Гексокиназа

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
Поиск ЧВК статьи PubMed статьи NCBI белки

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-PO^2-
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.

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 ]