Co je Hexokináza?

hexokinasu je protein, který je klasifikován v hlavní skupině enzymu transferázy, což je velmi důležité v metabolismu živých bytostí. 

Hexokináza je prvním enzymem v glykolytické dráze a převádí glukózu na glukóza-6-fosfát. Používá ATP k fosforylaci 6-hydroxylové skupiny glukózy a je inhibován svým produktem, glukózo-6-fosfátem. Také trpí pozitivní alosterickou regulací fosfátem.

Hexokináza tedy reguluje tok glukózy v energetickém metabolismu mozku a červených krvinek.

Glukóza-6-fosfát a glukóza se váží synergicky na hexokinázu, stejně jako glukóza a anorganický fosfát.

Fosfát hraje malou roli v regulaci hexokinázy během dýchání, protože glykolýza je omezena zásobou glukózy.

Během periody kyslíkové deprivace musí pocházet z glykolýzy více ATP, protože pyruvát tvoří kyselinu mléčnou místo vstupu do Krebova cyklu..

Když je koncentrace extracelulární glukózy asi 5 mM, tok přes glykolytickou dráhu se zvyšuje až na 100% kapacitu.

K tomu dochází vždy, když transportér glukózy v mozkové tkáni zvyšuje intracelulární koncentrace glukózy o 50násobek a existuje mechanismus pro kompenzaci inhibičních účinků glukóza-6-fosfátu na hexokinázu..

Vlastnosti hexokinázy

Hexokináza je velký homodimer složený z 920 aminokyselin v každém řetězci. Protože obě vlákna jsou identická, bude pozorován řetězec.

Zde je pohled na barevnou strukturu od světlejšího k tmavšímu ve směru N-terminálu ke směru C-konce.

Enzym se skládá z mnoha alfa helixů a beta listů. Spirály alfa jsou tvořeny spirálově-spirálovitou strukturou a bližší pohled na listy beta ukazuje, že tvoří otevřený list alfa / beta.

Hexokináza je schopná vázat se na dva ligandy, glukózu a glukóza-6-fosfát. Glukóza je vázána tak, že se může objevit glykolýza a glukóza-6-fosfát se váže jako alosterický inhibitor. Může být také užitečné vidět tuto strukturu ve stereu (Schroering, 2013).

Terciární struktura hexokinasy zahrnuje otevřený alfa / beta list. S touto strukturou je mnoho variací.

Skládá se z pěti beta listů a tří alfa šroubovice. V tomto otevřeném plechu alfa / beta jsou čtyři listy beta rovnoběžné a jedna je v protilehlých směrech.

Alfa helices a beta smyčky spojují beta listy a vytvářejí tento alfa / beta otevřený list. Rozštěp označuje ATP-vazebnou doménu tohoto glykolytického enzymu (Schneeberger, 1999)..

Reakce

Aby se dosáhlo čistého výtěžku ATP z katabolismu glukózy, je nejprve nutné obrátit ATP.

Během stádia alkoholová skupina v poloze 6 molekuly glukózy snadno reaguje s terminální fosfátovou skupinou ATP, čímž vzniká glukóza-6-fosfát a ADP..

Pro usnadnění je fosforylová skupina (PO32-) reprezentována Ⓟ. Vzhledem k tomu, že pokles volné energie je tak velký, je tato reakce za fyziologických podmínek prakticky nevratná.

U zvířat je tato fosforylace glukózy, která produkuje glukózový 6-fosfát, katalyzována dvěma různými enzymy.

Ve většině buněk produkuje reakce hexokináza s vysokou afinitou pro glukózu.

Játra navíc obsahují glukokinázu (izoforma IV hexokinázy), která vyžaduje mnohem vyšší koncentraci glukózy, než reaguje.

Glukokináza působí pouze v naléhavých případech, kdy koncentrace glukózy v krvi stoupá na abnormálně vysoké hladiny (Kornberg, 2013).

Nařízení

Při glykolýze jsou reakce katalyzované hexokinázou, fosfofruktokinázou a pyruvátkinázou prakticky nevratné; proto se očekává, že tyto enzymy mají jak regulační, tak katalytické role. Ve skutečnosti každá z nich slouží jako kontrolní místo.

