Hexokinase (HK) הוא אנזים המזרז את התגובה הראשונה של מסלול הגליקוליזה כמעט בכל היצורים החיים, הן פרוקריוטים ואיקריוטים. זה אחראי להעברת קבוצת פוספוריל לגלוקוז, לייצור גלוקוז -6P, אם כי הוא יכול גם לזרחן hexoses מסוכרים אחרים (6 אטומי פחמן).
אנזים זה מסווג בתוך אחת משתי המשפחות של אנזימי גלוקוז קינאז (אנזימים שמעבירים קבוצות פוספוריאל למצעים כמו גלוקוז): משפחת הקסוקינאז (HK), שחבריה מחולקים לשלוש קבוצות שונות המכונות קבוצת HK, קבוצה א 'וקבוצה ב'.
תגובה מנותזת על ידי האנזים הקסוקינאז (מקור: Jmun7616 דרך Wikimedia Commons)
האנזימים השייכים למשפחת HK מאופיינים בגלוקוז זרחני על חשבון ATP כמולקולת תורמת של קבוצת פוספורי, וחבריה נבדלים זה מזה בעיקר ביחס למשקל המולקולרי שלהם ולסגוליות המצע.
קבוצת HK כוללת את האנזימים של אורגניזמים אוקראוטיים (ATP: D-hexose 6-phosphotransferases), בעוד שקבוצה A מיוצגת על ידי אנזימים של חיידקים גרם-שליליים, ציאנובקטריה, פרוטיסטים של אמיטוכונדריאט וטריפנוסומטידים, וקבוצה B מכילה את האנזימים. של חיידקים גרם-חיוביים ואורגניזמים בסרטן.
האנזימים מקבוצות A ו- B ידועים גם כגלוקוקינאזים (GlcKs), מכיוון שהם מסוגלים להפיץ גלוקוז באופן בלעדי, וזו הסיבה שאנזימים אלו נקראים ATP: D-glucose 6-phosphotransferases.
כאנזים גליקוליטי, יש להקסוקינאז חשיבות מטבולית רבה, שכן בלעדיו מסלול חשוב זה לא יתאפשר ותאים תלויים מאוד בצריכת פחמימות, כמו מוח ותאי שריר של יונקים רבים, היו בעלי מכשולים תפקודיים ופיזיולוגיים רציניים אצל כללי.
מִבְנֶה
כפי שנראה בהמשך, סוגים שונים של אנזימי הקסוקינאז קיימים אצל יונקים וחולייתנים אחרים (כמו גם באורגניזמים חד-תאיים כמו שמרים). ארבעה תוארו ביונקים: איזופורמים I, II, III ו- IV.
לשלושת האיזוזימים הראשונים יש משקל מולקולרי של 100 kDa, אולם לאיזוזימיה הרביעית יש 50 kDa. איזינוזימים אלה (במיוחד I-III) מראים דמיון רב רצף זה לזה ביחס לטרמי C- וה- N שלהם, כמו גם עם שאר בני משפחת הקסוקינאז.
התחום הטרמינלי של אנזימים אלו נחשב לתחום ה"רגולטורי ", בעוד שהפעילות הקטליטית מתבצעת על ידי התחום הסופי C (ל- HK II של יונקים אתרים פעילים בשני התחומים).
התחום ה- N-terminal מקושר לתחום C-terminal דרך סליל אלפא, לכל אחד מהם כ -50 kDa במשקל מולקולרי ובעל אתר מחייב לגלוקוזה.
מודל התאמה מושרש לאנזים הקסוקינאז (ביחס לשני המצעים שלו: ATP וגלוקוזה) (מקור: תומאס שייפי באמצעות ויקימדיה Commons)
המבנה השלישוני של אנזימים אלה מורכב בעיקרו מגיליונות מקופלים עם β מעורבבים עם מסני אלפא, ששיעורם משתנה ביחס לאנזים ולמין המדובר; אתר הכריכה ל- ATP, המצע האחר להקסוקינאז, מורכב בדרך כלל מחמש גיליונות β ושני מסות אלפא.
מאפיינים
להקסוקינאז יש תפקיד טרנסצנדנטלי בחילוף החומרים הפחמימות של רוב היצורים החיים, מכיוון שהוא מזרז את הצעד הראשון במסלול הגליקוליטי, ומתווך לזרחן של הגלוקוזה בתא.
השלב הראשון הזה של הגליקוליזה, המורכב מהעברת קבוצת פוספוריל מ- ATP (תורם) לגלוקוז, ומניב גלוקוז 6-פוספט ו- ADP, הוא הראשון מבין שני שלבי ההשקעה באנרגיה בצורה של ATP.
