Den hexokinas (HK) är det enzym som katalyserar den första reaktionen av den glykolytiska vägen i nästan alla levande organismer, både prokaryoter och eukaryoter. Det ansvarar för överföringen av en fosforylgrupp till glukos och producerar glukos-6P, även om den också kan fosforylera andra sockerhexoser (6 kolatomer).
Detta enzym klassificeras inom en av de två familjerna av glukoskinasenzymer (enzymer som överför fosforylgrupper till substrat som glukos): hexokinas (HK) -familjen, vars medlemmar är indelade i tre olika grupper kända som HK-gruppen, grupp A och grupp B.
Reaktion katalyserad av enzymet hexokinas (Källa: Jmun7616 via Wikimedia Commons)
Enzymerna som tillhör HK-familjen kännetecknas av fosforylerande glukos på bekostnad av ATP som en givarmolekyl för fosforylgrupper, och dess medlemmar skiljer sig från varandra huvudsakligen med avseende på deras molekylvikt och substratspecificitet.
HK-gruppen inkluderar enzymerna av eukaryota organismer (ATP: D-hexos 6-fosfotransferaser), medan grupp A representeras av enzymerna av gramnegativa bakterier, cyanobakterier, amitokondriat-protister och trypanosomatider, och grupp B innehåller enzymerna av gram-positiva bakterier och crenacheaorganismer.
Grupp A- och B-enzymer är också kända som glukokinaser (GlcK), eftersom de endast kan fosforylera glukos, varför dessa enzymer kallas ATP: D-glukos 6-fosfotransferaser.
Som ett glykolytiskt enzym har hexokinas stor metabolisk betydelse, eftersom utan den här viktiga vägen inte skulle vara möjlig och celler mycket beroende av kolhydratförbrukning, såsom hjärn- och muskelceller hos många däggdjur, skulle ha allvarliga funktionella och fysiologiska hinder i allmän.
Strukturera
Som framgår senare finns olika typer av hexokinasenzymer i däggdjur och andra ryggradsdjur (såväl som i enhjuliga organismer som jäst). Fyra har beskrivits hos däggdjur: isoformer I, II, III och IV.
De tre första isozymerna har 100 kDa molekylvikt, men isozym IV har 50 kDa. Dessa isoenzymer (speciellt I-III) uppvisar hög sekvenslikhet med varandra beträffande deras C- och N-terminaler såväl som med andra medlemmar i hexokinasfamiljen.
Den N-terminala domänen för dessa enzymer betraktas som den "reglerande" domänen, medan den katalytiska aktiviteten utförs av den C-terminala domänen (däggdjur HK II har aktiva platser i båda domänerna).
Den N-terminala domänen är kopplad till den C-terminala domänen genom en alfa-spiral, var och en har cirka 50 kDa i molekylvikt och har ett bindningsställe för glukos.
Inducerad fitmodell för enzymet hexokinas (med avseende på dess två substrat: ATP och glukos) (Källa: Thomas Shafee via Wikimedia Commons)
Tertiärstrukturen hos dessa enzymer består väsentligen av p-vikta ark blandade med alfa-helikser, vars andel varierar med avseende på enzymet och arten i fråga; Bindningsstället för ATP, det andra substratet för hexokinas, består vanligtvis av fem P-ark och två alfa-helikser.
Funktioner
Hexokinas har en transcendental funktion i kolhydratmetabolismen hos de flesta levande varelser, eftersom det katalyserar det första steget i den glykolytiska vägen, vilket medierar fosforylering av glukos inuti cellen.
Detta första glykolyssteg, som består av överföringen av en fosforylgrupp från ATP (donator) till glukos, vilket ger glukos 6-fosfat och ADP, är det första av de två energinvesteringsstegen i form av ATP.
Vidare är reaktionen katalyserad av hexokinas steget "aktivering" av glukos för dess efterföljande bearbetning och representerar ett steg av "engagemang", eftersom glukos som sålunda fosforyleras inte kan lämna cellen med sina konventionella transportörer i membranet. plasmatisk.
Produkten från reaktionen katalyserad av hexokinas, det vill säga glukos 6-fosfat, är en grenpunkt, eftersom det är det första substratet som används i pentosfosfatvägen och i syntesen av glykogen hos många djur (och stärkelse i växter).
I växter
Hexokinas funktion i växter skiljer sig inte så mycket från djur eller mikroorganismer, men i högre växter fungerar detta enzym också som en "sensor" för koncentrationen av sockerarter.
Vikten av denna funktion i dessa organismer har att göra med deltagande av sockerarter som reglerande faktorer i uttrycket av gener som är involverade i olika metaboliska processer såsom:
- Fotosyntes
- Glykoxylatcykeln
- Andningen
- Nedbrytning eller syntes av stärkelse och sackaros
- Kvävsmetabolism
- Försvar mot patogener
- Reglering av cellcykeln
- Det helande svaret
- Pigmentering
- Senescence, bland andra.
Denna funktion av hexokinas som en "sensor" av mängden intracellulär glukos har också beskrivits för jäst och däggdjur.
former
I naturen finns det olika former av hexokinaser och detta beror i grund och botten på de arter som beaktas.
Hos människor och andra ryggradsdjur har exempelvis förekomsten av fyra olika isoformer av enzymet hexokinas i det cytosoliska facket visats, vilka har betecknats med de romerska siffrorna I, II, III och IV.
Isoenzym I, II och III har en molekylvikt av 100 kDa, hämmas av deras reaktionsprodukt (glukos 6-fosfat) och är mycket glukosrelaterade, det vill säga de har en mycket låg km-konstant. Dessa enzymer har emellertid dålig substratspecificitet och kan fosforylera andra hexoser såsom fruktos och mannos.
Isoenzym IV, även känt som glukokinas (GlcK), har endast 50 kDa i molekylvikt och trots att det är dåligt besläktat (höga Km-värden) har det en hög specificitet för glukos som ett substrat och underkastas dem inte regleringsmekanismer än de andra tre isoenzymerna.
Glukokinas (isoenzym IV i hexokinaset hos många däggdjur) finns huvudsakligen i levern och hjälper detta organ att "justera" hastigheten för glukosförbrukning som svar på variationer i detta substrat i det cirkulerande blodet.
De tre generna som kodar för hexokinas I, II och III hos djur verkar ha samma 50 kDa förfader som duplicerades och smälts i genomet, vilket verkar uppenbart när det observeras att den katalytiska aktiviteten hos formerna I och III ligger endast vid C-terminaländen.
referenser
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Glukosmetabolism och reglering: bortom insulin och glukagon. Diabetesspektrum, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Hexokinas bifunktionella roll i metabolism och glukossignalering. The Plant Cell, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Hexokinas som en sockersensor i högre växter. Växtcellen, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypotes: strukturer, evolution och förfader till glukoskinaser i hexokinasfamiljen. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biokemi.
- Wilson, JE (2003). Isozym av hexokinas från däggdjur: struktur, subcellulär lokalisering och metabolisk funktion. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.