Heksokināzes (HK) ir ferments, kas katalizē pirmo reakciju glycolytic ceļa, kas praktiski visos dzīvajos organismos, gan uz prokariotiem un eikariotiem. Tas ir atbildīgs par fosforilgrupas pārnešanu uz glikozi, veidojot glikozes-6P, kaut arī tas var fosforilēt arī citus cukuru heksozes (6 oglekļa atomus).
Šis ferments ir klasificēts vienā no divām glikozes kināzes enzīmu grupām (fermenti, kas pārnes fosforilgrupas uz substrātiem, piemēram, glikozei): heksokināžu (HK) saime, kuras locekļi ir sadalīti trīs dažādās grupās, kuras sauc par HK, grupa A un B grupa
Reakcija, ko katalizē enzīms heksokināze (Avots: Jmun7616 caur Wikimedia Commons)
Fermentus, kas pieder HK saimei, raksturo glikozes fosforilēšana uz ATP rēķina kā fosforilgrupas donora molekulu, un tās locekļi atšķiras viens no otra galvenokārt pēc to molekulmasas un substrāta īpatnībām.
HK grupā ietilpst eikariotu organismu enzīmi (ATP: D-heksozes 6-fosfotransferāzes), savukārt A grupu pārstāv gramnegatīvu baktēriju, zilaļģu baktēriju, amitohondrētu protistu un trypanosomatidu enzīmi, un B grupa satur enzīmus grampozitīvu baktēriju un crenachea organismu daudzums.
A un B grupas enzīmus sauc arī par glikokināzēm (GlcKs), jo tie spēj tikai fosforilēt glikozi, tāpēc šos fermentus sauc par ATP: D-glikozes 6-fosfotransferāzēm.
Heksokināzei kā glikolītiskam fermentam ir liela metaboliskā nozīme, jo bez tā šis svarīgais ceļš nebūtu iespējams un šūnām, kas ir ļoti atkarīgas no ogļhidrātu patēriņa, piemēram, daudzu zīdītāju smadzenēm un muskuļu šūnām, būtu nopietni funkcionālie un fizioloģiskie šķēršļi vispārējs.
Uzbūve
Kā redzēsim vēlāk, zīdītājiem un citiem mugurkaulniekiem (kā arī vienšūnu organismiem, piemēram, raugam) pastāv dažāda veida heksokināzes fermenti. Zīdītājiem ir aprakstītas četras: I, II, III un IV izoformas.
Pirmajiem trim izozīmiem ir 100 kDa molekulmasa, bet izozīmam IV ir 50 kDa. Šie izoenzīmi (īpaši I-III) uzrāda lielu secību līdzību savā starpā attiecībā uz to C- un N-galiem, kā arī ar citiem heksokināžu saimes locekļiem.
Šo fermentu N-terminālais domēns tiek uzskatīts par "regulējošo" domēnu, savukārt katalītisko aktivitāti veic C-terminālais domēns (zīdītāju HK II ir aktīvas vietas abos domēnos).
N-terminālais domēns ir savienots ar C-termināla domēnu caur alfa spirāli, katrs no tiem ir aptuveni 50 kDa molekulmasā, un tam ir saistoša vieta glikozei.
Izraisīts fermenta heksokināzes piemērotības modelis (attiecībā uz tā diviem substrātiem: ATP un glikozi) (Avots: Thomas Shafee, izmantojot Wikimedia Commons)
Šo fermentu terciārā struktūra galvenokārt sastāv no β-salocītām loksnēm, kas sajauktas ar alfa helikām, kuru proporcija mainās atkarībā no fermenta un attiecīgajām sugām; ATP, kas ir cits heksokināzes substrāts, saistīšanas vieta parasti sastāv no piecām β loksnēm un divām alfa helikām.
Iespējas
Heksokināzei ir transcendentāla funkcija lielāko daļu dzīvo būtņu ogļhidrātu metabolisma, jo tā katalizē glikolītiskā ceļa pirmo soli, pastarpinot šūnā esošās glikozes fosforilēšanu.
