă ca aceste enzime să aibă atât roluri de reglementare cât și catalitice. De fapt, fiecare dintre ele servește ca un loc de control.

Hexokinaza este inhibată de produsul său, glucoza 6-fosfat. Concentrațiile ridicate ale acestei molecule indică faptul că celula nu mai necesită glucoză pentru energie, depozitare ca glicogen sau ca sursă de precursori biosintetici, iar glucoza va fi lăsată în sânge.

De exemplu, atunci când fosfofructokinaza este inactivă, concentrația de 6-fosfat de fructoză crește.

La rândul său, nivelul de glucoză 6-fosfat crește deoarece este în echilibru cu fructoza 6-fosfat. Prin urmare, inhibarea fosfofructokinazei conduce la inhibarea hexokinazei.

Cu toate acestea, ficatul, conform rolului său de monitor al nivelului glucozei din sânge, posedă o izozime specializată de hexokinază numită glucokinază, care nu este inhibată de glucoza-6-fosfat (Berg JM, 2002).

Hexokinaza vs glucokinaza

Hexokinaza are patru izoforme diferite numite I, II, III și IV. Izoformele izoxinazice I, II și III au greutăți moleculare de aproximativ 100.000 și sunt monomeri în cele mai multe condiții.

Secvențele de aminoacizi ale izoformelor I-III sunt identice cu 70%. Pe de altă parte, porțiunile N- și C-terminale ale izoformelor I-III au secvențe de aminoacizi similare, probabil ca urmare a duplicării genelor și a fuziunii.

Izoforma IV a hexokinazei (glucokinazei) are o greutate moleculară de 50.000, similară cu aceea a hexokinazei de drojdie. Glucokinaza prezintă o similitudine semnificativă a secvenței cu jumătățile N și C-terminale ale izoformelor I-III.

În ciuda asemănărilor de secvență, proprietățile funcționale ale izoformelor hexokinazelor diferă semnificativ.

Izoforma I (în continuare, hexokinaza I) reglează etapa de limitare a glicolizei în creier și celulele roșii din sânge.

Produsul de reacție, glucoza-6-fosfat (Gluc-6-P) inhibă ambele izoforme I și II (dar nu și izoforma IV) la niveluri micromolare.

Cu toate acestea, fosfatul anorganic (Pi) ameliorează inhibiția Gluc-6-P din hexokinază I.

Domeniul C-terminal al hexokinazei I are activitate catalitică, în timp ce domeniul N-terminal în sine nu are nicio activitate, ci este implicat în reglarea pozitivă alosterică a produsului de către Pi.

Dimpotrivă, atât părțile C cât și cele N-terminale au activitate catalitică comparabilă în izoforma II.

Astfel, printre izoformele hexokinazei, hexokinaza cerebrală prezintă proprietăți de reglare unice în care nivelele fiziologice ale Pi pot inversa inhibarea datorită nivelelor fiziologice de Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998).

Hexokinezele de tip I, II și III pot fosforila o varietate de zaharuri de tip hexoză, inclusiv glucoză, fructoză și manoză și, ca atare, sunt implicate într-un număr de căi metabolice (enzime de glicoliză, SF).

Glucokinaza hepatică diferă de celelalte izoforme în trei aspecte:

• Este specific pentru D-glucoză și nu acționează cu alte hexoze
• Nu este inhibată de glucoza 6-fosfat
• Are un kilometru mai mare decât celelalte izoforme (10mM față de 0, 1mM), ceea ce dă o afinitate mai scăzută la substrat.

Glucokinaza hepatică intră în joc când concentrația de zahăr din sânge este ridicată, de exemplu, după o masă bogată în carbohidrați.

Glucokinaza este foarte importantă într-un alt aspect: diabetul zaharat este deficitar în boală.

În această boală, pancreasul nu reușește să secrete insulină în cantități normale, glicemia este foarte ridicată și se formează foarte puțin glicogen hepatic (Lehninger, 1982).