Heksokinazės (HK) yra fermentas, kuris katalizuoja pirmą reakciją glikolizinių keliu beveik visi gyvi organizmai, tiek prokariotų ir eukariotų. Ji yra atsakinga už fosforilo grupės pernešimą į gliukozę, gaminant gliukozės-6P, nors ji taip pat gali fosforilinti kitus cukraus heksozės (6 anglies atomus).
Šis fermentas priskiriamas vienai iš dviejų gliukozės kinazės fermentų šeimų (fermentų, pernešančių fosforilo grupes į substratus, tokius kaip gliukozė): heksokinazių (HK) šeima, kurios nariai yra suskirstyti į tris skirtingas grupes, žinomas kaip HK grupė, A ir B grupė.
Reakcija, katalizuojama fermento heksokinazės (Šaltinis: Jmun7616 per „Wikimedia Commons“)
HK šeimai priklausantiems fermentams būdinga fosforilinti gliukozę ATP sąskaita kaip fosforilo grupės donoro molekulę, o jos nariai skiriasi vienas nuo kito daugiausia savo molekulinio svorio ir substrato specifiškumo atžvilgiu.
HK grupei priklauso eukariotinių organizmų fermentai (ATP: D-heksozės 6-fosfotransferazės), o A grupei atstovauja gramneigiamos bakterijos, cianobakterijos, amitochondrijų protistai ir trypanosomatidai, o B grupei - fermentai. gramteigiamų bakterijų ir raguolių organizmų.
A ir B grupių fermentai taip pat žinomi kaip gliukokinazės (GlcKs), nes jie geba išskirtinai fosforilinti gliukozę, todėl šie fermentai vadinami ATP: D-gliukozės 6-fosfotransferazėmis.
Heksokinazė, kaip glikolitinis fermentas, turi didelę metabolinę reikšmę, nes be jo šis svarbus būdas nebūtų įmanomas, o ląstelės, labai priklausomos nuo angliavandenių vartojimo, tokios kaip daugelio žinduolių smegenys ir raumenų ląstelės, turėtų rimtų funkcinių ir fiziologinių kliūčių. bendras.
Struktūra
Kaip bus paaiškinta vėliau, žinduoliuose ir kituose stuburiniuose gyvūnuose (taip pat vienaląsčiuose organizmuose, pavyzdžiui, mielėse) yra įvairių tipų heksokinazės fermentų. Žinduoliams aprašytos keturios: I, II, III ir IV izoformos.
Pirmieji trys izozimai turi 100 kDa molekulinę masę, bet IV izozimas turi 50 kDa. Šie izofermentai (ypač I-III) pasižymi dideliu sekų panašumu vienas su kitu C- ir N-galuose, taip pat su kitais heksokinazių šeimos nariais.
Šių fermentų N-galinis domenas laikomas „reguliuojančiu“ domenu, o katalizinį aktyvumą vykdo C-galinis domenas (žinduolių HK II turi aktyvias vietas abiejuose domenuose).
N-galinis domenas yra sujungtas su C-galiniu domenu per alfa spiralę, kurių kiekvieno molekulinė masė yra maždaug 50 kDa, ir ji turi gliukozės surišimo vietą.
Sukeltas fermento heksokinazės tinkamumo modelis (atsižvelgiant į jo du substratus: ATP ir gliukozę) (Šaltinis: Thomas Shafee per „Wikimedia Commons“)
Trečioji šių fermentų struktūra iš esmės sudaryta iš β sulankstytų lakštų, sumaišytų su alfa spiralėmis, kurių dalis skiriasi atsižvelgiant į fermentą ir nagrinėjamą rūšį; ATP, kito heksokinazės substrato, rišimo vieta paprastai yra sudaryta iš penkių β lakštų ir dviejų alfa spiralių.
funkcijos
Heksokinazė atlieka transcendentinę funkciją daugumos gyvų būtybių angliavandenių apykaitoje, nes ji katalizuoja pirmąjį glikolitinio kelio žingsnį, tarpininkaujant gliukozės fosforilinimui ląstelės viduje.
Šis pirmasis glikolizės etapas, kurį sudaro fosforilo grupės perkėlimas iš ATP (donoro) į gliukozę, gaunant gliukozės 6-fosfatą ir ADP, yra pirmasis iš dviejų investavimo į energiją ATP pavidalu.