Šis pirmais glikolīzes posms, kas sastāv no fosforilgrupas pārvietošanas no ATP (donora) uz glikozi, iegūstot glikozes 6-fosfātu un ADP, ir pirmais no diviem enerģijas ieguldīšanas posmiem ATP formā.
Turklāt heksokināzes katalizētā reakcija ir glikozes "aktivizēšanas" solis turpmākai pārstrādei un ir "kompromisa" solis, jo šādi fosforilētā glikoze nevar iziet no šūnas caur tās parastajiem membrānu transporteriem. plazmatisks.
Reakcijas produkts, ko katalizē heksokināze, tas ir, glikozes 6-fosfāts, ir atzarojuma punkts, jo tas ir pirmais substrāts, ko izmanto pentozes fosfāta ceļā un glikogēna sintēzē daudziem dzīvniekiem (un ciete augos).
Augos
Heksokināzes funkcija augos īpaši neatšķiras no dzīvniekiem vai mikroorganismiem, tomēr augstākajos augos šis ferments darbojas arī kā cukuru koncentrācijas "sensors".
Šīs funkcijas nozīme šajos organismos ir saistīta ar cukuru piedalīšanos kā regulējošiem faktoriem tādu gēnu izpausmē, kuri ir iesaistīti dažādos metabolisma procesos, piemēram:
- Fotosintēze
- glioksilāta cikls
- elpošana
- cietes un saharozes sadalīšanās vai sintēze
- Slāpekļa metabolisms
- Aizsardzība pret patogēniem
- Šūnu cikla regulēšana
- dziedinošā reakcija
- pigmentācija
- Senescence, cita starpā.
Šī heksokināzes kā intracelulārās glikozes daudzuma "sensora" funkcija ir aprakstīta arī raugam un zīdītājiem.
Formas
Dabā ir dažādas heksokināžu formas, un tas galvenokārt ir atkarīgs no apskatītajām sugām.
Piemēram, cilvēkiem un citiem mugurkaulniekiem ir pierādīta četru dažādu enzīma heksokināzes izoformu esamība citosola nodalījumā, kuras apzīmē ar romiešu cipariem I, II, III un IV.
I, II un III izoenzīmu molekulmasa ir 100 kDa, tos kavē to reakcijas produkts (glikozes 6-fosfāts) un tie ir ļoti saistīti ar glikozi, tas ir, tiem ir ļoti zema Km konstante. Tomēr šiem fermentiem ir slikta substrāta specifika, tie spēj fosforilēt citas heksozes, piemēram, fruktozi un mannozi.
Izoenzīmam IV, kas pazīstams arī kā glikokināze (GlcK), molekulmasā ir tikai 50 kDa, un, neraugoties uz vājo saistību (augstām Km vērtībām), tam ir augsta specifika glikozei kā substrātam, un tā nav tām pakļauta regulējošie mehānismi nekā pārējie trīs izoenzīmi.
Glikokināze (daudzu zīdītāju heksokināzes IV izoenzīms) galvenokārt atrodas aknās un palīdz šim orgānam "pielāgot" glikozes patēriņa ātrumu, reaģējot uz šī substrāta izmaiņām cirkulējošajās asinīs.
Trīs gēniem, kas kodē heksokināzes I, II un III dzīvniekiem, šķiet, ir tāds pats sencis 50 kDa, kas tika dublēts un sapludināts genomā, kas šķiet acīmredzams, ja tiek novērots, ka I un II formas katalītiskā aktivitāte III atrodas tikai C-termināļa galā.
Atsauces
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Glikozes metabolisms un regulēšana: ārpus insulīna un glikagona. Diabēta spektrs, 17 (3), 183–190.
- Haringtons, GN, un Bušs, DR (2003). Bifunkcionālā heksokināzes loma metabolismā un glikozes signalizācijā. Augu šūna, 15 (11), 2493–2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Heksokināze kā cukura sensors augstākajos augos. Augu šūna, 9. (1), 5.-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hipotēze: glikozes kināžu struktūras, evolūcija un sencis heksokināžu saimē. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Bioķīmija.
- Vilsons, JE (2003). Zīdītāju heksokināzes izozīmi: struktūra, subcelulārā lokalizācija un vielmaiņas funkcija. Journal of Experimental Biology, 206 (12), 2049-2057.