Гексокінази (HK) являє собою фермент , який каталізує першу реакцію гліколізу практично у всіх живих організмах, як прокаріотів і еукаріотів. Він відповідає за перенесення фосфорильної групи до глюкози, виробляючи глюкозу-6P, хоча також може фосфорилювати інші гексози цукрів (6 атомів вуглецю).
Цей фермент класифікується в межах одного з двох сімейств ферментів глюкози-кінази (ферментів, які переносять фосфорильні групи на субстрати, такі як глюкоза): сімейство гексокіназ (HK), члени якого підрозділяються на три різні групи, відомі як група HK група А та група В.
Реакція, каталізована ферментом гексокіназа (Джерело: Jmun7616 через Wikimedia Commons)
Ферменти, що належать до сімейства HK, характеризуються фосфорилюючим глюкозою за рахунок АТФ як молекули донора фосфорильної групи, і її члени відрізняються один від одного головним чином щодо їх молекулярної маси та специфічності субстрату.
У групу HK входять ферменти еукаріотичних організмів (АТФ: D-гексоза 6-фосфотрансферази), а група А представлена ферментами грамнегативних бактерій, ціанобактерій, амітохондріатних протестів та трипаносоматидів, а група В містить ферменти грампозитивних бактерій та кренахійних організмів.
Ферменти груп A і B також відомі як глюкокінази (GlcKs), оскільки вони здатні виключно фосфорилювати глюкозу, тому ці ферменти називають АТФ: D-глюкоза 6-фосфотрансферазами.
Як гліколітичний фермент, гексокіназа має велике метаболічне значення, оскільки без цього цей важливий шлях був би неможливим, і клітини, які сильно залежать від споживання вуглеводів, таких як клітини головного мозку та м’язів багатьох ссавців, мали б серйозні функціональні та фізіологічні перешкоди в загальний.
Будова
Як буде видно пізніше, різні види ферментів гексокінази існують у ссавців та інших хребетних (а також у одноклітинних організмах, таких як дріжджі). У ссавців описано чотири: ізоформи I, II, III та IV.
Перші три ізозими мають молекулярну масу 100 кДа, але ізозим IV має 50 кДа. Ці ізоферменти (особливо I-III) виявляють високу схожість послідовностей один з одним по відношенню до їх С- та N-термінів, а також з іншими членами сімейства гексокіназ.
N-кінцевий домен цих ферментів вважається "регуляторним" доменом, тоді як каталітична активність здійснюється С-кінцевим доменом (HK 2 ссавців має активні сайти в обох доменах).
N-кінцевий домен пов'язаний з С-кінцевим доменом через альфа-спіраль, кожен має приблизно 50 кДа в молекулярній масі і має місце зв'язування глюкози.
Індукована модель придатності для ферменту гексокінази (стосовно двох її субстратів: АТФ та глюкози) (Джерело: Thomas Shafee через Wikimedia Commons)
Третинна структура цих ферментів, по суті, складається з β-складених листів, змішаних з альфа-спіралями, частка яких змінюється залежно від ферменту та відповідних видів; Місце зв'язування АТФ, іншого субстрату для гексокінази, зазвичай складається з п'яти β листів і двох альфа-спіралей.
Особливості
Гексокіназа виконує трансцендентну функцію у вуглеводному обміні більшості живих істот, оскільки каталізує перший етап гліколітичного шляху, опосередковуючи фосфорилювання глюкози всередині клітини.
Цей перший етап гліколізу, який складається з перенесення фосфорильної групи від АТФ (донора) до глюкози, отримуючи 6-фосфат глюкози та АДФ, є першим з двох етапів інвестування енергії у вигляді АТФ.
Крім того, реакція, каталізована гексокіназою, є етапом "активації" глюкози для подальшої її переробки і являє собою етап "прихильності", оскільки таким чином фосфорильована глюкоза не може покинути клітку за допомогою звичайних транспортерів у мембрані. плазматичний.
Продукт реакції, катализируемой гексокіназою, тобто 6-фосфатом глюкози, є точкою розгалуження, оскільки це перший субстрат, який використовується в шляху пентозофосфату і в синтезі глікогену у багатьох тварин (і крохмаль у рослинах).
У рослинах
Функція гексокінази в рослинах не сильно відрізняється від функції тварин або мікроорганізмів, однак у вищих рослин цей фермент також функціонує як «датчик» концентрації цукрів.
Важливість цієї функції в цих організмах пов'язана з участю цукрів як регуляторних факторів в експресії генів, які беруть участь у різних обмінних процесах, таких як:
- Фотосинтез
- Цикл гліоксилатів
- Дихання
- Розпад або синтез крохмалю та сахарози
- Азотний обмін
- Захист від збудників хвороб
- Регуляція клітинного циклу
- реакція зцілення
- Пігментація
- Старіння, серед інших.
Ця функція гексокінази як "датчика" кількості внутрішньоклітинної глюкози також була описана для дріжджів та ссавців.
Форми
У природі існують різні форми гексокіназ, і це принципово залежить від розглянутих видів.
Наприклад, у людини та інших хребетних тварин у цитозольному відділенні було продемонстровано існування 4 різних ізоформ ферменту гексокінази, які були позначені римськими цифрами I, II, III та IV.
Ізоферменти I, II і III мають молекулярну масу 100 кДа, інгібуються продуктом їх реакції (6-фосфатом глюкози) і дуже пов'язані з глюкозою, тобто мають дуже низьку константу Км. Однак ці ферменти мають низьку специфічність субстрату, здатні фосфорилювати інші гексози, такі як фруктоза та манноза.
Ізоензим IV, також відомий як глюкокіназа (GlcK), має лише 50 кДа в молекулярній масі і, незважаючи на погано пов'язані (високі значення Км), він має високу специфічність для глюкози як субстрату і не піддається їм регуляторні механізми, ніж інші три ізоферменти.
Глюкокіназа (ізоензим IV гексокінази багатьох ссавців) знаходиться в основному в печінці і допомагає цьому органу "коригувати" свою швидкість споживання глюкози у відповідь на коливання цього субстрату в циркулюючій крові.
Три гени, які кодують гексокіназу I, II та III у тварин, мають схожі предки 50 кДа, які були дубльовані та зрощені в геномі, що здається очевидним, коли спостерігається, що каталітична активність форм I та III знаходиться лише на кінцевому кінці С.
Список літератури
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Обмін та регуляція глюкози: поза інсуліном та глюкагоном. Діабетний спектр, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Біфункціональна роль гексокінази в метаболізмі та сигналізації глюкози. Рослинна клітина, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Гексокіназа як сенсор цукру у вищих рослин. Рослинна клітина, 9 (1), 5-19.
- Кавай, С., Мукай, Т., Морі, С., Мікамі, Б., і Мурата, К. (2005). Гіпотеза: структури, еволюція та предка глюкоз-кіназ у родині гексокіназ. Журнал біології та біоінженерії, 99 (4), 320–330.
- Метюз, К. Е. (1998). Ван Холде. Біохімія.
- Wilson, JE (2003). Ізозими гексокінази ссавців: структура, субклітинна локалізація та метаболічна функція. Журнал експериментальної біології, 206 (12), 2049-2057.