Гексокиназа | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Кристаллические структуры гексокиназы 1 из Kluyveromyces lactis . [1] | |||||||||
Идентификаторы | |||||||||
Номер ЕС | 2.7.1.1 | ||||||||
Количество CAS | 9001-51-8 | ||||||||
Базы данных | |||||||||
IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
ПРИАМ | профиль | ||||||||
Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
Генная онтология | Amigo / QuickGO | ||||||||
|
гексокиназа 1 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | HK1 | ||||||
Ген NCBI | 3098 | ||||||
HGNC | 4922 | ||||||
OMIM | 142600 | ||||||
RefSeq | NM_000188 | ||||||
UniProt | P19367 | ||||||
Прочие данные | |||||||
Locus | Chr. 10 q22 | ||||||
|
гексокиназа 2 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | HK2 | ||||||
Ген NCBI | 3099 | ||||||
HGNC | 4923 | ||||||
OMIM | 601125 | ||||||
RefSeq | NM_000189 | ||||||
UniProt | P52789 | ||||||
Прочие данные | |||||||
Locus | Chr. 2 стр.13 | ||||||
|
гексокиназа 3 (белые клетки) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | HK3 | ||||||
Ген NCBI | 3101 | ||||||
HGNC | 4925 | ||||||
OMIM | 142570 | ||||||
RefSeq | NM_002115 | ||||||
UniProt | P52790 | ||||||
Прочие данные | |||||||
Locus | Chr. 5 q35.2 | ||||||
|
Гексокиназа_1 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
кристаллическая структура человеческой глюкокиназы | |||||||||
Идентификаторы | |||||||||
Символ | Гексокиназа_1 | ||||||||
Pfam | PF00349 | ||||||||
Клан пфам | CL0108 | ||||||||
ИнтерПро | IPR022672 | ||||||||
PROSITE | PDOC00370 | ||||||||
SCOP2 | 1cza / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
|
Гексокиназа_2 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Комплекс гексокиназы I типа головного мозга крысы с глюкозой и ингибитором глюкозо-6-фосфатом | |||||||||
Идентификаторы | |||||||||
Символ | Гексокиназа_2 | ||||||||
Pfam | PF03727 | ||||||||
Клан пфам | CL0108 | ||||||||
ИнтерПро | IPR022673 | ||||||||
PROSITE | PDOC00370 | ||||||||
SCOP2 | 1cza / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
|
Гексокиназы представляет собой фермент , который фосфорилирует гексозы (шесть-углеродные сахара ), образуя гексозы фосфата. У большинства организмов глюкоза является наиболее важным субстратом для гексокиназ, а глюкозо-6-фосфат - наиболее важным продуктом. Гексокиназа обладает способностью переносить неорганическую фосфатную группу с АТФ на субстрат.
Гексокиназы не следует путать с глюкокиназой , которая является специфической изоформой гексокиназы. Все гексокиназы способны фосфорилировать несколько гексоз, но глюкокиназа действует с сродством к субстрату в 50 раз меньше, и ее основным субстратом гексозы является глюкоза.
Вариант [ править ]
Гены , кодирующие гексокиназу, были обнаружены во всех сферах жизни и существуют среди множества видов, от бактерий , дрожжей и растений до людей и других позвоночных . Они классифицируются как белки складчатости актина , имеющие общее ядро сайта связывания АТФ , окруженное более вариабельными последовательностями, которые определяют сродство к субстрату и другие свойства.
Несколько изоформ или изоферментов гексокиназы, которые обеспечивают разные функции, могут встречаться у одного вида .
Реакция [ править ]
Внутриклеточные реакции, опосредованные гексокиназами, можно типизировать как:
- Гексоза-CH 2 OH + MgATP2−
→ Гексоза-CH 2 O-PO2-
3 + MgADP-
+ H +
где гексоза-CH 2 OH представляет собой любую из нескольких гексоз (например, глюкозу), которые содержат доступный фрагмент -CH 2 OH.
Последствия фосфорилирования гексозы [ править ]
Фосфорилирование гексозы, такой как глюкоза, часто ограничивает его до ряда внутриклеточных метаболических процессов, таких как гликолиз или синтез гликогена . Это связано с тем, что фосфорилированные гексозы заряжены, и поэтому их труднее вывести из клетки.
У пациентов с эссенциальной фруктозурией метаболизм фруктозы под действием гексокиназы до фруктозо-6-фосфата является основным методом метаболизма фруктозы с пищей; этот путь не имеет значения у нормальных людей.
Размер различных изоформ [ править ]
Большинство бактериальных гексокиназ имеют размер примерно 50 кДа. Многоклеточные организмы, включая растения и животных, часто имеют более одной изоформы гексокиназы. Большинство из них имеют размер около 100 кДа и состоят из двух половин (N и C-конца), которые имеют большую гомологию последовательностей. Это предполагает эволюционное происхождение за счет дупликации и слияния предковой гексокиназы 50 кДа, аналогичной таковой у бактерий.
