Heksokinaze (HK) je enzim koji katalizira reakciju prvi put glikolitičke u gotovo svih živih organizama, prokariota i eukariota. Odgovorna je za prijenos fosforilne skupine u glukozu, stvarajući glukozu-6P, iako može fosforitirati i druge heksoze šećera (6 atoma ugljika).
Ovaj enzim je klasificiran unutar jedne od dviju skupina enzima glukoze kinaze (enzima koji prenose fosforilne skupine na supstrate poput glukoze): porodice heksokinaza (HK) čiji su članovi podijeljeni u tri različite skupine poznate kao HK grupa, grupa A i grupa B.
Reakcija katalizirana enzimom hekokinaza (Izvor: Jmun7616 putem Wikimedia Commons)
Enzimi koji pripadaju obitelji HK karakteriziraju fosforiliranje glukoze na štetu ATP-a kao molekule donora fosforilne skupine, a njezini se članovi međusobno razlikuju uglavnom s obzirom na njihovu molekularnu težinu i specifičnost supstrata.
HK grupa uključuje enzime eukariotskih organizama (ATP: D-heksoza 6-fosfotransferaze), dok je skupina A predstavljena enzimima gram-negativnih bakterija, cijanobakterija, amitohondrijskih proteista i tripanosomatida, a skupina B sadrži enzime gram-pozitivnih bakterija i krenahea.
Enzimi skupine A i B poznati su i kao glukokinaze (GlcKs), jer su sposobni isključivo fosforilirati glukozu, zbog čega se ovi enzimi nazivaju ATP: D-glukoza 6-fosfotransferaze.
Kao glikolitički enzim, hekokinaza ima veliku metaboličku važnost, jer bez nje ovaj važan put ne bi bio moguć, a stanice visoko ovisne o konzumaciji ugljikohidrata, poput mozga i mišićnih stanica mnogih sisavaca, imale bi ozbiljne funkcionalne i fiziološke prepreke u Općenito.
Struktura
Kao što ćemo vidjeti kasnije, različite vrste enzima hekokinaze postoje u sisavaca i drugih kralježnjaka (kao i u jednoćelijskim organizmima poput kvasca). U sisavaca su opisana četiri: izoformi I, II, III i IV.
Prva tri izozima imaju 100 kDa molekulsku masu, ali izozim IV ima 50 kDa. Ovi izoencimi (posebno I-III) pokazuju veliku sličnost uzastopca jedan s drugim u pogledu njihovih C- i N-terminija, kao i s ostalim članovima porodice hekokinaza.
N-terminalna domena ovih enzima smatra se "regulacijskom" domenom, dok katalitičku aktivnost provodi C-terminalna domena (sisavac HK II ima aktivna mjesta u obje domene).
N-terminalna domena povezana je s C-terminalnom domenom putem alfa helixa, a svaka ima približno 50 kDa molekulske mase i ima mjesto vezanja za glukozu.
Indukcijski odgovarajući model enzima hekokinaza (s obzirom na njegova dva supstrata: ATP i glukozu) (Izvor: Thomas Shafee putem Wikimedia Commons)
Tercijarna struktura ovih enzima sastoji se u osnovi od β presavijenih listova pomiješanih s alfa-helikalima, čiji se udio razlikuje u odnosu na enzim i vrstu o kojoj je riječ; Mjesto vezanja za ATP, drugi supstrat za hekokinazu, obično se sastoji od pet β listova i dva alfa helika.
Značajke
Hekokinaza ima transcendentalnu funkciju u metabolizmu ugljikohidrata većine živih bića, jer katalizira prvi korak glikolitičkog puta, posredujući fosforilaciju glukoze unutar stanice.
Ovaj prvi korak glikolize, koji se sastoji od prenošenja fosforilne skupine iz ATP (donora) u glukozu, dajući 6-fosfat i ADP glukoze, prvi je od dva koraka ulaganja energije u obliku ATP-a.
Nadalje, reakcija katalizirana hekokinazom je korak "aktivacije" glukoze za njenu naknadnu obradu i predstavlja korak "opredjeljenja", jer tako fosforilirana glukoza ne može napustiti stanicu pomoću svojih konvencionalnih transportera u membrani. plazmi.
Proizvod reakcije koju katalizira hekokinaza, to jest glukoza 6-fosfat, točka je grane jer je prvi supstrat koji se koristi u pentoznom fosfatnom putu i u sintezi glikogena kod mnogih životinja (i škrob u biljkama).
U biljkama
Funkcija hekokinaze u biljkama nije jako različita od funkcije životinja ili mikroorganizama, međutim, u višim biljkama ovaj enzim funkcionira i kao "senzor" koncentracije šećera.
Važnost ove funkcije u tim organizmima ima veze s sudjelovanjem šećera kao regulatornih faktora u ekspresiji gena koji su uključeni u različite metaboličke procese kao što su:
- fotosinteza
- Ciklus glioksilata
- Disanje
- razgradnja ili sinteza škroba i saharoze
- Metabolizam dušika
- Obrana od patogena
- Regulacija staničnog ciklusa
- Odgovor liječenja
- Pigmentacija
- Senescence, među ostalima.
Ova funkcija hekokinaze kao "senzora" količine unutarćelijske glukoze opisana je i za kvasce i sisavce.
oblici
U prirodi postoje različiti oblici hekokinaze i to u velikoj mjeri ovisi o razmatranim vrstama.
Primjerice, kod čovjeka i drugih kralježnjaka dokazano je postojanje 4 različite izoforme enzima heksokinaza u odjelu citosola, koje su označene rimskim brojevima I, II, III i IV.
Izozimi I, II i III imaju molekulsku masu od 100 kDa, inhibiraju ih produktom reakcije (glukoza 6-fosfat) i vrlo su povezani s glukozom, to jest imaju vrlo nisku konstantu Km. Međutim, ti enzimi imaju slabu specifičnost supstrata te mogu fosforitirati druge heksoze poput fruktoze i manoze.
Izoenzim IV, poznat i kao glukokinaza (GlcK), ima samo 50 kDa molekulske mase i, iako je loše povezan (visoke vrijednosti Km), ima visoku specifičnost za glukozu kao supstrat i nije im izložen regulatorni mehanizmi od ostala tri izoenzima.
Glukokinaza (izoenzim IV hekokinaze mnogih sisavaca) nalazi se uglavnom u jetri i pomaže ovom organu u "podešavanju" svoje brzine potrošnje glukoze kao odgovor na varijacije u ovom supstratu u cirkulacijskoj krvi.
Tri gena koji kodiraju heksokinazu I, II i III kod životinja imaju istog pretka od 50 kDa koji je dupliciran i spojen u genomu, što se čini očitim kad se primijeti da katalitička aktivnost oblika I i III nalazi se samo na kraju C-kraja.
Reference
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Metabolizam i regulacija glukoze: izvan inzulina i glukagona. Spektar dijabetesa, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, i Bush, DR (2003). Bifunkcionalna uloga hekokinaze u metabolizmu i signalizaciji glukoze. Biljna ćelija, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Hekokinaza kao senzor šećera u višim postrojenjima. Biljna ćelija, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., i Murata, K. (2005). Hipoteza: strukture, evolucija i predak glukoznih kinaza u obitelji hekokinaza. Časopis za bioznanost i bioinžinjering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biokemija.
- Wilson, JE (2003). Izozimi heksokinaze sisavaca: struktura, subcelularna lokalizacija i metabolička funkcija. Časopis za eksperimentalnu biologiju, 206 (12), 2049-2057.