Apa itu Hexokinase?

The hexokinase adalah protein yang dikelaskan dalam kumpulan utama enzim transferase, yang penting dalam metabolisme makhluk hidup. 

Hexokinase adalah enzim pertama dalam laluan glikolitik, dan menukar glukosa menjadi glukosa-6-fosfat. Ia menggunakan ATP untuk memfosforasikan kumpulan 6-hidroksil glukosa, dan dihalang oleh produknya, glukosa-6-fosfat. Ia juga mengalami peraturan positif allosteric oleh fosfat.

Oleh itu, hexokinase mengatur aliran glukosa dalam metabolisme tenaga otak dan sel darah merah.

Glukosa-6-fosfat dan glukosa mengikat secara sinergistik kepada hexokinase, seperti glukosa dan fosfat bukan organik.

Fosfat memainkan peranan kecil dalam peraturan hexokinase semasa pernafasan, kerana glikolisis dibatasi oleh bekalan glukosa.

Semasa tempoh kekurangan oksigen, lebih banyak ATP mesti datang dari glikolisis kerana piruvat membentuk asid laktik dan bukan memasuki kitaran Kreb.

Apabila kepekatan glukosa ekstraselular adalah kira-kira 5 mM, aliran melalui laluan glikolitik meningkat sehingga kapasiti 100%.

Ini berlaku apabila pengangkut glukosa dalam tisu otak meningkatkan kepekatan glukosa intrasel 50 kali dan terdapat mekanisme untuk mengimbangi kesan yg melarang glukosa 6-fosfat pada hexokinase.

Sifat heksokinase

Hexokinase adalah homodimer besar yang terdiri daripada 920 asid amino dalam setiap rantai. Oleh kerana kedua-dua benang adalah sama, rantai akan diperhatikan.

Berikut adalah pandangan struktur berwarna dari yang lebih ringan menjadi gelap di terminal N ke arah terminal C.

Enzim ini terdiri daripada banyak helai alfa dan daun beta. Helikopter alfa dibentuk oleh struktur helix-turn-helix, dan melihat lebih dekat pada helaian beta akan menunjukkan bahawa ia membentuk lembaran alpha / beta terbuka.

Hexokinase mampu mengikat dua ligan, glukosa dan glukosa-6-fosfat. Glukosa terikat supaya glikolisis dapat berlaku, dan glukosa-6-fosfat mengikat sebagai penghambat allosterik. Ia juga berguna untuk melihat struktur ini dalam stereo (Schroering, 2013).

Struktur hexokinase tersier termasuk lembaran alfa / beta terbuka. Terdapat banyak variasi yang berkaitan dengan struktur ini.

Ia terdiri daripada lima helai beta dan tiga heliks alpha. Dalam lembaran alfa / beta terbuka ini, empat helaian beta selari dan satu dalam arah anti selari.

Helikopter alpha dan beta beta menghubungkan helaian beta untuk menghasilkan helaian alfa / beta terbuka ini. Cleft menunjukkan domain ATP yang mengikat enzim glikolitik ini (Schneeberger, 1999).

Reaksi

Untuk mendapatkan hasil ATP bersih dari katabolisme glukosa, pertama sekali diperlukan untuk membalikkan ATP.

Semasa pentas, kumpulan alkohol dalam kedudukan 6 molekul glukosa bertindak balas dengan mudah dengan kumpulan fosfat terminal ATP, membentuk glukosa-6-fosfat dan ADP.

Untuk kemudahan, kumpulan fosforil (PO32-) diwakili oleh Ⓟ. Kerana penurunan tenaga bebas sangat besar, reaksi ini hampir tidak dapat dipulihkan di bawah keadaan fisiologi.

Pada haiwan, fosforilasi glukosa ini, yang menghasilkan glukosa 6-fosfat, dipangkin oleh dua enzim berbeza.

Dalam kebanyakan sel, hexokinase dengan afinosa yang tinggi untuk glukosa menghasilkan reaksi.

Di samping itu, hati mengandungi glucokinase (isoform IV hexokinase), yang memerlukan kepekatan glukosa yang lebih tinggi sebelum ia bertindak balas.

Glukokinase berfungsi hanya dalam keadaan kecemasan, apabila kepekatan glukosa dalam darah naik ke paras yang luar biasa (Kornberg, 2013).

Peraturan

Dalam glikolisis, tindak balas yang dipangkin oleh hexokinase, phosphofruktokinase dan piruvat kinase adalah praktikal tidak dapat dipulihkan; Oleh itu, diharapkan bahawa enzim ini mempunyai peranan pengawalan dan pemangkin. Malah, masing-masing berfungsi sebagai tapak kawalan.