Hexokináza je inhibována svým produktem, glukózovým 6-fosfátem. Vysoké koncentrace této molekuly ukazují, že buňka již nevyžaduje glukózu pro energii, pro skladování jako glykogen, nebo jako zdroj biosyntetických prekurzorů, a glukóza zůstane v krvi.

Když je například fosfofruktokináza neaktivní, zvyšuje se koncentrace fosfátu 6-fosfátu.

Hladina glukózy 6-fosfátu se zvyšuje, protože je v rovnováze s fosfátem fruktózy 6-fosfátu. Inhibice fosfofruktokinázy tedy vede k inhibici hexokinázy.

Nicméně játra, v souladu se svou úlohou monitorovat hladinu glukózy v krvi, mají specializovaný isozym hexokinázy zvaný glukokináza, který není inhibován glukózo-6-fosfátem (Berg JM, 2002)..

Hexokináza proti glukokináze

Hexokináza má čtyři různé izoformy zvané I, II, III a IV. Izoformy hexokinázy I, II a III mají molekulovou hmotnost asi 100 000 a jsou ve většině podmínek monomery.

Aminokyselinové sekvence izoforem I-III jsou identické se 70%. Na druhé straně, poloviny N- a C-konců izoforem I-III mají podobné aminokyselinové sekvence, pravděpodobně v důsledku genové duplikace a fúze.

Izoforma IV hexokinasy (glukokinázy) má molekulovou hmotnost 50 000, podobnou molekulové hmotnosti kvasinkové hexokinázy. Glukokináza vykazuje významnou sekvenční podobnost s N a C-koncovými polovinami I-III izoforem.

Přes sekvenční podobnost se funkční vlastnosti izoforem hexokinasy významně liší.

Izoforma I (dále jen hexokináza I) reguluje omezující krok glykolýzy v mozku a červených krvinkách.

Reakční produkt, glukóza-6-fosfát (Gluc-6-P), inhibuje izoformy I a II (ale ne izoformu IV) na mikromolárních úrovních.

Anorganický fosfát (Pi) však uvolňuje inhibici Gluc-6-P z hexokinázy I.

C-terminální doména hexokinázy I má katalytickou aktivitu, zatímco samotná N-koncová doména nemá žádnou aktivitu, ale podílí se na pozitivní alosterické regulaci produktu Pi.

Naopak C i N-koncové části mají srovnatelnou katalytickou aktivitu v isoformě II.

Mezi izoformami hexokinázy tedy cerebrální hexokináza vykazuje jedinečné regulační vlastnosti, ve kterých fyziologické hladiny Pi mohou zvrátit inhibici v důsledku fyziologických hladin Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998)..

Hexokináza typu I, II a III může fosforylovat řadu hexózových cukrů, včetně glukózy, fruktózy a manózy, a jako takové se účastní řady metabolických drah (Enzymes of Glycolysis, S.F.).

Glukokináza jater se liší od ostatních izoforem ve třech aspektech:

• Je specifický pro D-glukózu a nepůsobí s jinými hexózami
• Není inhibován glukózovým 6-fosfátem
• Má o 1 Km vyšší než ostatní izoformy (10 mM oproti 0,1 mM), což dává substrátu nižší afinitu.

Hepatická glukokináza přichází do hry, když je koncentrace cukru v krvi vysoká, například po jídle s vysokým obsahem sacharidů..

Glukokináza je velmi důležitá v dalším aspektu: diabetes mellitus je v onemocnění nedostatečný.

V této nemoci pankreas nedokáže vylučovat inzulin v normálním množství, glukóza v krvi je velmi vysoká a tvoří se velmi málo glykogenu jater (Lehninger, 1982).

Odkazy

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Mechanismus regulace hexokinázy: nové poznatky z krystalové struktury rekombinantní lidské mozkové hexokinasy komplexované s glukózou a glukózo-6-fosfátem. Struktura, díl 6, číslo 1, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T. J. (2002). 5. vydání. New York :: W H Freeman.
3. Enzymy glykolýzy. (S.F.). Obnoveno z ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, 22. května). Metabolismus Získané z britannica.com.
5. Lehninger, A.L. (1982). Principy biochemie. New York: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B.M. (1999). HEXOKINASE. Zdroj: chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, 20. února). Struktura a mechanismus hexokinázy. Obnoveno z proteopedia.org.