Heksokinaz (HK) hemen hemen tüm canlı organizmalar, prokaryot ve ökaryotlarda hem glikolitik yolun ilk reaksiyonu katalize enzimdir. Bir fosforil grubunun glikoza transferinden sorumludur ve glikoz-6P üretir, ancak diğer şeker heksozlarını da (6 karbon atomu) fosforile edebilir.
Bu enzim, glikoz kinaz enzimlerinin (fosforil gruplarını glikoz gibi substratlara aktaran enzimler) iki ailesinden biri içinde sınıflandırılır: üyeleri HK grubu olarak bilinen üç farklı gruba bölünmüş olan heksokinaz (HK) ailesi, grup A ve grup B
Heksokinaz enzimi tarafından katalize edilen reaksiyon (Kaynak: Wikimedia Commons aracılığıyla Jmun7616)
HK familyasına ait enzimler, fosforil grubu verici molekülü olarak ATP'nin pahasına glikozun fosforile edilmesiyle karakterize edilir ve üyeleri, moleküler ağırlıkları ve substrat spesifiklikleri bakımından birbirlerinden temelde farklılık gösterir.
HK grubu, ökaryotik organizmaların enzimlerini (ATP: D-heksoz 6-fosfotransferazlar) içerirken, A grubu, gram negatif bakteriler, siyanobakteriler, amitokondriat protistler ve tripanozomatidlerin enzimleriyle temsil edilir ve B grubu, enzimleri içerir. gram-pozitif bakteri ve crenachea organizmaları.
Grup A ve B enzimleri, yalnızca glikozu fosforile edebildikleri için glukokinazlar (GlcK'ler) olarak da bilinir, bu nedenle bu enzimlere ATP: D-glikoz 6-fosfotransferazlar denir.
Bir glikolitik enzim olarak heksokinazın metabolik önemi büyüktür, çünkü onsuz bu önemli yol mümkün olmazdı ve birçok memelinin beyin ve kas hücreleri gibi karbonhidrat tüketimine yüksek oranda bağımlı olan hücreler, ciddi fonksiyonel ve fizyolojik engellere sahip olabilirdi. genel.
yapı
Daha sonra görüleceği gibi, memelilerde ve diğer omurgalılarda (yanı sıra maya gibi tek hücreli organizmalarda) farklı tipte heksokinaz enzimleri mevcuttur. Memelilerde dört tanesi tanımlanmıştır: I, II, III ve IV izoformları.
İlk üç izozim 100 kDa moleküler ağırlığa sahiptir, ancak izozim IV 50 kDa'ya sahiptir. Bu izoenzimler (özellikle I-III), C- ve N-uçları bakımından birbirleriyle ve ayrıca heksokinaz ailesinin diğer üyeleriyle yüksek sekans benzerliği sergiler.
Bu enzimlerin N-terminal alanı "düzenleyici" alan olarak kabul edilirken, katalitik aktivite C-terminal alanı tarafından gerçekleştirilir (memeli HK II, her iki alanda da aktif bölgelere sahiptir).
N-terminal alanı, bir alfa sarmal aracılığıyla C-terminal alanına bağlanır, her biri yaklaşık olarak 50 kDa moleküler ağırlıktadır ve glikoz için bir bağlanma yerine sahiptir.
Heksokinaz enzimi için uyarılmış uyum modeli (iki substratı ile ilgili olarak: ATP ve glikoz) (Kaynak: Thomas Shafee, Wikimedia Commons aracılığıyla)
Bu enzimlerin üçüncül yapısı, esas olarak, oranı enzime ve söz konusu türe göre değişen alfa sarmalları ile karıştırılmış β-katlı tabakalardan oluşur; Heksokinaz için diğer substrat olan ATP için bağlanma bölgesi genellikle beş p yaprak ve iki alfa sarmalından oluşur.
Özellikleri
Heksokinaz, glikolitik yolun ilk aşamasını katalize ederek hücre içindeki glikozun fosforilasyonuna aracılık ettiği için çoğu canlıdaki karbonhidrat metabolizmasında transandantal bir işleve sahiptir.
Bir fosforil grubunun ATP'den (donör) glikoza transferinden oluşan ve glikoz 6-fosfat ve ADP üreten bu ilk glikoliz aşaması, ATP formundaki iki enerji yatırım aşamasından ilkidir.