Hexokinase dihalang oleh produknya, glukosa 6-fosfat. Kepekatan tinggi molekul ini menunjukkan bahawa sel tidak lagi memerlukan glukosa untuk tenaga, untuk penyimpanan sebagai glikogen, atau sebagai sumber prekursor biosintetik, dan glukosa akan ditinggalkan dalam darah.

Sebagai contoh, apabila phosphofructokinase tidak aktif, kepekatan fruktosa 6-fosfat bertambah.

Sebaliknya, tahap 6-fosfat glukosa bertambah kerana ia berada dalam keseimbangan dengan fruktosa 6-fosfat. Oleh itu, perencatan phosphofructokinase membawa kepada perencatan hexokinase.

Walau bagaimanapun, hati, menurut peranannya sebagai tahap monitor glukosa dalam darah, mempunyai hexokinase isozyme khusus dipanggil glucokinase tidak dihuni oleh glukosa 6-fosfat (JM Berg, 2002).

Hexokinase vs glucokinase

Hexokinase mempunyai empat isoform berbeza yang dipanggil I, II, III dan IV. Hexokinase isoforms I, II dan III mempunyai berat molekul kira-kira 100,000 dan monomer dalam kebanyakan keadaan.

Susunan asid amino isoforms I-III adalah sama dengan 70%. Sebaliknya, bahagian N- dan C-terminal dari I-III isoforms mempunyai urutan asid amino yang sama, mungkin akibat pertindihan gen dan perpaduan.

Isokom IV hexokinase (glucokinase) mempunyai berat molekul sebanyak 50,000, mirip dengan hexokinase ragi. Glukokinase menunjukkan persamaan turutan yang ketara dengan bahagian-bahagian N dan C-terminal dari I-III isoforms.

Walaupun persamaan urutan, ciri-ciri fungsi heksokinase isoforms berbeza dengan ketara.

Isoform I (selepas ini, hexokinase I) mengawal selekoh langkah glikolisis dalam otak dan sel darah merah.

Produk reaksi, glukosa-6-fosfat (Gluc-6-P), menghalang kedua-dua isoforms I dan II (tetapi bukan isoforms IV) pada peringkat mikromolar.

Walau bagaimanapun, fosfat anorganik (Pi) melegakan penghambatan Gluc-6-P dari hexokinase I.

Domain c-terminal hexokinase I mempunyai aktiviti pemangkin, sementara domain N-terminal itu sendiri tidak mempunyai aktiviti, tetapi terlibat dalam peraturan allosteric positif produk oleh Pi.

Sebaliknya, kedua-dua bahagian C dan N-terminal mempunyai aktiviti pemangkin yang boleh dibandingkan dalam isoform II.

Oleh itu, antara isoforms daripada hexokinase, hexokinase serebrum mempamerkan sifat peraturan unik di tahap fisiologi Pi boleh mengembalikan perencatan kerana tahap fisiologi Gluc - 6 - P (E Aleshin Alexander, 1998).

The hexokinases jenis I, II dan III boleh memfosforilasikan pelbagai gula hexose, termasuk glukosa, fruktosa dan mannose, dan oleh itu terlibat dalam beberapa laluan metabolik (Enzim glikolisis, S.F.).

Glucokinase hati berbeza daripada isoforms yang lain dalam tiga aspek:

• Ia adalah khusus untuk D-glukosa dan tidak bertindak dengan heksos lain
• Ia tidak dihalang oleh glukosa 6-fosfat
• Ia mempunyai satu Km lebih tinggi daripada isoforms lain (10mM vs 0.1mM) yang memberikan pertalian yang lebih rendah kepada substrat.

Glukokinase hepatik menjadi bermain apabila kepekatan gula darah tinggi, contohnya, selepas makan tinggi karbohidrat.

Glukokinase sangat penting dalam aspek lain: diabetes mellitus kekurangan penyakit.

Dalam penyakit ini, pancreas gagal untuk mengeluarkan insulin dalam jumlah normal, glukosa darah sangat tinggi dan sangat sedikit glikogen hati terbentuk (Lehninger, 1982).

Rujukan

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Mekanisme pengawalan hexokinase: pemahaman baru dari struktur kristal hexokinase otak manusia rekombinan yang kompleks dengan glukosa dan glukosa-6-fosfat. Struktur, Jilid 6, Keluaran 1, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T. J. (2002.). Edisi ke-5. New York :: W H Freeman.
3. Enzim Glikolisis. (S.F.). Pulih daripada ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, 22 Mei). Metabolisme Pulih dari britannica.com.
5. Lehninger, A. L. (1982). Prinsip-prinsip Biokimia. New York: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). HEXOKINASE. Diperolehi daripada chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, 20 Februari). Struktur dan Mekanisme Hexokinase. Pulih daripada proteopedia.org.