Hexokinase là gì?

các hexokinase là một protein được phân loại trong nhóm chính của enzyme transferase, khá quan trọng trong quá trình trao đổi chất của sinh vật sống. 

Hexokinase là enzyme đầu tiên trong con đường glycolytic và chuyển đổi glucose thành glucose-6-phosphate. Nó sử dụng ATP để phosphoryl hóa nhóm 6-hydroxyl của glucose và bị ức chế bởi sản phẩm của nó, glucose-6-phosphate. Nó cũng chịu sự điều chỉnh allosteric tích cực của phốt phát.

Do đó, hexokinase điều chỉnh dòng glucose trong quá trình chuyển hóa năng lượng của não và hồng cầu.

Glucose-6-phosphate và glucose liên kết hiệp đồng với hexokinase, cũng như glucose và phosphate vô cơ.

Phosphate đóng một vai trò nhỏ trong việc điều hòa hexokinase trong quá trình hô hấp, vì quá trình glycolysis bị hạn chế bởi việc cung cấp glucose.

Trong thời gian thiếu oxy, nhiều ATP phải đến từ quá trình đường phân vì pyruvate tạo thành axit lactic thay vì bước vào chu trình Kreb.

Khi nồng độ glucose ngoại bào khoảng 5 mM, dòng chảy qua con đường glycolytic tăng đến 100% công suất.

Điều này xảy ra bất cứ khi nào chất vận chuyển glucose mô não tăng nồng độ glucose nội bào lên gấp 50 lần và có cơ chế bù cho tác dụng ức chế của glucose-6-phosphate trên hexokinase..

Tính chất của hexokinase

Hexokinase là một homodimer lớn bao gồm 920 axit amin trong mỗi chuỗi. Vì cả hai luồng giống hệt nhau, một chuỗi sẽ được quan sát.

Dưới đây là hình ảnh của cấu trúc màu từ sáng hơn đến tối hơn theo hướng N-terminal đến C-terminal.

Enzym bao gồm nhiều xoắn alpha và lá beta. Các xoắn ốc alpha được hình thành bởi cấu trúc xoắn xoắn ốc và nhìn kỹ hơn vào các bảng beta sẽ chỉ ra rằng chúng tạo thành một bảng alpha / beta mở.

Hexokinase có khả năng liên kết với hai phối tử, glucose và glucose-6-phosphate. Glucose bị ràng buộc để glycolysis có thể xảy ra, và glucose-6-phosphate liên kết như một chất ức chế allosteric. Cũng có thể hữu ích khi thấy cấu trúc này trong âm thanh nổi (Schroering, 2013).

Cấu trúc cấp ba của hexokinase bao gồm một bảng alpha / beta mở. Có rất nhiều biến thể liên quan đến cấu trúc này.

Nó bao gồm năm tờ beta và ba vòng xoắn alpha. Trong bảng alpha / beta mở này, bốn trong số các bảng beta là song song và một trong các hướng chống song song.

Các vòng xoắn alpha và các vòng beta kết nối các bảng beta để tạo ra bảng mở alpha / beta này. Khe hở cho thấy miền liên kết ATP của enzyme glycolytic này (Schneeberger, 1999).

Phản ứng

Để thu được sản lượng ATP ròng từ quá trình dị hóa glucose, trước tiên cần phải đảo ngược ATP.

Trong giai đoạn, nhóm rượu ở vị trí 6 của phân tử glucose phản ứng dễ dàng với nhóm phosphate cuối cùng của ATP, tạo thành glucose-6-phosphate và ADP.

Để thuận tiện, nhóm phosphoryl (PO32-) được biểu thị bằng. Bởi vì sự giảm năng lượng tự do là rất lớn, phản ứng này hầu như không thể đảo ngược trong điều kiện sinh lý.

Ở động vật, sự phosphoryl glucose này, tạo ra glucose 6-phosphate, được xúc tác bởi hai loại enzyme khác nhau.

Trong hầu hết các tế bào, một hexokinase có ái lực cao với glucose tạo ra phản ứng.

Ngoài ra, gan chứa một glucokinase (isoform IV của hexokinase), đòi hỏi nồng độ glucose cao hơn nhiều trước khi nó phản ứng.

Glucokinase chỉ hoạt động trong trường hợp khẩn cấp, khi nồng độ glucose trong máu tăng lên mức cao bất thường (Kornberg, 2013).

Quy định

Trong glycolysis, các phản ứng được xúc tác bởi hexokinase, phosphofurationokinase và pyruvate kinase thực tế không thể đảo ngược; do đó, người ta hy vọng rằng các enzyme này có cả vai trò điều tiết và xúc tác. Trong thực tế, mỗi người trong số họ phục vụ như một trang web kiểm soát.

