Kas ir Hexokinase?

The heksokināze ir proteīns, kas ir klasificēts galvenajā transferāzes fermenta grupā, kas ir diezgan svarīgs dzīvo būtņu metabolismam. 

Heksokināze ir pirmais enzīms glikolītiskajā ceļā, un glikozi pārvērš par glikozes-6-fosfātu. Tas izmanto ATP, lai fosforilētu glikozes 6-hidroksilgrupu, un to inhibē tās produkts - glikozes-6-fosfāts. Tas arī ir pakļauts pozitīvam allosteeriskajam regulējumam ar fosfātu.

Tādējādi heksokināze regulē glikozes plūsmu smadzeņu un sarkano asins šūnu enerģijas metabolismā.

Glikoze-6-fosfāts un glikoze sinerģiski saistās ar heksokināzi, tāpat kā glikoze un neorganiskais fosfāts..

Fosfātam ir neliela loma heksokināzes regulēšanā elpošanas laikā, jo glikolīzi ierobežo glikozes piegāde..

Skābekļa atņemšanas periodos vairāk ATP ir jāgūst no glikolīzes, jo piruvāts veido pienskābi, nevis ieiet Kreb ciklā..

Ja ekstracelulārā glikozes koncentrācija ir aptuveni 5 mM, plūsma caur glikolītisko ceļu palielinās līdz 100%.

Tas notiek, kad smadzeņu audu glikozes transporteris paaugstina intracelulāro glikozes koncentrāciju par 50 reizēm un pastāv mehānisms, lai kompensētu glikozes-6-fosfāta inhibējošo iedarbību uz heksokināzi..

Heksokināzes īpašības

Heksokināze ir liels homodimērs, kas sastāv no 920 aminoskābēm katrā ķēdē. Tā kā abi pavedieni ir identiski, tiks novērota ķēde.

Šeit ir attēlots krāsainas struktūras no gaišākas līdz tumšākam N-terminālā līdz C-gala virzienam.

Enzīmu veido daudzas alfa helikētas un beta lapas. Alfa helieksas veidojas no spirāles pagrieziena spirāles struktūras, un tuvāk aplūkojot beta lapas, būs redzams, ka tās veido atvērtu alfa / beta lapu.

Heksokināze spēj saistīties ar diviem ligandiem, glikozi un glikozi-6-fosfātu. Glikoze saistās tā, ka var rasties glikolīze, un glikozes-6-fosfāts saistās kā allosteric inhibitors. Varētu būt noderīgi redzēt šo struktūru stereo režīmā (Schroering, 2013).

Heksokināzes terciārā struktūra ietver atvērtu alfa / beta lapu. Ar šo struktūru ir daudz variāciju.

Tas sastāv no piecām beta loksnēm un trim alfa heliīdiem. Šajā atvērtajā alfa / beta loksnē četras no beta lapām ir paralēlas un viena ir pretparalēles virzienos.

Alfa heliketes un beta cilpas savieno beta loksnes, lai iegūtu šo alfa / beta atvērto lapu. Lode norāda šī glikolītiskā enzīma ATP saistošo domēnu (Schneeberger, 1999).

Reakcija

Lai iegūtu glikozes katabolisma neto ATP iznākumu, vispirms ir jāmaina ATP.

Posma laikā spirta grupa glikozes molekulas 6. pozīcijā viegli reaģē ar ATP terminālo fosfātu grupu, veidojot glikozi-6-fosfātu un ADP..

Ērtības labad fosforilgrupu (PO32-) pārstāv Ⓟ. Tā kā brīvās enerģijas samazināšanās ir tik liela, fizioloģiskos apstākļos šī reakcija ir praktiski neatgriezeniska.

Dzīvniekiem šo glikozes fosforilāciju, kas ražo glikozes 6-fosfātu, katalizē divi dažādi fermenti.

Vairumā šūnu reakciju veido heksokināze ar augstu afinitāti pret glikozi.

Turklāt aknās ir glikokināze (heksokināzes IV izoformējums), kas prasa daudz lielāku glikozes koncentrāciju, pirms tā reaģē.

Glikokināze darbojas tikai ārkārtas situācijās, kad glikozes koncentrācija asinīs palielinās līdz pat ārkārtīgi augstam līmenim (Kornberg, 2013).

Regulu

Glikolīzē reakcijas, ko katalizē heksokināze, fosfofruktokināze un piruvāta kināze, ir praktiski neatgriezeniskas; tāpēc ir sagaidāms, ka šiem fermentiem ir gan regulatīvas, gan katalītiskas lomas. Faktiski katrs no tiem kalpo kā kontroles vietne.

