Kas yra Hexokinase?

The heksokinazės yra baltymas, kuris yra klasifikuojamas pagrindinėje transferazės fermento grupėje ir yra labai svarbus gyvų būtybių metabolizmui. 

Heksokinazė yra pirmasis glikolitinio kelio fermentas ir paverčia gliukozę į gliukozės-6-fosfatą. Jis naudoja ATP, kad fosforilintų gliukozės 6-hidroksilo grupę, ir slopina jo produktas, gliukozės-6-fosfatas. Jis taip pat kenčia nuo teigiamo allostatinio reguliavimo fosfatu.

Taigi, heksokinazė reguliuoja gliukozės srautą smegenų ir raudonųjų kraujo kūnelių energijos apykaitoje.

Gliukozė-6-fosfatas ir gliukozė sąveikauja su heksokinaze, kaip ir gliukozė ir neorganinis fosfatas..

Fosfatas vaidina mažą vaidmenį reguliuojant heksokinazę kvėpavimo metu, nes glikolizę riboja gliukozės tiekimas.

Deguonies nepriteklių laikotarpiu ATP turi būti gautas iš glikolizės, nes piruvatas sudaro pieno rūgštį, o ne patenka į Krebo ciklą.

Kai ekstraląstelinė gliukozės koncentracija yra apie 5 mM, srautas per glikolitinį kelią padidina iki 100% talpos.

Taip atsitinka, kai smegenų audinio gliukozės transporteris padidina ląstelių gliukozės koncentraciją 50 kartų ir yra mechanizmas, skirtas kompensuoti gliukozės-6-fosfato slopinamąjį poveikį heksokinazei..

Heksokinazės savybės

Heksokinazė yra didelis homodimeras, sudarytas iš 920 amino rūgščių kiekvienoje grandinėje. Kadangi abi siūlės yra identiškos, bus stebima grandinė.

Čia pateikiamas spalvotos struktūros vaizdas nuo šviesesnio iki tamsesnio N-gale iki C-terminalo krypties.

Fermentas susideda iš daugelio alfa sraigtų ir beta lapų. Alfa sraigtus sudaro spiralės ruožo spiralės struktūra, o artimesnė beta lapų apžvalga parodys, kad jie sudaro atvirą alfa / beta lapą.

Heksokinazė gali prisijungti prie dviejų ligandų, gliukozės ir gliukozės-6-fosfato. Gliukozė yra susieta taip, kad gali pasireikšti glikolizė, o gliukozės-6-fosfatas jungiasi kaip allosterinis inhibitorius. Taip pat gali būti naudinga pamatyti šią struktūrą stereo sistemoje (Schroering, 2013).

Heksokinazės tretinė struktūra apima atvirą alfa / beta lapą. Su šia struktūra yra daug skirtumų.

Jį sudaro penki beta lapai ir trys alfa sraigtai. Šiame atvirame alfa / beta lape keturi beta lapai yra lygiagretūs, o vienas yra antalyginių krypčių.

Alfa sraigtai ir beta kilpos sujungia beta lapus, kad gautų šį alfa / beta atvirą lapą. Plyšys nurodo šio glikolitinio fermento ATP-rišantį domeną (Schneeberger, 1999).

Reakcija

Kad gliukozės katabolizmas gautų gryną ATP kiekį, pirmiausia reikia pakeisti ATP.

Etape gliukozės molekulės 6 padėtyje esanti alkoholio grupė lengvai reaguoja su ATP galine fosfato grupe, sudarant gliukozės-6-fosfatą ir ADP..

Kad būtų patogiau, fosforilo grupė (PO32-) yra Ⓟ. Kadangi laisvos energijos sumažėjimas yra toks didelis, fiziologinėmis sąlygomis ši reakcija iš esmės yra negrįžtama.

Gyvūnams šį gliukozės fosforilinimą, kuris gamina gliukozės 6-fosfatą, katalizuoja du skirtingi fermentai.

Daugelyje ląstelių reakcija atsiranda heksokinazei, turinčiai didelį afinitetą gliukozei.

Be to, kepenyse yra gliukokinazės (heksokinazės IV izoforma), kuriai reikia daug didesnės gliukozės koncentracijos prieš reaguojant.

Gliukokinazė veikia tik kritiniais atvejais, kai gliukozės koncentracija kraujyje padidėja iki neįprastai aukšto lygio (Kornberg, 2013).

Reglamentą

Glikolizėje reakcijos, katalizuotos heksokinazės, fosfofrukokinazės ir piruvato kinazės, yra praktiškai negrįžtamos; todėl tikimasi, kad šie fermentai turi tiek reguliavimo, tiek katalizinius vaidmenis. Tiesą sakant, kiekvienas iš jų tarnauja kaip kontrolės vieta.