Типы гексокиназы млекопитающих [ править ]
Существует четыре важных изофермента гексокиназы млекопитающих ( EC 2.7.1.1 ), которые различаются по субклеточному расположению и кинетике в отношении различных субстратов и условий, а также физиологической функции. Их называют гексокиназами I, II, III и IV или гексокиназами A, B, C и D.
Гексокиназы I, II и III [ править ]
Гексокиназы I, II и III называются изоферментами с «низким K m » из-за высокого сродства к глюкозе (ниже 1 мМ). Гексокиназы I и II следуют кинетике Михаэлиса-Ментен при физиологических концентрациях субстратов. [ необходима цитата ] Все три сильно ингибируются их продуктом, глюкозо-6-фосфатом . Молекулярная масса составляет около 100 кДа. Каждая состоит из двух одинаковых половин по 50 кДа, но только в гексокиназе II обе половины имеют функциональные активные центры.
- Гексокиназа I / A обнаружена во всех тканях млекопитающих и считается «домашним ферментом», на который не влияет большинство физиологических, гормональных и метаболических изменений.
- Гексокиназа II / B представляет собой основную регулируемую изоформу во многих типах клеток, и ее количество увеличивается при многих раковых заболеваниях. Это гексокиназа, обнаруженная в мышцах и сердце. Гексокиназа II также расположена на внешней мембране митохондрий, поэтому она может иметь прямой доступ к АТФ. [2] Относительная удельная активность гексокиназы II увеличивается с увеличением pH, по крайней мере, в диапазоне pH от 6,9 до 8,5. [3]
- Гексокиназа III / C в физиологических концентрациях ингибируется глюкозой субстратом. Мало что известно о регуляторных характеристиках этой изоформы.
Гексокиназа IV («глюкокиназа») [ править ]
Гексокиназа IV млекопитающих, также называемая глюкокиназой , отличается от других гексокиназ кинетикой и функциями.
Расположение фосфорилирования на субклеточном уровне происходит , когда глюкокиназа транслоцируется между цитоплазмой и ядром из печени клеток. Глюкокиназа может фосфорилировать глюкозу только в том случае, если концентрация этого субстрата достаточно высока; его Km для глюкозы в 100 раз выше, чем у гексокиназ I, II и III.
Гексокиназа IV является мономерной, около 50 кДа, проявляет положительную кооперативность с глюкозой и не ингибируется аллостерически ее продуктом, глюкозо-6-фосфатом.
Гексокиназа IV присутствует в печени , поджелудочной железе , гипоталамусе , тонком кишечнике и, возможно, в некоторых других нейроэндокринных клетках и играет важную регулирующую роль в метаболизме углеводов . В бета-клетках островков поджелудочной железы он служит датчиком глюкозы для контроля высвобождения инсулина , а также контролирует высвобождение глюкагона в альфа-клетках . В гепатоцитах печени глюкокиназа реагирует на изменение уровня глюкозы в окружающей среде увеличением или уменьшением синтеза гликогена.
В гликолизе [ править ]
Глюкоза уникальна тем, что она может использоваться для производства АТФ всеми клетками как в присутствии, так и в отсутствие молекулярного кислорода (O 2 ). Первым этапом гликолиза является фосфорилирование глюкозы гексокиназой.
D - Глюкоза | Гексокиназа | α- D - глюкозо-6-фосфат | |
АТФ | ADP | ||
Соединение C00031 в базе данных KEGG Pathway. Фермент 2.7.1.1 в базе данных KEGG Pathway. Соединение C00668 в базе данных KEGG Pathway. Реакция R01786 в базе данных пути KEGG .
Катализируя фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата, гексокиназы поддерживают нисходящий градиент концентрации, который способствует облегченному транспорту глюкозы в клетки. Эта реакция также инициирует все физиологически значимые пути утилизации глюкозы, включая гликолиз и пентозофосфатный путь . [4] Добавление заряженной фосфатной группы в положение 6 гексоз также обеспечивает «улавливание» глюкозы и 2-дезоксигексозных аналогов глюкозы (например, 2-дезоксиглюкозы и 2-фтор-2-дезоксиглюкозы) внутри клеток при заряженном состоянии. гексозофосфаты не могут легко проникать через клеточную мембрану.
Связь с митохондриями [ править ]
Гексокиназы I и II могут физически связываться с внешней поверхностью внешней мембраны митохондрий посредством специфического связывания с порином или зависимым от напряжения анионным каналом. Эта ассоциация обеспечивает прямой доступ гексокиназы к АТФ, генерируемому митохондриями, который является одним из двух субстратов гексокиназы. Уровень митохондриальной гексокиназы в быстрорастущих злокачественных опухолевых клетках значительно выше, чем в нормальных тканях. Было продемонстрировано, что связанная с митохондриями гексокиназа является движущей силой [5] чрезвычайно высоких скоростей гликолиза, которые имеют место в аэробных условиях в опухолевых клетках (так называемый эффект Варбурга, описанный Отто Генрихом Варбургом в 1930 году).