Dahası, heksokinaz tarafından katalize edilen reaksiyon, sonraki işlenmesi için glikozun "aktivasyonu" adımıdır ve bu şekilde fosforile edilen glikoz, zardaki geleneksel taşıyıcılar vasıtasıyla hücreyi terk edemediği için bir "taahhüt" aşamasını temsil eder. plazmatik.
Heksokinaz ile katalize edilen reaksiyonun ürünü, yani glikoz 6-fosfat, bir dallanma noktasıdır, çünkü pentoz fosfat yolunda ve birçok hayvanda glikojen sentezinde kullanılan ilk substrattır (ve bitkilerde nişasta).
Bitkilerde
Bitkilerdeki heksokinazın işlevi, hayvanların veya mikroorganizmaların işlevinden çok farklı değildir, ancak daha yüksek bitkilerde bu enzim aynı zamanda şeker konsantrasyonunun bir "algılayıcısı" olarak işlev görür.
Bu organizmalarda bu işlevin önemi, şekerlerin aşağıdaki gibi farklı metabolik süreçlerde yer alan genlerin ifadesine düzenleyici faktörler olarak katılımıyla ilgilidir:
- Fotosentez
- Glioksilat döngüsü
- Nefes alma
- Nişasta ve sakarozun bozulması veya sentezi
- Azot metabolizması
- Patojenlere karşı savunma
- Hücre döngüsünün düzenlenmesi
- İyileştirme tepkisi
- Pigmentasyon
- Yaşlılık, diğerleri arasında.
Heksokinazın hücre içi glikoz miktarının bir "sensörü" olarak bu işlevi, mayalar ve memeliler için de tarif edilmiştir.
Şekiller
Doğada farklı heksokinaz formları vardır ve bu temelde ele alınan türlere bağlıdır.
Örneğin insanlarda ve diğer omurgalı hayvanlarda, I, II, III ve IV Romen rakamları ile gösterilen sitozolik bölmede heksokinaz enziminin 4 farklı izoformunun varlığı gösterilmiştir.
İzoenzimler I, II ve III, 100 kDa'lık bir moleküler ağırlığa sahiptir, reaksiyon ürünleri (glikoz 6-fosfat) tarafından inhibe edilir ve çok glikoz ile ilişkilidir, yani çok düşük bir Km sabitine sahiptirler. Bununla birlikte, bu enzimler, fruktoz ve mannoz gibi diğer heksozları fosforile edebildikleri için zayıf substrat özgüllüğüne sahiptir.
Glukokinaz (GlcK) olarak da bilinen izoenzim IV, moleküler ağırlıkta sadece 50 kDa'ya sahiptir ve zayıf bir şekilde ilişkili olmasına rağmen (yüksek Km değerleri), bir substrat olarak glikoz için yüksek bir özgüllüğe sahiptir ve bunlara tabi değildir. diğer üç izoenzime göre düzenleyici mekanizmalar.
Glukokinaz (birçok memelinin heksokinazının izoenzimi IV) esas olarak karaciğerde bulunur ve dolaşımdaki kandaki bu substratta meydana gelen değişikliklere yanıt olarak bu organın glikoz tüketim oranını "ayarlamasına" yardımcı olur.
Hayvanlarda heksokinaz I, II ve III'ü kodlayan üç gen, genomda kopyalanmış ve kaynaşmış 50 kDa'lık ataya sahip gibi görünmektedir; bu, form I ve III'ün katalitik aktivitesinin gözlemlendiğinde açıkça görülmektedir. III yalnızca C-terminal ucunda bulunur.
Referanslar
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B. ve Want, L. (2004). Glikoz metabolizması ve düzenlenmesi: insülin ve glukagonun ötesinde. Diyabet spektrumu, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN ve Bush, DR (2003). Metabolizma ve glukoz sinyallemesinde heksokinazın iki işlevli rolü. Bitki Hücresi, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L. ve Sheen, J. (1997). Daha yüksek bitkilerde şeker sensörü olarak heksokinaz. Bitki Hücresi, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B. ve Murata, K. (2005). Hipotez: heksokinaz ailesindeki glikoz kinazların yapıları, evrimi ve atası. Biyolojik Bilimler ve Biyomühendislik Dergisi, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biyokimya.
- Wilson, JE (2003). Memeli hekzokinazın izozimleri: yapı, hücre altı lokalizasyonu ve metabolik fonksiyon. Deneysel Biyoloji Dergisi, 206 (12), 2049-2057.