Heksokinazę slopina jo gliukozės 6-fosfatas. Didelė šios molekulės koncentracija rodo, kad ląstelė nebereikia gliukozės energijai, saugojimui kaip glikogenas, arba kaip biosintetinių pirmtakų šaltinis, o gliukozė bus palikta kraujyje.

Pavyzdžiui, kai fosofrukokinazė yra neaktyvi, padidėja fruktozės 6-fosfato koncentracija.

Savo ruožtu gliukozės 6-fosfato lygis didėja, nes jis yra pusiausvyroje su 6-fosfatu. Todėl fosfofrukokinazės slopinimas sukelia heksokinazės slopinimą.

Tačiau kepenyse, atsižvelgiant į jo, kaip gliukozės kiekio kraujyje monitoriaus, vaidmenį, yra specializuotas heksokinazės izozimas, vadinamas gliukokinaze, kuri nėra inhibuojama gliukozės-6-fosfato (Berg JM, 2002)..

Heksokinazė prieš gliukokazę

Heksokinazėje yra keturios skirtingos izoformos, vadinamos I, II, III ir IV. Heksokinazės I, II ir III izoformų molekulinė masė yra apie 100 000, o daugeliu atvejų yra monomerai..

I-III izoformų aminorūgščių sekos yra identiškos 70%. Kita vertus, I-III izoformų N- ir C-galinės pusės turi panašias aminorūgščių sekas, tikriausiai dėl genų dubliavimo ir sintezės..

Heksokinazės (gliukokinazės) IV izoforma yra 50 000 molekulinė masė, panaši į mielių heksokinazę. Gliukokinazė turi reikšmingą sekos panašumą su I-III izoformų N ir C-galinėmis pusėmis.

Nepaisant sekos panašumų, heksokinazės izoformų funkcinės savybės labai skiriasi.

Izoformas I (toliau - heksokinazė I) reguliuoja glikolizės smegenų ir raudonųjų kraujo kūnelių ribojimo stadiją.

Reakcijos produktas, gliukozės-6-fosfatas (Gluc-6-P), slopina abu I ir II izoformus (bet ne IV izoformą), esant mikromoliariems lygiams.

Tačiau neorganinis fosfatas (Pi) mažina Gluc-6-P slopinimą nuo heksokinazės I.

Heksokinazės C C-galinis domenas turi katalizinį aktyvumą, o N-galo domenas pats neturi jokio aktyvumo, bet dalyvauja teigiamame allosteriniame reguliavime, kurį atlieka Pi.

Priešingai, tiek C, tiek N-galinės dalys turi panašų katalizinį aktyvumą II izoformoje.

Taigi, tarp heksokinazių izoformų, smegenų heksokinazė turi unikalių reguliavimo savybių, kuriose Pi fiziologiniai lygiai gali pakeisti inhibiciją dėl fiziologinių Gluc-6-P lygių (Aleksandras E Aleshin, 1998)..

I, II ir III tipo heksokinazės gali fosforilizuoti įvairius heksozės cukrus, įskaitant gliukozę, fruktozę ir manozę, ir tokiu būdu dalyvauja daugelyje medžiagų apykaitos būdų (glikolizės fermentai, S.F.)..

Kepenų gliukokinazė skiriasi nuo kitų izoformų trimis aspektais:

• Jis būdingas D-gliukozei ir neveikia kitų heksozių
• Gliukozės 6-fosfatas jo neslopina
• Jis turi vieną kilometrą aukštesnį nei kitų izoformų (10 mM ir 0,1 mM), kuris suteikia mažesnį afinitetą su substratu.

Kepenų gliukokinazė pradeda veikti, kai cukraus koncentracija kraujyje yra didelė, pavyzdžiui, po valgio, kuriame yra daug angliavandenių.

Glukokinazė yra labai svarbi kitame aspekte: cukrinis diabetas yra nepakankamas.

Šioje ligoje kasa nesukelia insulino normalaus kiekio, gliukozės kiekis kraujyje yra labai didelis ir susidaro labai mažai kepenų glikogeno (Lehninger, 1982).

Nuorodos

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Heksokinazės reguliavimo mechanizmas: naujos įžvalgos iš rekombinantinio žmogaus smegenų heksokinazės, susidedančios iš gliukozės ir gliukozės-6-fosfato, kristalinės struktūros. Struktūra, 6 tomas, 1 leidimas, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T. J. (2002). 5-asis leidimas. Niujorkas :: W H Freeman.
3. Glikolizės fermentai. (S.F.). Susigrąžinta iš ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013 m. Gegužės 22 d.). Metabolizmas Susigrąžinta iš britannica.com.
5. Lehninger, A. L. (1982). Biochemijos principai. Niujorkas: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). HEXOKINASE. Gauta iš chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013 m. Vasario 20 d.). Heksokinazės struktūra ir mechanizmas. Susigrąžinta iš proteopedia.org.