Heksokināzi inhibē tā produkts, glikozes 6-fosfāts. Šīs molekulas augstās koncentrācijas liecina, ka šūnai vairs nav nepieciešama glikoze enerģijai, uzglabāšanai kā glikogēns, vai kā biosintētisko prekursoru avots, un glikoze paliks asinīs.

Piemēram, ja fosfofruktokināze ir neaktīva, fruktozes 6-fosfāta koncentrācija palielinās.

Savukārt glikozes 6-fosfāta līmenis palielinās, jo tas ir līdzsvarā ar 6-fosfātu. Tādēļ fosfofruktokināzes inhibīcija izraisa heksokināzes inhibīciju.

Tomēr aknām saskaņā ar tās kā glikozes līmeņa asinīs monitora lomu ir specializēts heksokināzes izozīms, ko sauc par glikokināzi, un ko inhibē glikozes-6-fosfāts (Berg JM, 2002.)..

Heksokināze pret glikokināzi

Heksokināzei ir četras dažādas izoformas, ko sauc par I, II, III un IV. Heksokināzes izoformas I, II un III molekulmasas ir aptuveni 100 000 un lielākajā daļā nosacījumu ir monomēri..

I-III izoformu aminoskābju sekvences ir identiskas 70%. No otras puses, I-III izoformu N- un C-gala pusēm ir līdzīgas aminoskābju sekvences, iespējams, gēnu dublēšanās un saplūšanas rezultātā..

Heksokināzes (glikokināzes) IV izoforma ir 50 000 molekulmasa, kas ir līdzīga rauga heksokināzes molekulmasai. Glikokināze uzrāda nozīmīgu secību līdzību ar I-III izoformu N un C-gala pusēm.

Neskatoties uz secību līdzībām, heksokināzes izoformu funkcionālās īpašības ievērojami atšķiras.

I izoformējums (turpmāk - heksokināze I) regulē glikolīzes ierobežošanas pakāpi smadzenēs un sarkanās asins šūnās.

Reakcijas produkts, glikozes-6-fosfāts (Gluc-6-P), inhibē abas I un II izoformas (bet ne IV izoforma) pie mikromolāriem līmeņiem.

Tomēr neorganiskais fosfāts (Pi) mazina Gluc-6-P inhibīciju no heksokināzes I.

Heksokināzes I C-terminālajam domēnam ir katalītiskā aktivitāte, savukārt N-terminālajam domēnam nav nekādas aktivitātes, bet ir iesaistīta pozitīvā allosteriskā regulēšanā ar Ppi..

Turpretim gan C, gan N-terminālajām daļām ir salīdzināma katalītiskā aktivitāte II izoformā.

Tādējādi heksokināzes izoformu vidū smadzeņu heksokināze uzrāda unikālas regulējošās īpašības, kurās Pi fizioloģiskais līmenis var mainīt inhibīciju Gluc-6-P fizioloģisko līmeņu dēļ (Alexander E Aleshin, 1998)..

I, II un III tipa heksokināze var fosforilēt dažādus heksozes cukurus, tostarp glikozi, fruktozi un mannozi, un tādējādi tie ir iesaistīti vairākos metabolisma ceļos (glikolīzes enzīmi, S.F.)..

Aknu glikokināze atšķiras no citām izoformām trīs aspektos:

• Tas ir specifisks D-glikozei un nedarbojas ar citām heksozēm
• To neinhibē glikozes 6-fosfāts
• Tam ir viena kilometra augstāka nekā pārējās izoformas (10 mM pret 0,1 mM), kas nodrošina zemāku afinitāti pret substrātu..

Aknu glikokināze sāk parādīties, kad cukura koncentrācija asinīs ir augsta, piemēram, pēc ogļhidrātu daudzuma..

Glikokināze ir ļoti svarīga citā aspektā: cukura diabēts ir slimības trūkums.

Šajā slimībā aizkuņģa dziedzeris neizdala insulīnu normālos daudzumos, glikozes līmenis asinīs ir ļoti augsts un ļoti maz aknu glikogēna veido (Lehninger, 1982).

Atsauces

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Heksokināzes regulēšanas mehānisms: jauni ieskati no rekombinantā cilvēka smadzeņu heksokināzes, kas ir kompleksa ar glikozi un glikozi-6-fosfātu, kristāla struktūras. Struktūra, 6. sējums, 1. izdevums, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T. J. (2002.). 5. izdevums. Ņujorka :: W H Freeman.
3. Glikolīzes enzīmi. (S.F.). Atgūts no ebi.ac.uk.
4. Kornbergs, H. (2013, 22. maijs). Metabolisms Atgūts no britannica.com.
5. Lehninger, A. L. (1982). Bioķīmijas principi. Ņujorka: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). HEXOKINASE. Izgūti no chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, 20. februāris). Heksokināzes struktūra un mehānisms. Atgūts no proteopedia.org.