Be to, reakcija, katalizuojama heksokinazės, yra gliukozės „aktyvavimo“ žingsnis vėlesniam jos perdirbimui ir yra „įsipareigojimo“ žingsnis, nes tokiu būdu fosforilinta gliukozė negali palikti ląstelės per įprastus nešiklius membranoje. plazmatinis.
Reakcijos produktas, katalizuojamas heksokinazės, tai yra, gliukozės 6-fosfatas, yra šakos taškas, nes jis yra pirmasis substratas, naudojamas pentozės fosfato kelyje ir daugelio gyvūnų (ir glikogeno) sintezėje. krakmolas augaluose).
Augaluose
Heksokinazės funkcija augaluose nelabai skiriasi nuo gyvūnų ar mikroorganizmų, tačiau aukštesniuose augaluose šis fermentas taip pat veikia kaip cukraus jutiklio „jutiklis“.
Šios funkcijos svarba šiuose organizmuose yra susijusi su cukrų, kaip reguliuojančių veiksnių, reiškiančių genų, dalyvaujančių skirtinguose medžiagų apykaitos procesuose, kaip antai:
- Fotosintezė
- Glioksilato ciklas
- Kvėpavimas
- krakmolo ir sacharozės skaidymas arba sintezė
- Azoto apykaita
- Apsauga nuo patogenų
- Ląstelių ciklo reguliavimas
- Gydantis atsakas
- Pigmentacija
- Senescencija, be kita ko.
Ši heksokinazės kaip tarpląstelinės gliukozės kiekio „jutiklio“ funkcija taip pat aprašyta mielėms ir žinduoliams.
Formos
Gamtoje yra įvairių formų heksokinazių ir tai iš esmės priklauso nuo nagrinėjamų rūšių.
Pavyzdžiui, žmonėms ir kitiems stuburiniams gyvūnams citozoliniame skyriuje buvo įrodyta, kad yra keturios skirtingos fermento heksokinazės izoformos, kurios žymimos romėniškais skaitmenimis I, II, III ir IV.
I, II ir III izofermentų molekulinė masė yra 100 kDa, juos slopina jų reakcijos produktas (gliukozės 6-fosfatas) ir jie yra labai susiję su gliukoze, tai yra, jie turi labai mažą Km konstantą. Tačiau šie fermentai pasižymi prastu substrato specifiškumu, nes gali fosforilinti kitas heksozes, tokias kaip fruktozė ir manozė.
Izofermentas IV, taip pat žinomas kaip gliukokinazė (GlcK), turi tik 50 kDa molekulinę masę ir, nepaisant silpno ryšio (didelės Km vertės), jis turi didelę specifiką gliukozei kaip substratui ir nėra jiems veikiamas. reguliavimo mechanizmai nei kiti trys izofermentai.
Gliukokinazė (daugelio žinduolių heksokinazės IV izofermentas IV) daugiausia randama kepenyse ir padeda šiam organui „pakoreguoti“ gliukozės vartojimo greitį, atsižvelgiant į šio substrato pokyčius kraujyje.
Atrodo, kad trys genai, koduojantys gyvūnus heksokinazės I, II ir III, turi tą patį 50 kDa protėvį, kuris buvo dubliuotas ir sulietas genome. Tai atrodo akivaizdu, kai pastebima, kad I ir III formų katalitinis aktyvumas III yra tik C-terminalo gale.
Nuorodos
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Gliukozės apykaita ir reguliavimas: ne tik insulinas ir gliukagonas. Diabeto spektras, 17 (3), 183–190.
- Harrington, GN, ir Bushas, DR (2003). Bifunkcinis heksokinazės vaidmuo metabolizme ir gliukozės signalizacijoje. „The Plant Cell“, 15 (11), 2493–2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Aukštesnių augalų heksokinazė kaip cukraus jutiklis. Augalų ląstelė, 9 (1), 5–19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hipotezė: gliukozės kinazių struktūra, raida ir protėvis heksokinazių šeimoje. Žurnalas „Bioscience and Bioengineering“, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biochemija.
- Wilsonas, JE (2003). Žinduolių heksokinazės izofermentai: struktūra, tarpląstelinė lokalizacija ir metabolinė funkcija. Žurnalas „Experimental Biology“, 206 (12), 2049–2057.