Сюжет о гидропатии [ править ]
Потенциальные трансмембранные части белка можно обнаружить с помощью анализа гидропатии. В анализе гидропатии используется алгоритм, который количественно определяет гидрофобный характер в каждой позиции полипептидной цепи. Одной из принятых шкал гидропатии является шкала Кайта и Дулиттла, которая основана на создании графиков гидропатии. На этих графиках отрицательные числа представляют гидрофильные области, а положительные числа представляют гидрофобные области на оси ординат. Потенциальный трансмембранный домен имеет длину около 20 аминокислот по оси абсцисс.
По этим стандартам был создан анализ гидропатии гексокиназы в дрожжах. Похоже, что гексокиназа обладает единственным потенциальным трансмембранным доменом, расположенным вокруг аминокислоты 400. Следовательно, гексокиназа, скорее всего, не является интегральным мембранным белком дрожжей. [6]
Дефицит [ править ]
Дефицит гексокиназы - это генетическое аутосомно-рецессивное заболевание, вызывающее хроническую гемолитическую анемию. Хроническая гемолитическая анемия вызвана мутацией в гене HK, который кодирует фермент HK. Мутация вызывает снижение активности HK, что вызывает дефицит гексокиназы. [7]
См. Также [ править ]
- Аллостерия
- Ферментный катализ
- Гибкий компоновщик
- Флуоресцентные биосенсоры глюкозы
- Глюкокиназа
- Гликолиз
- Гликоген
- Глюкозо-6-фосфатаза
- Инсулин
- Динамика белкового домена
- Гибкость белка
Ссылки [ править ]
- ^ PDB : 308 ; Куэттнер Е.Б., Кеттнер К., Кейм А., Свергун Д.И., Волке Д. (2010). «Кристаллическая структура димера KlHxk1 в кристаллической форме I». DOI : 10.2210 / pdb3o08 / PDB . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ "Данные гексокиназы на Uniprot" . uniprot.org .
- ^ Шимчикова Д., Хенеберг П. (август 2019). «Определение щелочного оптимума pH глюкокиназы человека из-за коррекции АТФ-опосредованного смещения результатов ферментных анализов» . Научные отчеты . 9 (1): 11422. Bibcode : 2019NatSR ... 911422S . DOI : 10.1038 / s41598-019-47883-1 . PMC 6684659 . PMID 31388064 .
- ^ Роби, РБ; Хэй, Н. (2006). «Митохондриальные гексокиназы, новые медиаторы антиапоптотического действия факторов роста и Akt» . Онкоген . 25 (34): 4683–96. DOI : 10.1038 / sj.onc.1209595 . PMID 16892082 .
- Перейти ↑ Bustamante E, Pedersen P (1977). «Высокий аэробный гликолиз клеток гепатомы крысы в культуре: роль митохондриальной гексокиназы» . Proc Natl Acad Sci USA . 74 (9): 3735–9. Bibcode : 1977PNAS ... 74.3735B . DOI : 10.1073 / pnas.74.9.3735 . PMC 431708 . PMID 198801 .
- ^ Боуэн, Р. А. Набор молекулярных инструментов: графики гидрофобности белков. Государственный университет Колорадо, 1998. Интернет. 15 ноября 2010 г. < http://www.vivo.colostate.edu/molkit/index.html Архивировано 25 июня 2010 г. на Wayback Machine >
- ^ «Дефицит гексокиназы» . Enerca . Enerca . Проверено 6 апреля 2017 года .
vте Путь метаболизма гликолиза |
---|
Глюкоза Гексокиназа АТФ ADP Глюкозо-6-фосфат Глюкозо-6-фосфат- изомераза Фруктоза 6-фосфат Фосфофруктокиназа-1 АТФ ADP 1,6-бисфосфат фруктозы Бисфосфат-фруктозы альдолазы Дигидроксиацетонфосфат + + Глицеральдегид 3-фосфат Триозофосфат изомераза 2 × Глицеральдегид-3-фосфат 2 × Глицеральдегид-3- фосфатдегидрогеназа НАД + + P i НАДН + Н + НАД + + P i НАДН + Н + 2 × 1,3-бисфосфоглицерат 2 × Фосфоглицераткиназа ADP АТФ ADP АТФ 2 × 3-фосфоглицерат 2 × Фосфоглицерат мутаза 2 × 2-фосфоглицерат 2 × Phosphopyruvate гидратаз ( енолаз ) H 2 O H 2 O 2 × Фосфоенолпируват 2 × Пируваткиназа ADP АТФ 2 × Пируват 2 × |