Kaj je heksokinaza?



The heksokinaze je beljakovina, ki je razvrščena v glavno skupino transferaznega encima in je zelo pomembna v presnovi živih bitij. 

Heksokinaza je prvi encim v glikolitični poti in glukozo pretvori v glukozo-6-fosfat. Uporablja ATP za fosforilacijo 6-hidroksilne skupine glukoze in ga zavira njegov produkt, glukoza-6-fosfat. Prav tako trpi zaradi pozitivne alosterične regulacije s fosfatom.

Tako heksokinaza uravnava pretok glukoze v energetski presnovi možganov in rdečih krvnih celic.

Glukoza-6-fosfat in glukoza se vežejo sinergistično na heksokinazo, prav tako glukoza in anorganski fosfat.

Fosfat igra majhno vlogo pri regulaciji heksokinaze med dihanjem, ker je glikoliza omejena z dobavo glukoze..

V obdobjih pomanjkanja kisika mora več glikolize povzročiti več ATP, ker piruvat oblikuje mlečno kislino namesto, da bi vstopal v ciklus Kreb..

Če je koncentracija zunajcelične glukoze približno 5 mM, se pretok skozi glikolitično pot poveča do 100% kapacitete..

To se zgodi, kadar transporter glukoze v možganskem tkivu poviša koncentracije intracelularne glukoze za 50-krat in obstaja mehanizem za kompenzacijo zaviralnega učinka glukoze-6-fosfata na heksokinazo..

Lastnosti heksokinaze

Heksokinaza je velik homodimer, sestavljen iz 920 aminokislin v vsaki verigi. Ker sta obe niti enaki, se opazuje veriga.

Tu je pogled na barvno strukturo od svetlejše do temnejše v smeri N-terminala do C-terminala.

Encim je sestavljen iz mnogih alfa helikov in beta listov. Alfa-spirale tvorijo struktura vijačnice-zavoj-vijačnice, podrobnejši pogled na beta-liste pa kaže, da tvorijo odprto alfa-beta ploščo.

Heksokinaza se lahko veže na dva liganda, glukozo in glukozo-6-fosfat. Glukoza je vezana tako, da lahko pride do glikolize, in glukoza-6-fosfat se veže kot alosterični inhibitor. Prav tako je lahko koristno videti to strukturo v stereo (Schroering, 2013).

Terciarna struktura heksokinaze vključuje odprto alfa / beta ploščo. S to strukturo je veliko sprememb.

Sestavljen je iz petih beta listov in treh alfa spiral. V tej odprti alfa / beta listi so štiri liste beta vzporedne in ena v anti-vzporednih smereh.

Alfa-spirale in beta-zanke povezujejo plošče beta, da proizvajajo ta alfa-beta odprt list. Razpoka označuje ATP-vezavno domeno tega glikolitičnega encima (Schneeberger, 1999)..

Reakcija

Za pridobitev neto ATP iz katabolizma glukoze je treba najprej obrniti ATP.

Med fazo alkoholna skupina v položaju 6 molekule glukoze reagira z terminalno fosfatno skupino ATP, ki tvori glukozo-6-fosfat in ADP..

Za priročnost je fosforilna skupina (PO32-) predstavljena z. Ker je zmanjšanje proste energije tako veliko, se ta reakcija v fizioloških pogojih praktično ireverzibilna.

Pri živalih ta fosforilacija glukoze, ki proizvaja glukozo 6-fosfat, katalizira dva različna encima..

V večini celic reakcija povzroči heksokinaza z visoko afiniteto za glukozo.

Poleg tega jetra vsebujejo glukokinazo (izoforma IV heksokinaze), ki zahteva veliko večjo koncentracijo glukoze, preden reagira..

Glukokinaza deluje samo v nujnih primerih, ko se koncentracija glukoze v krvi dvigne na nenormalno visoke ravni (Kornberg, 2013)..

Uredbe

Pri glikolizi so reakcije, katalizirane s heksokinazo, fosfofruktokinazo in piruvat kinazo, praktično ireverzibilne; zato se pričakuje, da imajo ti encimi regulativno in katalitično vlogo. Pravzaprav vsak od njih služi kot kontrolno mesto.

Heksokinazo inhibira produkt glukoza 6-fosfat. Visoke koncentracije te molekule kažejo, da celica ne potrebuje več glukoze za energijo, za shranjevanje kot glikogen, ali kot vir biosintetičnih predhodnikov, glukoza pa ostane v krvi..

