Vad är hexokinas?
Hexokinas är ett protein som är klassificerat i huvudgruppen för ett transferasenzym, vilket är ganska viktigt i ämnesomsättningen hos levande varelser.
Hexokinas är det första enzymet i den glykolytiska vägen och omvandlar glukos till glukos-6-fosfat. Det använder ATP för att fosforylera 6-hydroxylgruppen av glukos och hämmas av dess produkt, glukos-6-fosfat. Det lider också av positiv allosterisk reglering av fosfat.
Således reglerar hexokinas flödet av glukos i energimetabolismen i hjärnan och röda blodkroppar.
Glukos-6-fosfat och glukos binder synergistiskt till hexokinas, liksom glukos och oorganiskt fosfat.
Fosfat spelar en liten roll i regleringen av hexokinas vid andning, eftersom glykolys begränsas av glukosförsörjningen.
Under perioder med syreberoende måste mer ATP härröra från glykolys eftersom pyruvat bildar mjölksyra istället för att gå in i Kreb-cykeln.
När den extracellulära glukoskoncentrationen är ca 5 mM ökar flödet genom den glykolytiska vägen upp till 100% kapacitet.
Detta inträffar när glukostransportören av hjärnvävnad höjer intracellulära glukoskoncentrationer med 50 gånger och det finns en mekanism för att kompensera de hämmande effekterna av glukos-6-fosfat på hexokinas.
Egenskaper för hexokinas
Hexokinas är en stor homodimer bestående av 920 aminosyror i varje kedja. Eftersom båda trådarna är identiska kommer en kedja att observeras.
Här är en vy av den färgade strukturen från ljusare till mörkare i den N-terminala till C-terminala riktningen.
Enzymet består av många alfa-helixer och betablad. Alfa-helixerna bildas av en spiral-spiral-spiralstruktur, och en närmare titt på beta-arken indikerar att de bildar ett öppet alfa- / beta-ark.
Hexokinas kan binda till två ligander, glukos och glukos-6-fosfat. Glukos är bunden så att glykolys kan inträffa, och glukos-6-fosfat binds som en allosterisk hämmare. Det kan också vara användbart att se denna struktur i stereo (Schroering, 2013).
Den tertiära strukturen av hexokinas innefattar ett öppet alfa / beta-ark. Det finns en stor variation i samband med denna struktur.
Den består av fem beta-lakan och tre alfa-helixer. I det här öppna alfa- / beta-arket är fyra av betabladen parallella och en i de parallella riktningarna.
Alfa-helixerna och beta-looparna ansluter beta-arken till att producera detta alfa / beta-öppna ark. Klyftan indikerar ATP-bindningsdomänen för detta glykolytiska enzym (Schneeberger, 1999).
reaktion
För att erhålla ett netto ATP-utbyte från glukoskatabolismen är det först nödvändigt att vända ATP.
Under steget reagerar alkoholgruppen i position 6 i glukosmolekylen lätt med den terminala fosfatgruppen av ATP, vilket bildar glukos-6-fosfat och ADP.
För bekvämligheten representeras fosforylgruppen (PO32-) av Ⓟ. Eftersom minskningen av fri energi är så stor är denna reaktion praktiskt taget irreversibel under fysiologiska förhållanden.
Vid djur katalyseras denna fosforylering av glukos, som producerar glukos 6-fosfat, av två olika enzymer.
I de flesta celler ger en hexokinas med hög affinitet för glukos reaktionen.
Dessutom innehåller levern en glukokinas (isoform IV av hexokinas), vilket kräver en mycket högre koncentration av glukos innan den reagerar.
Glukokinas fungerar endast i nödsituationer, när koncentrationen av glukos i blodet stiger till onormalt höga nivåer (Kornberg, 2013).
reglering
I glykolys är reaktionerna som katalyseras av hexokinas, fosfofructokinas och pyruvatkinas praktiskt taget irreversibla; Det förväntas därför att dessa enzymer har både reglerande och katalytiska roller. Faktum är att varje av dem fungerar som en kontrollplats.
Hexokinas inhiberas av sin produkt, glukos 6-fosfat. Höga koncentrationer av denna molekyl indikerar att cellen inte längre kräver glukos för energi, för lagring som glykogen eller som en källa till biosyntetiska prekursorer, och glukos kommer att lämnas i blodet.
När exempelvis fosfofructokinas är inaktiv ökar koncentrationen av fruktos-6-fosfat.
I sin tur ökar glukos 6-fosfatnivån eftersom den är i jämvikt med fruktos 6-fosfat. Därför leder hämningen av fosfofructokinas till inhiberingen av hexokinas.
Leveren har emellertid i enlighet med sin roll som övervakning av blodglukosnivåer ett specialiserat isozym av hexokinas som kallas glukokinas, som inte hämmas av glukos-6-fosfat (Berg JM, 2002.).
Hexokinas vs glukokinas
Hexokinas har fyra olika isoformer som heter I, II, III och IV. Hexokinas-isoformer I, II och III har molekylvikter av cirka 100 000 och är monomerer under de flesta förhållanden.
Aminosyrasekvenserna av isoformerna I-III är identiska med 70%. Å andra sidan har de N- och C-terminala delarna av I-III-isoformerna liknande aminosyrasekvenser, förmodligen som ett resultat av gendubbling och fusion.
Isoformen IV av hexokinas (glukokinas) har en molekylvikt av 50 000, liknande den hos jästhexokinas. Glukokinas visar en signifikant sekvenslikhet med de N och C-terminala halvorna av isoformerna I-III.
Trots sekvenslikheter skiljer sig de funktionella egenskaperna hos hexokinas-isoformer signifikant.
Isoform I (härefter hexokinas I) reglerar begränsningssteget för glykolys i hjärnan och röda blodkroppar.
Reaktionsprodukten glukos-6-fosfat (Gluc-6-P) inhiberar både isoformer I och II (men inte IV-isoform) vid mikromolära nivåer.
Oorganiskt fosfat (Pi) lindrar emellertid inhiberingen av Gluc-6-P från hexokinas I.
Den C-terminala domänen för hexokinas I har katalytisk aktivitet, medan den N-terminala domänen självt inte har någon aktivitet men är involverad i den positiva allosteriska regleringen av produkten med Pi.
Däremot har både de C- och N-terminala delarna jämförbar katalytisk aktivitet i isoform II.
Sålunda uppvisar cerebral hexokinas uppvisande unika reglerande egenskaper bland hexokinas-isoformer, i vilka fysiologiska nivåer av Pi kan reversera inhibering på grund av fysiologiska nivåer av Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998).
Hexokineser av typ I, II och III kan fosforylera en mängd olika hexosocker, inkluderande glukos, fruktos och mannos, och som sådana är involverade i ett antal metaboliska vägar (enzymer av glykolys, SF).
Leverans glukokinas skiljer sig från de andra isoformerna i tre aspekter:
- Det är specifikt för D-glukos och fungerar inte med andra hexoser
- Det hämmas inte av glukos 6-fosfat
- Den har en Km högre än de andra isoformerna (10mM vs 0, 1mM) vilket ger en lägre affinitet till substratet.
Hepatisk glukokinas kommer till spel när koncentrationen av blodsocker är hög, till exempel efter en måltid rik på kolhydrater.
Glukokinas är mycket viktig i en annan aspekt: diabetes mellitus är bristfällig i sjukdomen.
I denna sjukdom misslyckas bukspottkörteln att utsöndra insulin i normala mängder, blodglukosen är mycket hög och mycket liten leverglykogen bildas (Lehninger, 1982).
