Hexokinase คืออะไร

hexokinase เป็นโปรตีนที่ถูกจัดอยู่ในกลุ่มหลักของเอนไซม์ transferase ซึ่งมีความสำคัญต่อเมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิต. 

Hexokinase เป็นเอนไซม์ตัวแรกในเส้นทางไกลโคไลติกและเปลี่ยนกลูโคสเป็นกลูโคส -6- ฟอสเฟต มันใช้ ATP เพื่อ phosphorylate กลุ่ม 6-hydroxyl กลูโคสและถูกยับยั้งโดยผลิตภัณฑ์กลูโคส -6- ฟอสเฟต นอกจากนี้ยังทนทุกข์ทรมานจากการควบคุม allosteric เชิงบวกโดยฟอสเฟต.

ดังนั้น hexokinase จะควบคุมการไหลของกลูโคสในการเผาผลาญพลังงานของสมองและเซลล์เม็ดเลือดแดง.

กลูโคส -6- ฟอสเฟตและกลูโคสผูกเข้าด้วยกันกับ hexokinase เช่นเดียวกับกลูโคสและฟอสเฟตอนินทรีย์.

ฟอสเฟตมีบทบาทเล็กน้อยในการควบคุมเฮกซาไคเนสในระหว่างการหายใจเนื่องจาก glycolysis ถูก จำกัด โดยการจัดหากลูโคส.

ในช่วงที่มีการกีดกันออกซิเจนเอทีพีมากกว่านั้นจะต้องมาจากไกลโคไลซิสเนื่องจากไพรูฟอร์มเป็นกรดแลคติกแทนที่จะเข้าสู่วงจรเครบ.

เมื่อความเข้มข้นของกลูโคสนอกเซลล์อยู่ที่ประมาณ 5 mM การไหลผ่านทางเดิน glycolytic จะเพิ่มความจุได้สูงสุด 100%.

สิ่งนี้เกิดขึ้นทุกครั้งที่เนื้อเยื่อขนย้ายเนื้อเยื่อกลูโคสในสมองยกระดับความเข้มข้นของกลูโคสในเซลล์โดย 50 เท่าและมีกลไกในการชดเชยผลการยับยั้งของกลูโคส -6- ฟอสเฟตใน hexokinase.

คุณสมบัติของ hexokinase

Hexokinase เป็น Homodimer ขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยกรดอะมิโน 920 ตัวในแต่ละห่วงโซ่ เนื่องจากทั้งสองกระทู้เหมือนกันจะมีการสังเกตห่วงโซ่.

นี่คือมุมมองของโครงสร้างสีตั้งแต่สีอ่อนถึงสีเข้มในทิศทาง N-terminal ถึงทิศทาง C-terminal.

เอนไซม์นี้ประกอบไปด้วยอัลฟาเอนริเก้และเบต้าเบตา alpha helices เกิดขึ้นจากโครงสร้าง helix-turn-helix และการมองอย่างใกล้ชิดที่แผ่นเบต้าจะแสดงให้เห็นว่าพวกมันกลายเป็นแผ่นแอลฟา / เบต้าแบบเปิด.

Hexokinase สามารถจับกับลิแกนด์สองกลูโคสและกลูโคส -6- ฟอสเฟต กลูโคสถูกผูกไว้เพื่อให้ไกลคอลสามารถเกิดขึ้นได้และกลูโคส -6- ฟอสเฟตผูกเป็นตัวยับยั้ง allosteric มันยังมีประโยชน์ที่จะเห็นโครงสร้างนี้ในระบบสเตอริโอ (Schroering, 2013).

โครงสร้างระดับอุดมศึกษาของ hexokinase รวมถึงแผ่นอัลฟา / เบต้าแบบเปิด มีการเปลี่ยนแปลงมากมายที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างนี้.

ประกอบด้วยแผ่นเบต้าห้าแผ่นและตัวช่วยสามตัว ในแผ่นอัลฟ่า / เบต้าเปิดนี้แผ่นเบต้าสี่แผ่นนั้นขนานกันและหนึ่งแผ่นอยู่ในทิศทางต่อต้านขนาน.

alpha helices และ beta loops เชื่อมต่อแผ่นงานรุ่นเบต้าเพื่อสร้างแผ่นงานแบบเปิด alpha / beta นี้ แหว่งระบุโดเมนที่มีผลผูกพันกับ ATP ของเอนไซม์ glycolytic นี้ (Schneeberger, 1999).