Na primer, kadar je fosfofruktokinaza neaktivna, se koncentracija fruktoze 6-fosfata poveča.

Raven glukoze 6-fosfata pa se poveča, ker je v ravnovesju s fruktozo 6-fosfatom. Zato inhibicija fosfofruktokinaze vodi do inhibicije heksokinaze.

Vendar pa jetra, v skladu s svojo vlogo monitorja ravni glukoze v krvi, imajo specializiran izozim heksokinaze, imenovane glukokinaza, ki je ne inhibira glukoza-6-fosfat (Berg JM, 2002)..

Heksokinaza proti glukokinazi

Heksokinaza ima štiri različne izoforme, imenovane I, II, III in IV. Izoforme I, II in III heksokinaze imajo molekulsko maso okoli 100.000 in so v večini pogojev monomeri.

Aminokislinske sekvence izooblik I-III so identične 70%. Po drugi strani imajo N- in C-terminalne polovice izooblik I-III podobne aminokislinske sekvence, verjetno zaradi podvajanja genov in fuzije..

Izoforma IV heksokinaze (glukokinaze) ima molekulsko maso 50.000, podobno kot pri heksokinazi kvasovk. Glukokinaza kaže pomembno podobnost zaporedja z N in C-terminalnimi polovicami izooblik I-III..

Kljub podobnosti zaporedja se funkcionalne lastnosti izooblik heksokinaze bistveno razlikujejo.

Izoform I (v nadaljevanju heksokinaza I) uravnava omejevalni korak glikolize v možganih in rdečih krvnih celicah.

Reakcijski produkt, glukoza-6-fosfat (Gluc-6-P), inhibira tako izoforme I in II (vendar ne izooblike IV) na mikromolarnih ravneh..

Vendar pa anorganski fosfat (Pi) razbremeni inhibicijo Gluc-6-P iz heksokinaze I.

C-terminalna domena heksokinaze I ima katalitično aktivnost, medtem ko N-terminalna domena sama nima aktivnosti, vendar je vključena v pozitivno alosterično regulacijo produkta s Pi.

Nasprotno pa imata tako C kot N-terminalni del primerljivo katalitsko aktivnost v izoformi II.

Tako med heksokinaznimi izooblikami možganska heksokinaza kaže edinstvene regulatorne lastnosti, pri katerih lahko fiziološke ravni Pi obrnejo inhibicijo zaradi fizioloških ravni Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998)..

Heksokinaza tipa I, II in III lahko fosforilira različne heksozne sladkorje, vključno z glukozo, fruktozo in manozo, in kot taki sodelujejo pri številnih presnovnih poteh (encimi glikolize, S.F.)..

S glukokinazo jeter se razlikuje od drugih izooblik v treh vidikih: \ t

  • Specifičen je za D-glukozo in ne deluje z drugimi heksozami
  • Ne zavira ga glukoza-6-fosfat
  • Ima en Km višji od drugih izooblik (10 mM in 0,1 mM), kar daje nižjo afiniteto substratu..

Če je koncentracija krvnega sladkorja visoka, na primer, po obroku z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov, se začne uporabljati glukokinaza v jetrih..

Glukokinaza je zelo pomembna v drugem vidiku: sladkorna bolezen je pomanjkljiva.

Pri tej bolezni pankreas ne izloča insulina v normalnih količinah, glukoza v krvi je zelo visoka in nastane zelo malo glikogena v jetrih (Lehninger, 1982).

Reference

  1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Mehanizem regulacije heksokinaze: nova spoznanja iz kristalne strukture rekombinantne heksokinaze človeških možganov, kompleksirana z glukozo in glukozo-6-fosfatom. Struktura, letnik 6, številka 1, 15, 39-50. 
  2. Berg JM, T. J. (2002). 5. izdaja. New York :: W H Freeman.
  3. Encimi glikolize. (S.F.). Izterjano iz ebi.ac.uk.
  4. Kornberg, H. (2013, 22. maj). Presnova Izterjal iz britannica.com.
  5. Lehninger, A.L. (1982). Načela biokemije. New York: Worth Publisher, Inc..
  6. Schneeberger, B. M. (1999). HEXOKINASE. Vzpostavljeno iz chem.uwec.edu.
  7. Schroering, K. (2013, 20. februar). Struktura in mehanizem heksokinaze. Obnovljen s proteopedia.org.