Delen:
Wat is Hexokinase?
de hexokinase is een eiwit dat is ingedeeld in de hoofdgroep van een transferase-enzym, dat vrij belangrijk is in het metabolisme van levende wezens.
Hexokinase is het eerste enzym in de glycolytische route en zet glucose om in glucose-6-fosfaat. Het maakt gebruik van ATP om de 6-hydroxylgroep van glucose te fosforyleren en wordt geremd door zijn product, glucose-6-fosfaat. Het lijdt ook aan positieve allosterische regulatie door fosfaat.
Aldus reguleert hexokinase de stroom van glucose in het energiemetabolisme van de hersenen en rode bloedcellen.
Glucose-6-fosfaat en glucose binden synergistisch aan hexokinase, evenals glucose en anorganisch fosfaat.
Fosfaat speelt een kleine rol bij de regulatie van hexokinase tijdens ademhaling, omdat glycolyse wordt beperkt door de glucosetoevoer.
Tijdens perioden van zuurstofgebrek moet meer ATP afkomstig zijn van glycolyse, omdat pyruvaat melkzuur vormt in plaats van de Kreb-cyclus binnen te gaan.
Wanneer de extracellulaire glucoseconcentratie ongeveer 5 mM is, neemt de stroom door de glycolytische weg toe tot 100% capaciteit.
Dit gebeurt wanneer de glucose transporter in het hersenweefsel verhoogt intracellulaire glucoseconcentraties 50 keer en er een mechanisme om te compenseren voor remmende effecten van glucose-6-fosfaat op hexokinase.
Eigenschappen van hexokinase
Hexokinase is een grote homodimer samengesteld uit 920 aminozuren in elke keten. Aangezien beide draden identiek zijn, zal een ketting worden waargenomen.
Hier is een weergave van de gekleurde structuur van lichter naar donkerder in de N-terminale naar C-terminale richting.
Het enzym is samengesteld uit vele alfa-helices en beta-bladeren. De alfa-helices worden gevormd door een helix-turn-helix-structuur en een nadere blik op de bètaflokken zal aangeven dat ze een open alfa / beta-sheet vormen.
Hexokinase kan binden aan twee liganden, glucose en glucose-6-fosfaat. Glucose is gebonden zodat glycolyse kan optreden en glucose-6-fosfaat bindt als een allosterische remmer. Het kan ook handig zijn om deze structuur in stereo te zien (Schroering, 2013).
De tertiaire structuur van hexokinase omvat een open alfa / bèta-vel. Er is veel variatie in verband met deze structuur.
Het bestaat uit vijf beta-sheets en drie alfa-helices. In dit open alfa / bèlaf zijn vier van de bèta-bladen evenwijdig en bevindt één zich in de anti-parallelle richtingen.
De alfa-helices en beta-lussen verbinden de bèta-vellen om dit open alfa / bèta-werkblad te produceren. De spleet geeft het ATP-bindende domein van dit glycolytische enzym aan (Schneeberger, 1999).
reactie
Om een netto ATP-opbrengst te verkrijgen uit het katabolisme van glucose, is het eerst nodig om de ATP om te keren.
Tijdens de fase reageert de alcoholgroep op positie 6 van het glucosemolecuul gemakkelijk met de terminale fosfaatgroep van ATP, waardoor glucose-6-fosfaat en ADP worden gevormd.
Gemakshalve wordt de fosforylgroep (PO32-) weergegeven met Ⓟ. Omdat de afname van vrije energie zo groot is, is deze reactie vrijwel onomkeerbaar onder fysiologische omstandigheden.
Bij dieren wordt deze glucose-fosforylatie, die glucose-6-fosfaat produceert, gekatalyseerd door twee verschillende enzymen.
In de meeste cellen produceert een hexokinase met een hoge affiniteit voor glucose de reactie.
Bovendien bevat de lever een glucokinase (isovorm IV van hexokinase), dat een veel hogere glucoseconcentratie vereist voordat het reageert.
Glucokinase werkt alleen in noodsituaties, wanneer de glucoseconcentratie in het bloed tot abnormaal hoge niveaus stijgt (Kornberg, 2013).
verordening
Bij glycolyse zijn de reacties gekatalyseerd door hexokinase, fosfofructokinase en pyruvaatkinase praktisch onomkeerbaar; daarom wordt verwacht dat deze enzymen zowel regulerende als katalytische rollen hebben. In feite fungeert elk van hen als een controlesite.
Hexokinase wordt geremd door zijn product, glucose-6-fosfaat. Hoge concentraties van het molecuul aangeven dat de cel niet langer nodig glucose voor energieopslag als glycogeen, of als bron van biosynthetische precursors en glucose in het bloed.