Hexokinase bị ức chế bởi sản phẩm của nó, glucose 6-phosphate. Nồng độ cao của phân tử này cho thấy tế bào không còn cần glucose để tạo năng lượng, để lưu trữ dưới dạng glycogen hoặc là nguồn tiền chất sinh tổng hợp và glucose sẽ được để lại trong máu.

Ví dụ, khi phosphofurationokinase không hoạt động, nồng độ của fructose 6-phosphate tăng.

Đổi lại, mức glucose 6-phosphate tăng lên vì nó ở trạng thái cân bằng với fructose 6-phosphate. Do đó, sự ức chế phosphofurationokinase dẫn đến sự ức chế hexokinase.

Tuy nhiên, gan, theo vai trò là người theo dõi nồng độ glucose trong máu, sở hữu một isozyme chuyên biệt của hexokinase gọi là glucokinase không bị ức chế bởi glucose-6-phosphate (Berg JM, 2002.).

Hexokinase vs glucokinase

Hexokinase có bốn đồng phân khác nhau được gọi là I, II, III và IV. Các đồng phân hexokinase I, II và III có trọng lượng phân tử khoảng 100.000 và là đơn phân trong hầu hết các điều kiện.

Các chuỗi axit amin của các đồng phân I-III giống hệt nhau đến 70%. Mặt khác, nửa đầu N và C của các đồng phân I-III có trình tự axit amin tương tự nhau, có lẽ là kết quả của quá trình sao chép và hợp nhất gen.

Isoform IV của hexokinase (glucokinase) có trọng lượng phân tử 50.000, tương tự như men hexokinase. Glucokinase cho thấy sự tương đồng về trình tự đáng kể với nửa đầu N và C của các đồng phân I-III.

Mặc dù có sự tương đồng về trình tự, các tính chất chức năng của các đồng phân hexokinase khác nhau đáng kể.

Isoform I (sau đây, hexokinase I) quy định bước giới hạn của quá trình glycolysis trong não và hồng cầu.

Sản phẩm phản ứng, glucose-6-phosphate (Gluc-6-P), ức chế cả hai dạng đồng phân I và II (nhưng không phải là đồng phân IV) ở mức độ micromol.

Tuy nhiên, phốt phát vô cơ (Pi) làm giảm sự ức chế Gluc-6-P từ hexokinase I.

Miền đầu cuối C của hexokinase I có hoạt động xúc tác, trong khi miền đầu cuối N không có hoạt động, nhưng có liên quan đến quy định allosteric tích cực của sản phẩm bởi Pi.

Ngược lại, cả phần C và N-terminal có hoạt tính xúc tác tương đương trong isoform II.

Do đó, trong số các đồng phân hexokinase, hexokinase não biểu hiện các đặc tính điều hòa duy nhất trong đó mức độ sinh lý của Pi có thể đảo ngược sự ức chế do mức độ sinh lý của Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998)..

Hexokinase loại I, II và III có thể phosphoryl hóa nhiều loại đường hexose, bao gồm glucose, fructose và mannose, và như vậy có liên quan đến một số con đường chuyển hóa (Enzyme của Glycolysis, S.F.).

Glucokinase của gan khác với các đồng phân khác ở ba khía cạnh:

• Nó đặc hiệu với D-glucose và không hoạt động với các hexose khác
• Nó không bị ức chế bởi glucose 6-phosphate
• Nó có một km cao hơn các đồng phân khác (10mM so với 0,1mM), có ái lực thấp hơn với chất nền.

Glucokinase ở gan phát huy tác dụng khi nồng độ đường trong máu cao, ví dụ, sau bữa ăn nhiều carbohydrate.

Glucokinase rất quan trọng trong một khía cạnh khác: đái tháo đường bị thiếu căn bệnh này.

Trong bệnh này, tuyến tụy không tiết ra insulin với số lượng bình thường, đường huyết rất cao và rất ít glycogen ở gan được hình thành (Lehninger, 1982).

Tài liệu tham khảo

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Cơ chế điều hòa hexokinase: những hiểu biết mới từ cấu trúc tinh thể của hexokinase tái tổ hợp của con người phức tạp với glucose và glucose-6-phosphate. Cấu trúc, Tập 6, Số 1, 15, 39-50. 
2. Berg JM, T. J. (2002.). Tái bản lần thứ 5 New York :: W H Freeman.
3. Enzyme của Glycolysis. (S.F.). Phục hồi từ ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, ngày 22 tháng 5). Trao đổi chất Phục hồi từ britannica.com.
5. Lehninger, A. L. (1982). Nguyên tắc hóa sinh. New York: Nhà xuất bản Worth, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). HEXOKINASE. Lấy từ chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, ngày 20 tháng 2). Cấu trúc và cơ chế của Hexokinase. Phục hồi từ proteopedia.org.