Hexochinaza (HK) este enzima care catalizează prima reacție a căii glicolitice practic în toate organismele vii, atât procariote și eucariote. Este responsabil pentru transferul unei grupe fosforil în glucoză, producând glucoză-6P, deși poate fosforila și alte hexoze cu zaharuri (6 atomi de carbon).
Această enzimă este clasificată în una dintre cele două familii de enzime glucoza kinază (enzime care transferă grupările fosforil în substraturi cum ar fi glucoza): familia hexokinazei (HK), ai cărei membri sunt subdivizați în trei grupe diferite cunoscute sub numele de grupul HK, grupa A și grupa B.
Reacție catalizată de enzima hexokinaza (Sursa: Jmun7616 prin Wikimedia Commons)
Enzimele aparținând familiei HK se caracterizează prin glucoza fosforilantă în detrimentul ATP ca moleculă donatoare a grupei fosforil, iar membrii săi diferă unul de celălalt, în special în ceea ce privește greutatea lor moleculară și specificul substratului.
Grupa HK include enzimele organismelor eucariote (ATP: D-hexoza 6-fosfotransferazele), în timp ce grupa A este reprezentată de enzimele bacteriilor gram-negative, cianobacterii, protistii amitochondriți și trypanosomatide, iar grupa B conține enzimele de bacterii gram-pozitive și organisme crenachea.
Enzimele grupelor A și B sunt cunoscute și sub denumirea de glucokinaze (GlcKs), deoarece acestea sunt capabile să fosforileze glucoza exclusiv, motiv pentru care aceste enzime sunt denumite ATP: D-glucoză 6-fosfotransferaze.
Ca enzimă glicolitică, hexokinaza are o importanță metabolică mare, deoarece fără ea această cale importantă nu ar fi posibilă și celulele foarte dependente de consumul de carbohidrați, cum ar fi creierul și celulele musculare ale multor mamifere, ar avea impedimente funcționale și fiziologice grave în general.
Structura
După cum se va vedea mai târziu, există diferite tipuri de enzime hexokinaza la mamifere și alte vertebrate (precum și în organisme unicelulare, cum ar fi drojdia). Patru au fost descrise la mamifere: izoforme I, II, III și IV.
Primele trei izozime au greutate moleculară de 100 kDa, dar izozima IV are 50 kDa. Aceste izoenzime (în special I-III) prezintă o asemănare înaltă a secvenței unele cu altele în ceea ce privește extremitățile lor C și N, precum și cu alți membri ai familiei hexokinazei.
Domeniul N-terminal al acestor enzime este considerat domeniul "regulator", în timp ce activitatea catalitică este realizată de domeniul C-terminal (mamifer HK II are site-uri active în ambele domenii).
Domeniul N-terminal este legat de domeniul C-terminal printr-o helixă alfa, fiecare având aproximativ 50 kDa în greutate moleculară și are un loc de legare pentru glucoză.
Model de potrivire indusă pentru enzima hexokinază (în ceea ce privește cele două substraturi ale acesteia: ATP și glucoză) (Sursa: Thomas Shafee prin Wikimedia Commons)
Structura terțiară a acestor enzime este compusă în esență de foi pliate β amestecate cu elice alfa, a căror proporție variază în raport cu enzima și speciile în cauză; Locul de legare pentru ATP, celălalt substrat pentru hexokinază, este de obicei compus din cinci foi β și două elice alfa.
Caracteristici
Hexokinasa are o funcție transcendentală în metabolismul carbohidraților din majoritatea ființelor vii, deoarece catalizează primul pas al căii glicolitice, medierea fosforilării glucozei în interiorul celulei.
Această primă etapă a glicolizei, care constă în transferul unei grupări fosforil de la ATP (donator) la glucoză, care produce glucoză 6-fosfat și ADP, este primul dintre cele două etape de investiții energetice sub formă de ATP.
Mai mult, reacția catalizată de hexokinază este etapa de „activare” a glucozei pentru prelucrarea sa ulterioară și reprezintă un pas de „angajament”, deoarece glucoza astfel fosforilată nu poate părăsi celula prin intermediul transportorilor convenționali în membrană. plasmatica.
Produsul reacției catalizate de hexokinaza, adică glucoza 6-fosfat, este un punct de ramură, deoarece este primul substrat utilizat pe calea fosfatului pentoză și în sinteza glicogenului la multe animale (și amidon în plante).
În plante
Funcția hexokinazei la plante nu este foarte diferită de cea a animalelor sau a microorganismelor, cu toate acestea, la plantele superioare această enzimă funcționează și ca „senzor” al concentrației de zaharuri.
Importanța acestei funcții în aceste organisme are legătură cu participarea zaharurilor ca factori regulatori în exprimarea genelor care sunt implicate în diferite procese metabolice precum:
- Fotosinteza
- Ciclul glicoxilatului
- Respirația
- Degradarea sau sinteza amidonului și zaharozei
- Metabolizarea azotului
- Apărare împotriva agenților patogeni
- Reglarea ciclului celular
- Răspunsul vindecător
- Pigmentare
- Senescența, printre altele.
Această funcție a hexokinazei ca „senzor” a cantității de glucoză intracelulară a fost descrisă și pentru drojdie și mamifere.
forme
În natură există diferite forme de hexokinaze și acest lucru depinde fundamental de speciile luate în considerare.
La om și alte animale vertebrate, de exemplu, s-a demonstrat existența a 4 izoforme diferite ale enzimei hexokinaza în compartimentul citosolic, care au fost notate de numerele I, II, III și IV romane.
Izoenzimele I, II și III au o greutate moleculară de 100 kDa, sunt inhibate de produsul lor de reacție (glucoza 6-fosfat) și sunt foarte legate de glucoză, adică au o constantă Km foarte mică. Totuși, aceste enzime au o specificitate slabă a substratului, fiind capabile să fosforileze alte hexoze, cum ar fi fructoza și manoza.
Izoenzima IV, cunoscută și sub denumirea de glucokinază (GlcK), are doar 50 kDa în greutate moleculară și, deși este slab legată (valori mari ale Km), are o specificitate ridicată pentru glucoză ca substrat și nu este supusă acestora mecanisme de reglementare decât celelalte trei izoenzime.
Glucokinaza (izoenzima IV a hexokinazei a multor mamifere) se găsește în principal în ficat și ajută acest organ în „ajustarea” ratei consumului de glucoză, ca răspuns la variațiile acestui substrat din sângele care circulă.
Cele trei gene care codifică hexokinaza I, II și III la animale par să aibă același strămoș de 50 kDa care a fost duplicat și fuzionat în genom, ceea ce pare evident atunci când se observă că activitatea catalitică a formelor I și III se află doar la capătul C-terminal.
Referințe
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Metabolizarea și reglementarea glucozei: dincolo de insulină și glucagon. Spectrul diabetului, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Rolul bifuncțional al hexokinazei în metabolism și semnalizarea glucozei. The Cell Cell, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Hexokinaza ca senzor de zahăr la plantele superioare. Celula vegetală, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Ipoteză: structuri, evoluție și strămoș al glucozei kinazelor din familia hexokinazei. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biochimie.
- Wilson, JE (2003). Izozimele hexokinazei mamifere: structură, localizare subcelulară și funcție metabolică. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.