Zdieľam:
Čo je Hexokináza?
hexokinázové je proteín, ktorý je klasifikovaný v hlavnej skupine enzýmu transferázy, ktorý je veľmi dôležitý v metabolizme živých bytostí.
Hexokináza je prvým enzýmom v glykolytickej ceste a premieňa glukózu na glukóza-6-fosfát. Používa ATP na fosforyláciu 6-hydroxylovej skupiny glukózy a je inhibovaný jej produktom, glukóza-6-fosfátom. Tiež trpí pozitívnou alosterickou reguláciou fosfátom.
Hexokináza teda reguluje tok glukózy v energetickom metabolizme mozgu a červených krviniek.
Glukóza-6-fosfát a glukóza sa viažu synergicky na hexokinázu, rovnako ako glukóza a anorganický fosfát.
Fosfát má malú úlohu v regulácii hexokinázy počas respirácie, pretože glykolýza je obmedzená dodávkou glukózy..
Počas období deprivácie kyslíkom musí pochádzať z glykolýzy viac ATP, pretože pyruvát vytvára kyselinu mliečnu namiesto vstupu do Krebovho cyklu..
Keď je koncentrácia extracelulárnej glukózy okolo 5 mM, prietok cez glykolytickú dráhu sa zvyšuje až na 100% kapacitu.
K tomu dochádza vždy, keď transportér glukózy v mozgovom tkanive zvyšuje intracelulárne koncentrácie glukózy 50-násobne a existuje mechanizmus na kompenzáciu inhibičných účinkov glukóza-6-fosfátu na hexokinázu..
Vlastnosti hexokinázy
Hexokináza je veľký homodimér zložený z 920 aminokyselín v každom reťazci. Pretože obe vlákna sú identické, bude pozorovaný reťazec.
Tu je pohľad na farebnú štruktúru od svetlejšieho po tmavší v smere N-konca k C-terminálu.
Enzým sa skladá z mnohých alfa helixov a beta listov. Špirály alfa sú tvorené špirálovo-špirálovitou štruktúrou a bližší pohľad na listy beta ukazuje, že tvoria otvorený list alfa / beta.
Hexokináza je schopná viazať sa na dva ligandy, glukózu a glukóza-6-fosfát. Glukóza je viazaná tak, že sa môže vyskytnúť glykolýza a glukóza-6-fosfát sa viaže ako alosterický inhibítor. Môže byť tiež užitočné vidieť túto štruktúru v stereo (Schroering, 2013).
Terciárna štruktúra hexokinázy zahŕňa otvorený list alfa / beta. S touto štruktúrou je veľa variácií.
Skladá sa z piatich beta listov a troch alfa helixov. V tejto otvorenej fólii alfa / beta sú štyri z beta fólií paralelné a jeden je v protilahlom smere.
Alfa helices a beta slučky spájajú beta listy, aby vytvorili tento alfa / beta otvorený list. Rozštep označuje ATP-väzbovú doménu tohto glykolytického enzýmu (Schneeberger, 1999)..
reakcie
Aby sa dosiahol čistý výťažok ATP z katabolizmu glukózy, je najprv potrebné obrátiť ATP.
Počas štádia alkoholová skupina v polohe 6 molekuly glukózy ľahko reaguje s terminálnou fosfátovou skupinou ATP, pričom vzniká glukóza-6-fosfát a ADP..
Na uľahčenie je fosforylová skupina (PO32-) reprezentovaná Ⓟ. Pretože pokles voľnej energie je taký veľký, táto reakcia je prakticky nezvratná za fyziologických podmienok.
U zvierat je táto fosforylácia glukózy, ktorá produkuje glukózový 6-fosfát, katalyzovaná dvoma rôznymi enzýmami.
Vo väčšine buniek produkuje reakciu hexokináza s vysokou afinitou k glukóze.
Okrem toho pečeň obsahuje glukokinázu (izoforma IV hexokinázy), ktorá vyžaduje oveľa vyššiu koncentráciu glukózy, než reaguje.
Glukokináza účinkuje len v núdzových situáciách, keď koncentrácia glukózy v krvi stúpa na abnormálne vysoké hladiny (Kornberg, 2013).
predpis
Pri glykolýze sú reakcie katalyzované hexokinázou, fosfofruktokinázou a pyruvátkinázou prakticky ireverzibilné; preto sa očakáva, že tieto enzýmy majú regulačné aj katalytické úlohy. V skutočnosti každý z nich slúži ako kontrolné miesto.
Hexokináza je inhibovaná svojím produktom, glukóza-6-fosfátom. Vysoké koncentrácie tejto molekuly naznačujú, že bunka už nevyžaduje glukózu na energiu, na ukladanie ako glykogén, alebo ako zdroj biosyntetických prekurzorov a glukóza zostane v krvi.
