Хексокиназа (ХК) је ензим који катализује прву реакцију гликолитички пута у готово сви живи организми, како прокариота и еукариота. Одговорна је за пренос фосфорилне групе у глукозу, стварајући глукозу-6П, иако може фосфоритирати и друге хексозе шећера (6 атома угљеника).
Овај ензим је класификован у једној од две породице ензима глукозе киназе (ензими који преносе фосфорилне групе на супстрате као што су глукоза): породица хексокиназа (ХК), чији су чланови подељени у три различите групе познате као ХК група, група А и група Б.
Реакција катализирана ензимом хекокиназа (Извор: Јмун7616 преко Викимедиа Цоммонс)
Ензими који припадају породици ХК карактеришу фосфорилирајућа глукоза на штету АТП-а као молекуле донатора фосфорилне групе, а њени се чланови разликују једни од других углавном с обзиром на молекулску масу и специфичност супстрата.
ХК група укључује ензиме еукариотских организама (АТП: Д-хексоза 6-фосфотрансферазе), док је група А представљена ензимима грам-негативних бактерија, цијанобактерија, амитохондријатних протиста и трипаносоматида, а група Б садржи ензиме грам-позитивних бактерија и кренахеа.
Ензими групе А и Б познати су и као глукокиназе (ГлцКс), јер су способни искључиво за фосфорилацију глукозе, због чега се ови ензими називају АТП: Д-глукоза 6-фосфотрансферазе.
Као гликолитички ензим, хекокиназа има велику метаболичку важност, јер без ње овај важан пут не би био могућ и ћелије које су високо зависне од потрошње угљених хидрата, попут мозга и мишићних ћелија многих сисара, имале би озбиљне функционалне и физиолошке препреке у Генерал.
Структура
Као што ћемо касније видети, различити типови ензима хекокиназе постоје код сисара и других кичмењака (као и код једноћелијских организама, попут квасца). У сисара су описане четири: изоформе И, ИИ, ИИИ и ИВ.
Прва три изозима имају 100 кДа молекулске масе, али изозим ИВ има 50 кДа. Ови изоенцими (посебно И-ИИИ) показују велику сличност у секвенци једни са другима у погледу њихових Ц- и Н-терминија, као и са осталим члановима породице хекокиназа.
Н-терминални домен ових ензима сматра се „регулаторним“ доменом, док каталитичку активност врши Ц-терминални домен (ХК сисар има ИИ активна места у оба домена).
Н-терминални домен је повезан са Ц-терминалним доменом преко алфа хеликса, а свака има око 50 кДа молекулске тежине и поседује место везивања за глукозу.
Наведени модел фит ензима хекокиназа (у односу на његова два супстрата: АТП и глукозу) (Извор: Тхомас Схафее преко Викимедиа Цоммонс)
Терцијарна структура ових ензима је у основи састављена од β пресавијених листова помешаних са алфа-хеликалима, чији удео варира у зависности од ензима и дотичних врста; Место везивања за АТП, други супстрат за хекокиназу, обично је састављено од пет β листова и два алфа хелика.
Карактеристике
Хекокиназа има трансценденталну функцију у метаболизму угљених хидрата већине живих бића, јер катализује први корак гликолитичког пута, посредујући фосфорилацију глукозе унутар ћелије.
Овај први корак гликолизе, који се састоји од преношења фосфорилне групе из АТП (донора) у глукозу, чиме се добија глукоза 6-фосфат и АДП, први је од два корака улагања енергије у облику АТП-а.
Надаље, реакција коју катализира хекокиназа је корак "активације" глукозе за њену накнадну обраду и представља корак "посвећивања", јер тако фосфорилирана глукоза не може напустити ћелију помоћу својих конвенционалних транспортера у мембрани. плазматичан.
Продукт реакције коју катализује хекокиназа, то јест глукоза 6-фосфат, је тачка гране, јер је први супстрат који се користи у пентозном фосфатном путу и у синтези гликогена код многих животиња (и скроб у биљкама).
У биљкама
Функција хекокиназе у биљкама није много другачија од функције животиња или микроорганизама, међутим, у вишим биљкама овај ензим функционише и као "сензор" концентрације шећера.
Важност ове функције у овим организмима има везе са учешћем шећера као регулаторних фактора у експресији гена који су укључени у различите метаболичке процесе као што су:
- фотосинтеза
- Циклус глиоксилата
- Дисање
- разградња или синтеза скроба и сахарозе
- Метаболизам азота
- Одбрана од патогена
- Регулација ћелијског циклуса
- Одговор лечења
- Пигментација
- Сенесценце, између осталих.
Ова функција хекокиназе као "сензора" количине унутарћелијске глукозе такође је описана за квасце и сисаре.
Облици
У природи постоје различити облици хекокиназа и то у великој мери зависи од разматране врсте.
На пример, код човека и других кичмењака, показано је постојање 4 различите изоформе ензима хексокиназа у цитосолном делу, које су означене римским бројевима И, ИИ, ИИИ и ИВ.
Изоензими И, ИИ и ИИИ имају молекулску масу од 100 кДа, инхибирају их продукти реакције (глукоза 6-фосфат) и веома су повезани са глукозом, односно имају константу врло ниске Км. Међутим, ови ензими имају лошу специфичност супстрата, способни су фосфоритирати друге хексозе као што су фруктоза и маноза.
Изоензим ИВ, такође познат као глукокиназа (ГлцК), има само 50 кДа у молекулској маси и, иако је лоше повезан (високе вредности Км), има високу специфичност за глукозу као супстрат и није им изложен регулаторни механизми од остала три изоензима.
Глукокиназа (изоензим ИВ хекокиназе многих сисара) налази се углавном у јетри и помаже овом органу у "подешавању" његове брзине потрошње глукозе као одговор на варијације у овом супстрату у крви која циркулише.
Три гена који кодирају хексокиназу И, ИИ и ИИИ код животиња изгледају као да имају исте претке од 50 кДа који су дуплирани и спојени у геному, што се чини очигледним када се примети да каталитичка активност облика И и ИИИ налази се само на крају Ц-краја.
Референце
- Аронофф, СЛ, Берковитз, К., Схреинер, Б., & Вант, Л. (2004). Метаболизам и регулација глукозе: изван инзулина и глукагона. Спектар дијабетеса, 17 (3), 183-190.
- Харрингтон, ГН, и Бусх, ДР (2003). Бифункционална улога хекокиназе у метаболизму и сигнализацији глукозе. Биљна ћелија, 15 (11), 2493-2496.
- Јанг, ЈЦ, Леон, П., Зхоу, Л., Схеен, Ј. (1997). Хекокиназа као сензор шећера у вишим биљкама. Биљна ћелија, 9 (1), 5-19.
- Каваи, С., Мукаи, Т., Мори, С., Миками, Б., и Мурата, К. (2005). Хипотеза: структуре, еволуција и предака глукозних киназа из породице хекокиназа. Часопис за биознаност и биоинжињеринг, 99 (4), 320–330.
- Матхевс, КЕ (1998). Ван Холде. Биохемија.
- Вилсон, ЈЕ (2003). Изозими хексокиназе сисара: структура, субцелуларна локализација и метаболичка функција. Часопис за експерименталну биологију, 206 (12), 2049-2057.