Wanneer fosfofructokinase bijvoorbeeld niet actief is, neemt de concentratie van fructose 6-fosfaat toe.
Op zijn beurt neemt het glucose-6-fosfaatgehalte toe omdat het in evenwicht is met fructose 6-fosfaat. Daarom leidt de remming van fosfofructokinase tot de remming van hexokinase.
De lever, volgens zijn rol als begeleider glucosespiegels in het bloed, heeft een gespecialiseerde hexokinase isozym genaamd glucokinase wordt niet geremd door glucose-6-fosfaat (JM Berg, 2002).
Hexokinase versus glucokinase
Hexokinase heeft vier verschillende isovormen, I, II, III en IV. Hexokinase isovormen I, II en III hebben molecuulgewichten van ongeveer 100.000 en zijn monomeren in de meeste omstandigheden.
De aminozuursequenties van de isovormen I-III zijn identiek aan 70%. Aan de andere kant hebben de N- en C-terminale helften van de I-III-isovormen vergelijkbare aminozuursequenties, waarschijnlijk als een resultaat van genduplicatie en fusie.
De isovorm IV van hexokinase (glucokinase) heeft een molecuulgewicht van 50.000, vergelijkbaar met dat van hexokinase van gist. Glucokinase vertoont een significante sequentieovereenkomst met de N- en C-terminale helften van de I-III-isovormen.
Ondanks sequentie-overeenkomsten verschillen de functionele eigenschappen van hexokinase isovormen aanzienlijk.
Isovorm I (hierna hexokinase I) reguleert de beperkingsstap van glycolyse in de hersenen en rode bloedcellen.
Het reactieproduct, glucose-6-fosfaat (Gluc-6-P), remt zowel isovormen I en II (maar niet IV-isovorm) op micromolaire niveaus.
Anorganisch fosfaat (Pi) verlicht echter de remming van Gluc-6-P van hexokinase I.
Het C-terminale domein van hexokinase I heeft katalytische, terwijl de N-terminale domein zelf geen activiteit activiteit, maar is betrokken bij de positieve allosterische regulatie product door Pi.
Daarentegen hebben zowel C- als N-eindstandige delen vergelijkbare katalytische activiteit in isovorm II.
Dus tussen de isovormen van hexokinase, cerebrale hexokinase vertoont unieke reguleringseigenschappen in fysiologische niveaus van Pi kan de remming omkeren als gevolg van fysiologische niveaus van Gluc - 6 - P (E Aleshin Alexander, 1998).
De hexokinases type I, II en III een grote hexose suikers, zoals glucose, fructose en mannose fosforyleren, en als zodanig zijn betrokken bij een aantal metabole routes (enzymen van glycolyse, S.F.).
De glucokinase van lever verschilt in drie opzichten van de andere isovormen:
- Het is specifiek voor D-glucose en werkt niet met andere hexosen
- Het wordt niet geremd door glucose 6-fosfaat
- Het heeft één Km hoger dan de andere isovormen (10 mM versus 0,1 mM), wat een lagere affiniteit voor het substraat geeft.
Leverglucokinase komt in het spel wanneer de concentratie van de bloedsuikerspiegel hoog is, bijvoorbeeld na een maaltijd met veel koolhydraten.
Glucokinase is erg belangrijk in een ander aspect: diabetes mellitus heeft een tekort aan de ziekte.
Bij deze ziekte slaagt de alvleesklier er niet in om insuline in normale hoeveelheden uit te scheiden, bloedglucose is erg hoog en er wordt zeer weinig leverglycogeen gevormd (Lehninger, 1982).
referenties
- Alexander E Aleshin, Z.G. (1998). Het mechanisme van regulatie van hexokinase: nieuwe inzichten uit de kristalstructuur van recombinant menselijk brein-hexokinase gecomplexeerd met glucose en glucose-6-fosfaat. Structure, Volume 6, Issue 1, 15, 39-50.
- Berg JM, T.J. (2002.). 5e editie. New York :: W H Freeman.
- Enzymen van glycolyse. (S.F.). Hersteld van ebi.ac.uk.
- Kornberg, H. (2013, 22 mei). Metabolisme. Hersteld van britannica.com.
- Lehninger, A.L. (1982). Principles of Biochemistry. New York: Worth Publisher, Inc.
- Schneeberger, B.M. (1999). Hexokinase. Opgehaald van chem.uwec.edu.
- Schroering, K. (2013, 20 februari). De structuur en het mechanisme van Hexokinase. Hersteld van proteopedia.org.