Keď je napríklad fosfofruktokináza inaktívna, zvyšuje sa koncentrácia fosfátu 6-fosfátu.
Na druhej strane sa hladina glukózy 6-fosfátu zvyšuje, pretože je v rovnováhe s fosfátom fruktózy-6. Inhibícia fosfofruktokinázy teda vedie k inhibícii hexokinázy.
Avšak pečeň v súlade so svojou úlohou monitorovať hladinu glukózy v krvi má špecializovaný izozým hexokinázy nazývaný glukokináza, ktorý nie je inhibovaný glukózo-6-fosfátom (Berg JM, 2002)..
Hexokináza vs glukokináza
Hexokináza má štyri rôzne izoformy nazývané I, II, III a IV. Izoformy hexokinázy I, II a III majú molekulové hmotnosti približne 100 000 a sú vo väčšine podmienok monoméry.
Aminokyselinové sekvencie izoforiem I-III sú identické so 70%. Na druhej strane, polovice N- a C-koncov izoforiem I-III majú podobné aminokyselinové sekvencie, pravdepodobne v dôsledku duplikácie génov a fúzie..
Izoforma IV hexokinázy (glukokinázy) má molekulovú hmotnosť 50 000, podobnú molekule kvasinkovej hexokinázy. Glukokináza vykazuje významnú sekvenčnú podobnosť s N a C-koncovými polovicami izoforiem I-III.
Napriek podobnosti sekvencií sa funkčné vlastnosti izoforiem hexokinázy výrazne líšia.
Izoforma I (ďalej len hexokináza I) reguluje obmedzujúci krok glykolýzy v mozgu a červených krvinkách.
Reakčný produkt, glukóza-6-fosfát (Gluc-6-P), inhibuje izoformy I a II (ale nie izoformu IV) na mikromolárnych hladinách.
Anorganický fosfát (Pi) však zmierňuje inhibíciu Gluc-6-P z hexokinázy I.
C-koncová doména hexokinázy I má katalytickú aktivitu, zatiaľ čo samotná N-koncová doména nemá žiadnu aktivitu, ale je zapojená do pozitívnej alosterickej regulácie produktu pomocou Pi.
Naopak, C aj N-terminálne časti majú porovnateľnú katalytickú aktivitu v izoforme II.
Medzi izoformami hexokinázy teda cerebrálna hexokináza vykazuje jedinečné regulačné vlastnosti, v ktorých fyziologické hladiny Pi môžu zvrátiť inhibíciu spôsobenú fyziologickými hladinami Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998)..
Hexokináza typu I, II a III môže fosforylovať rôzne hexózové cukry, vrátane glukózy, fruktózy a manózy, a ako také sa podieľajú na množstve metabolických ciest (Enzymes of Glycolysis, S.F.).
Glukokináza pečene sa líši od ostatných izoforiem v troch aspektoch:
- Je špecifický pre D-glukózu a nepôsobí s inými hexózami
- Nie je inhibovaný glukózo-6-fosfátom
- Má o 1 Km vyššie ako ostatné izoformy (10 mM oproti 0,1 mM), čo poskytuje nižšiu afinitu k substrátu.
Hepatálna glukokináza prichádza do hry, keď je koncentrácia cukru v krvi vysoká, napríklad po jedle s vysokým obsahom sacharidov..
Glukokináza je veľmi dôležitá v ďalšom aspekte: diabetes mellitus je v chorobe nedostatočný.
Pri tejto chorobe pankreas nedokáže vylučovať inzulín v normálnych množstvách, hladina glukózy v krvi je veľmi vysoká a vytvára sa veľmi malý glykogén v pečeni (Lehninger, 1982).
referencie
- Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Mechanizmus regulácie hexokinázy: nové pohľady z kryštalickej štruktúry rekombinantnej ľudskej mozgovej hexokinázy komplexovanej s glukózou a glukózo-6-fosfátom. Štruktúra, zväzok 6, vydanie 1, 15, 39-50.
- Berg JM, T. J. (2002). 5. vydanie. New York :: W H Freeman.
- Enzýmy glykolýzy. (S.F.). Získané z ebi.ac.uk.
- Kornberg, H. (2013, 22. máj). Metabolizmus. Získané z britannica.com.
- Lehninger, A.L. (1982). Princípy biochémie. New York: Worth Publisher, Inc.
- Schneeberger, B.M. (1999). Hexokinázové. Zdroj: chem.uwec.edu.
- Schroering, K. (2013, 20. február). Štruktúra a mechanizmus hexokinázy. Obnovené z proteopedia.org.