יתרה מזאת, התגובה המנותזת על ידי הקסוקינאז היא שלב "הפעלה" של גלוקוז לצורך עיבודו לאחר מכן ומייצגת שלב של "התחייבות", מכיוון שהגלוקוזה המופרזת כך אינו יכול לעזוב את התא באמצעות הובילים המקובלים שלו בקרום. פלסמטי.
תוצר התגובה המוזרז על ידי הקסוקינאז, כלומר גלוקוז 6-פוספט, הוא נקודת ענף, מכיוון שהוא המצע הראשון המשמש במסלול פוספט פנטוז ובסינתזה של גליקוגן אצל בעלי חיים רבים ( עמילן בצמחים).
בצמחים
תפקודו של הקסוקינאז בצמחים אינו שונה מאוד מתפקודם של בעלי חיים או מיקרואורגניזמים, אולם בצמחים גבוהים יותר אנזים זה מתפקד גם כ"חיישן "של ריכוז הסוכרים.
החשיבות של פונקציה זו באורגניזמים אלה קשורה להשתתפות הסוכרים כגורמים רגולטוריים לביטוי גנים המעורבים בתהליכים מטבוליים שונים כגון:
- פוטוסינתזה
- מחזור הגליוקסילט
- הנשימה
- השפלה או סינתזה של עמילן וסוכרוז
- מטבוליזם חנקן
- הגנה מפני פתוגנים
- ויסות מחזור התא
- התגובה המרפאה
- פיגמנטציה
- מאוחר יותר.
פונקציה זו של הקסוקינאז כ"חיישן "של כמות הגלוקוז התוך תאי תוארה גם עבור שמרים ויונקים.
צורות
בטבע יש צורות שונות של הקסוקינזות וזה תלוי ביסודו במין הנחשב.
אצל אנשים ובעלי חיים בעלי חוליות אחרות, למשל, הוכח קיומם של 4 איזופורמות שונות של האנזים הקסוקינאז בתא הציטוזולי, שהוגדרו על ידי המספרים הרומאים I, II, III ו- IV.
לאיזונזימים I, II ו- III יש משקל מולקולרי של 100 kDa, הם מונעים על ידי תוצר התגובה שלהם (גלוקוז 6-פוספט) והם קשורים מאוד לגלוקוז, כלומר יש להם קבוע של קמ 'נמוך מאוד. עם זאת, לאנזימים אלה יש ספציפיות מצע לקויה, היכולים לזרחן hexoses אחרים כמו פרוקטוז ומאנוזה.
לאיזואנזים IV, הידוע גם בשם גלוקוקינאז (GlcK), יש רק 50 kDa במשקל מולקולרי, ולמרות היותו קשור בצורה גרועה (ערכים גבוהים של Km), יש לו סגוליות גבוהה לגלוקוז כמצע ואינו כפוף להם מנגנונים רגולטוריים משלושת האזנוזימים האחרים.
הגלוקוקינאז (איזינוזים IV מההקסוקינאז של יונקים רבים) נמצא בעיקר בכבד ומסייע לאיבר זה "להתאים" את קצב צריכת הגלוקוז שלו בתגובה לשונות במצע זה בדם המסתובב.
נראה כי לשלושת הגנים המקודדים להקסוקינאז I, II ו- III אצל בעלי חיים יש את אותו אב קדמון של 50 kDa ששוכפל והתמזג בגנום, ונראה כי ניתן לראות כי הפעילות הקטליטית של צורות I ו- III שוכן רק בקצה מסוף C.
הפניות
- ארונוף, ס.ל., ברקוביץ, ק., שריינר, ב., ורצה, ל. (2004). מטבוליזם גלוקוז וויסות: מעבר לאינסולין וגלוקגון. ספקטרום סוכרת, 17 (3), 183-190.
- הרינגטון, GN, & Bush, DR (2003). תפקידו הדו-פונקציונאלי של הקסוקינאז במטבוליזם ובאותות גלוקוז. תא הצמחים, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., and Sheen, J. (1997). הקסוקינאז כחיישן סוכר בצמחים גבוהים יותר. תא הצמחים, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). השערה: מבנים, אבולוציה ואב קדמון של גלוקוז קינאזות במשפחת הקסוקינאזיות. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). ואן הולדה. בִּיוֹכִימִיָה.
- וילסון, ג'יי (2003). איזוזימים של הקסוקינאז של יונקים: מבנה, לוקליזציה תת-תאי ותפקוד מטבולי. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.