Các hexokinase (HK) là enzyme xúc tác các phản ứng đầu tiên của con đường glycolytic trong hầu như tất cả các sinh vật sống, cả hai prokaryote và eukaryote. Nó chịu trách nhiệm cho việc chuyển một nhóm phosphoryl thành glucose, tạo ra glucose-6P, mặc dù nó cũng có thể phosphoryl hóa các loại đường khác hexoses (6 nguyên tử carbon).
Enzyme này được phân loại trong một trong hai họ enzyme glucose kinase (enzyme chuyển nhóm phosphoryl thành cơ chất như glucose): họ hexokinase (HK), mà các thành viên được chia thành ba nhóm khác nhau được gọi là nhóm HK, nhóm A và nhóm B.
Phản ứng được xúc tác bởi enzyme hexokinase (Nguồn: Jmun7616 qua Wikimedia Commons)
Các enzym thuộc họ HK được đặc trưng bởi sự phosphoryl hóa glucose với chi phí là ATP như một phân tử cho nhóm phosphoryl, và các thành viên của nó khác nhau chủ yếu về trọng lượng phân tử và tính đặc hiệu của cơ chất.
Nhóm HK bao gồm các enzym của sinh vật nhân thực (ATP: D-hexose 6-phosphotransferase), trong khi nhóm A được đại diện bởi các enzym của vi khuẩn gram âm, vi khuẩn lam, nguyên sinh amitochondriat và trypanosomatids, và nhóm B chứa các enzym vi khuẩn gram dương và sinh vật crenachea.
Các enzym của nhóm A và B còn được gọi là glucokinase (GlcKs), vì chúng có khả năng phosphoryl hóa glucose độc quyền, đó là lý do tại sao các enzym này được gọi là ATP: D-glucose 6-phosphotransferase.
Là một enzym đường phân, hexokinase có tầm quan trọng trong quá trình trao đổi chất, vì nếu không có nó thì con đường quan trọng này sẽ không thể thực hiện được và các tế bào phụ thuộc nhiều vào việc tiêu thụ carbohydrate, chẳng hạn như tế bào não và cơ của nhiều động vật có vú, sẽ có những trở ngại nghiêm trọng về chức năng và sinh lý trong chung.
Kết cấu
Như sẽ thấy ở phần sau, các loại enzym hexokinase khác nhau tồn tại trong động vật có vú và động vật có xương sống khác (cũng như trong các sinh vật đơn bào như nấm men). Bốn dạng đã được mô tả ở động vật có vú: dạng đồng dạng I, II, III và IV.
Ba isozyme đầu tiên có trọng lượng phân tử 100 kDa, nhưng isozyme IV có 50 kDa. Các isoenzyme này (đặc biệt là I-III) thể hiện sự tương đồng về trình tự cao với nhau về C- và N-termini của chúng, cũng như với các thành viên khác của họ hexokinase.
Miền tận cùng N của các enzym này được coi là miền "điều hòa", trong khi hoạt động xúc tác được thực hiện bởi miền tận cùng C (HK II của động vật có vú có các vị trí hoạt động ở cả hai miền).
Miền đầu N được liên kết với miền tận cùng C thông qua một chuỗi xoắn alpha, mỗi chuỗi có khối lượng phân tử khoảng 50 kDa và có vị trí liên kết với glucose.
Mô hình phù hợp cảm ứng cho enzyme hexokinase (liên quan đến hai cơ chất của nó: ATP và glucose) (Nguồn: Thomas Shafee qua Wikimedia Commons)
Cấu trúc bậc ba của các enzym này về cơ bản bao gồm các tấm gấp β trộn lẫn với các xoắn alpha, tỷ lệ của chúng thay đổi tùy theo loại enzym và loài được đề cập; Vị trí liên kết cho ATP, chất nền khác cho hexokinase, thường bao gồm năm tấm β và hai vòng xoắn alpha.
Đặc trưng
Hexokinase có một chức năng siêu việt trong quá trình chuyển hóa carbohydrate của hầu hết các sinh vật sống, vì nó xúc tác bước đầu tiên của con đường đường phân, làm trung gian cho quá trình phosphoryl hóa glucose bên trong tế bào.
Bước đầu tiên của quá trình đường phân, bao gồm việc chuyển một nhóm phosphoryl từ ATP (cho) thành glucose, tạo ra glucose 6-phosphate và ADP, là bước đầu tiên trong hai bước đầu tư năng lượng dưới dạng ATP.
