Heksokinazne (HK) je encim, ki katalizira prvo reakcijo glikolitski poti v skoraj vseh živih organizmov, tako prokariontih in evkariontih. Odgovoren je za prenos fosforilne skupine v glukozo, pri čemer nastaja glukoza-6P, čeprav lahko fosforilira tudi druge heksoze sladkorja (6 ogljikovih atomov).
Ta encim je razvrščen v eno od dveh družin encimov glukozne kinaze (encimi, ki prenašajo fosforilne skupine na substrate, kot je glukoza): družina heksokinaz (HK), katerih člani so razdeljeni na tri različne skupine, znane kot skupina HK, skupina A in skupina B.
Reakcija, ki jo katalizira encim hekokinaza (Vir: Jmun7616 prek Wikimedia Commons)
Za encime družine HK je značilno, da fosforilirajo glukozo na račun ATP kot molekule darovalke fosforilne skupine, njeni člani pa se med seboj razlikujejo predvsem glede na njihovo molekulsko maso in specifičnost substrata.
V skupino HK spadajo encimi evkariontskih organizmov (ATP: D-heksoza 6-fosfotransferaze), skupino A pa predstavljajo encimi gram-negativnih bakterij, cianobakterij, amitohondriatnih protitistov in tripanosomatidov, skupina B pa encime gram-pozitivnih bakterij in krenahejskih organizmov.
Encima skupine A in B sta poznana tudi kot glukokinaze (GlcKs), saj sta sposobna izključno fosforiliranja glukoze, zato se ti encimi imenujejo ATP: D-glukoza 6-fosfotransferaze.
Kot glikolitični encim ima hekokinaza velik metabolični pomen, saj brez nje ta pomembna pot ne bi bila mogoča in bi celice, ki so močno odvisne od porabe ogljikovih hidratov, kot so možgani in mišične celice mnogih sesalcev, imele resne funkcionalne in fiziološke ovire pri splošno.
Struktura
Kot bomo videli kasneje, obstajajo različne vrste encimov hekokinaze pri sesalcih in drugih vretenčarjih (pa tudi v enoceličnih organizmih, kot je kvas). Pri sesalcih so bili opisani štirje: izoformi I, II, III in IV.
Prvi trije izocimi imajo 100 kDa molekulsko maso, izozim IV pa 50 kDa. Ti izoencimi (zlasti I-III) imajo med seboj veliko podobnost zaporedja glede C- in N-terminija ter z drugimi člani družine hekokinaz.
N-terminalna domena teh encimov se šteje za "regulativno" domeno, medtem ko katalitično aktivnost izvaja C-terminalna domena (sesalnik HK II ima aktivna mesta v obeh domenah).
N-terminalna domena je povezana s C-terminalno domeno prek alfa vijačnice, pri čemer ima vsaka približno 50 kDa molekulske mase in ima vezno mesto za glukozo.
Indukcijsko ustrezen model za encim hekokinazo (glede na njegova dva substrata: ATP in glukozo) (Vir: Thomas Shafee prek Wikimedia Commons)
Terciarna struktura teh encimov je v bistvu sestavljena iz β prepognjenih listov, pomešanih z alfa vijaki, katerih delež se razlikuje glede na encim in zadevne vrste; Mesto vezave za ATP, drugi substrat za hekokinazo, je običajno sestavljeno iz petih listov in dveh alfa vijačnic.
Lastnosti
Hekokinaza ima transcendentalno funkcijo pri presnovi ogljikovih hidratov večine živih bitij, saj katalizira prvi korak glikolitične poti in posreduje fosforilacijo glukoze znotraj celice.
Ta prvi korak glikolize, ki je sestavljen iz prenosa fosforilne skupine iz ATP (darovalke) v glukozo, pri čemer dobimo 6-fosfat in ADP glukoze, je prvi od dveh korakov naložbe energije v obliki ATP.
Poleg tega je reakcija, ki jo katalizira hekokinaza, korak "aktivacije" glukoze za njeno nadaljnjo predelavo in predstavlja korak "zavezanosti", saj tako fosforilirana glukoza ne more zapustiti celice s svojimi običajnimi transporterji v membrani. plazmatična.
Produkt reakcije, ki jo katalizira hekokinaza, to je glukozni 6-fosfat, je vejna točka, saj je prvi substrat, ki se uporablja pri pentoznem fosfatu in pri sintezi glikogena pri mnogih živalih (in škrob v rastlinah).
V rastlinah
Funkcija hekokinaze v rastlinah ni zelo drugačna od funkcije živali ali mikroorganizmov, vendar v višjih rastlinah ta encim deluje tudi kot "senzor" koncentracije sladkorjev.
Pomen te funkcije pri teh organizmih je povezan s sodelovanjem sladkorjev kot regulativnih dejavnikov pri izražanju genov, ki so vključeni v različne presnovne procese, kot so:
- fotosinteza
- Cikel glioksilata
- Dihanje
- razgradnja ali sinteza škroba in saharoze
- Presnova dušika
- obramba pred patogeni
- uravnavanje celičnega cikla
- Zdravilni odziv
- Pigmentacija
- Senescence, med drugim.
Ta funkcija hekokinaze kot "senzorja" količine znotrajcelične glukoze je bila opisana tudi za kvas in sesalce.
Oblike
V naravi obstajajo različne oblike hekokinaz in to je v glavnem odvisno od obravnavanih vrst.
Pri človeku in drugih vretenčarjih je na primer prikazan obstoj 4 različnih izoform encima hekokinaza v citosolnem oddelku, ki jih označujejo rimske številke I, II, III in IV.
Izoencimi I, II in III imajo molekulsko maso 100 kDa, jih inhibira njihov reakcijski produkt (glukozni 6-fosfat) in so zelo povezani z glukozo, torej imajo zelo nizko konstanto Km. Vendar imajo ti encimi slabo substratnost, zato lahko fosforilirajo druge heksoze, kot sta fruktoza in manoza.
Izoencim IV, znan tudi kot glukokinaza (GlcK), ima le 50 kDa molekulske mase in ima kljub temu slabo povezanost (visoke vrednosti Km) visoko specifičnost glukoze kot substrata in jim ni izpostavljen regulativni mehanizmi kot ostali trije izoencimi.
Glukokinaza (izoencim IV hekokinaze mnogih sesalcev) se nahaja predvsem v jetrih in pomaga temu organu pri "prilagajanju" hitrosti porabe glukoze kot odziva na nihanja tega substrata v krvi v obtoku.
Tri gene, ki kodirajo heksokinazo I, II in III pri živalih, imajo iste prednike 50 kDa, ki so bili podvojeni in spojeni v genomu, kar se zdi očitno, ko opazimo, da katalitična aktivnost oblik I in III prebiva samo na koncu C-terminala.
Reference
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Presnova in regulacija glukoze: izven insulina in glukagona. Diabetesni spekter, 17 (3), 183–190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Bifunkcionalna vloga hekokinaze v presnovi in signalizaciji glukoze. Rastlinska celica, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Hekokinaza kot senzor za sladkor v višjih rastlinah. Rastlinska celica, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hipoteza: strukture, evolucija in prednik glukoznih kinaz v družini hekokinaz. Časopis za bioznanost in bioinženiring, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biokemija.
- Wilson, JE (2003). Izocimi heksokinaze sesalcev: zgradba, podcelična lokalizacija in presnovna funkcija. Časopis za eksperimentalno biologijo, 206 (12), 2049–2057.