Hơn nữa, phản ứng được xúc tác bởi hexokinase là bước "kích hoạt" glucose cho quá trình xử lý tiếp theo và thể hiện một bước "cam kết", vì glucose do đó được phosphoryl hóa không thể rời khỏi tế bào bằng các chất vận chuyển thông thường của nó trong màng. plasmatic.
Sản phẩm của phản ứng được xúc tác bởi hexokinase, tức là glucose 6-phosphate, là một điểm nhánh, vì nó là cơ chất đầu tiên được sử dụng trong con đường pentose phosphate và trong quá trình tổng hợp glycogen ở nhiều động vật (và tinh bột trong thực vật).
Trong thực vật
Chức năng của hexokinase ở thực vật không khác nhiều so với động vật hoặc vi sinh vật, tuy nhiên, ở thực vật bậc cao, enzyme này cũng có chức năng như một "cảm biến" về nồng độ của đường.
Tầm quan trọng của chức năng này ở những sinh vật này có liên quan đến sự tham gia của đường như là yếu tố điều chỉnh sự biểu hiện của các gen có liên quan đến các quá trình trao đổi chất khác nhau như:
- Quang hợp
- Chu trình glyoxylate
- Hơi thở
- Sự phân hủy hoặc tổng hợp tinh bột và sucrose
- Chuyển hóa nitơ
- Bảo vệ chống lại mầm bệnh
- Quy định của chu kỳ tế bào
- Phản ứng chữa bệnh
- Sắc tố
- Senescence, trong số những người khác.
Chức năng này của hexokinase như một "cảm biến" về lượng glucose nội bào cũng đã được mô tả cho nấm men và động vật có vú.
Hình dạng
Trong tự nhiên có các dạng hexokinase khác nhau và điều này phụ thuộc cơ bản vào loài được xem xét.
Ví dụ, ở người và các động vật có xương sống khác, người ta đã chứng minh được sự tồn tại của 4 dạng đồng phân khác nhau của enzym hexokinase trong ngăn tế bào, được ký hiệu bằng các chữ số La Mã I, II, III và IV.
Isoenzyme I, II và III có trọng lượng phân tử 100 kDa, bị ức chế bởi sản phẩm phản ứng của chúng (glucose 6-phosphate) và rất liên quan đến glucose, tức là chúng có hằng số Km rất thấp. Tuy nhiên, các enzym này có tính đặc hiệu cơ chất kém, có thể phosphoryl hóa các hexoza khác như fructose và mannose.
Isoenzyme IV, còn được gọi là glucokinase (GlcK), chỉ có trọng lượng phân tử 50 kDa và mặc dù có liên quan kém (giá trị Km cao), nó có tính đặc hiệu cao đối với glucose như một chất nền và không bị ảnh hưởng bởi chúng. cơ chế điều hòa hơn ba isoenzyme còn lại.
Glucokinase (isoenzyme IV của hexokinase của nhiều loài động vật có vú) chủ yếu được tìm thấy trong gan và giúp cơ quan này "điều chỉnh" tốc độ tiêu thụ glucose để đáp ứng với sự thay đổi của chất nền này trong máu tuần hoàn.
Ba gen mã hóa hexokinase I, II và III ở động vật dường như có cùng một tổ tiên 50 kDa đã được nhân đôi và hợp nhất trong bộ gen, điều này có vẻ hiển nhiên khi quan sát thấy hoạt động xúc tác của dạng I và III chỉ nằm ở đầu C-terminal.
Người giới thiệu
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Chuyển hóa và điều hòa glucose: ngoài insulin và glucagon. Phổ tiểu đường, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Vai trò chức năng của hexokinase trong chuyển hóa và truyền tín hiệu glucose. The Plant Cell, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Hexokinase như một cảm biến đường ở thực vật bậc cao. Tế bào thực vật, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Giả thuyết: cấu trúc, sự tiến hóa và tổ tiên của các kinase glucose trong họ hexokinase. Tạp chí Khoa học Sinh học và Kỹ thuật Sinh học, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Hóa sinh.
- Wilson, JE (2003). Isozyme của hexokinase ở động vật có vú: cấu trúc, khu trú dưới tế bào và chức năng trao đổi chất. Tạp chí Sinh học Thực nghiệm, 206 (12), 2049-2057.