ปฏิกิริยา

เพื่อที่จะได้รับผลตอบแทน ATP สุทธิจาก catabolism ของกลูโคสเป็นสิ่งแรกที่จำเป็นในการย้อนกลับ ATP.

ในระหว่างขั้นตอนกลุ่มแอลกอฮอล์ในตำแหน่งที่ 6 ของโมเลกุลกลูโคสจะทำปฏิกิริยากับกลุ่มฟอสเฟต ATP ได้อย่างง่ายดายทำให้เกิดกลูโคส -6- ฟอสเฟตและ ADP.

เพื่อความสะดวกกลุ่มฟอสฟอรัส (PO32-) จะถูกแทนด้วยⓅ เนื่องจากการลดลงของพลังงานฟรีมีขนาดใหญ่มากปฏิกิริยานี้จึงไม่สามารถย้อนกลับได้ภายใต้สภาพร่างกาย.

ในสัตว์นั้นกลูโคสฟอสโฟรีเลชั่นซึ่งผลิตกลูโคส 6 ฟอสเฟตนั้นถูกเร่งด้วยเอนไซม์สองชนิดที่แตกต่างกัน.

ในเซลล์ส่วนใหญ่ hexokinase ที่มีความสัมพันธ์สูงสำหรับกลูโคสจะสร้างปฏิกิริยา.

นอกจากนี้ตับยังมี glucokinase (isoform IV ของ hexokinase) ซึ่งต้องการความเข้มข้นของกลูโคสที่สูงขึ้นมากก่อนที่มันจะตอบสนอง.

กลูโคคิเนสทำงานได้เฉพาะในกรณีฉุกเฉินเมื่อความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดเพิ่มขึ้นถึงระดับสูงผิดปกติ (Kornberg, 2013).

การควบคุม

ใน glycolysis ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย hexokinase, phosphofructokinase และ pyruvate kinase ไม่สามารถแก้ไขได้จริง; ดังนั้นจึงคาดว่าเอนไซม์เหล่านี้จะมีบทบาทด้านกฎระเบียบและตัวเร่งปฏิกิริยา ในความเป็นจริงแต่ละคนทำหน้าที่เป็นเว็บไซต์ควบคุม.

Hexokinase ถูกยับยั้งโดยผลิตภัณฑ์กลูโคส 6 ฟอสเฟต ความเข้มข้นสูงของโมเลกุลนี้บ่งบอกว่าเซลล์ไม่ต้องการน้ำตาลกลูโคสสำหรับพลังงานอีกต่อไปสำหรับการจัดเก็บเป็นไกลโคเจนหรือเป็นแหล่งกำเนิดสารตั้งต้นทางชีวสังเคราะห์และกลูโคสจะถูกทิ้งไว้ในเลือด.

ตัวอย่างเช่นเมื่อฟอสฟอสโฟไคน์เนสไม่ทำงานความเข้มข้นของฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตจะเพิ่มขึ้น.

ในทางกลับกันระดับกลูโคส 6- ฟอสเฟตเพิ่มขึ้นเนื่องจากอยู่ในสมดุลกับฟรักโทส 6- ฟอสเฟต ดังนั้นการยับยั้งฟอสฟอโรซิโนไคเนสจึงนำไปสู่การยับยั้งเฮกซาคินเนส.

อย่างไรก็ตามตับซึ่งมีบทบาทในการเป็นตัวตรวจสอบระดับน้ำตาลในเลือดนั้นมีคุณสมบัติเป็นไอโซไซม์พิเศษของ hexokinase ที่เรียกว่ากลูโคไคเนสซึ่งไม่ได้ถูกยับยั้งโดยกลูโคส -6- ฟอสเฟต (Berg JM, 2002).

Hexokinase vs glucokinase

Hexokinase มีไอโซฟอร์มที่แตกต่างกันสี่แบบที่เรียกว่า I, II, III และ IV ไอโซฟอร์ม Hexokinase I, II, และ III มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 100,000 และเป็นโมโนเมอร์ในสภาพส่วนใหญ่.

ลำดับกรดอะมิโนของไอโซฟอร์ม I-III เท่ากับ 70% ในอีกทางหนึ่งส่วน N- และ C-terminal ของ I-III isoforms มีลำดับกรดอะมิโนที่คล้ายกันอาจเป็นผลมาจากการทำสำเนายีนและฟิวชั่น.

isoform IV ของ hexokinase (glucokinase) มีน้ำหนักโมเลกุล 50,000 คล้ายกับยีสต์ hexokinase Glucokinase แสดงลำดับความคล้ายคลึงที่สำคัญกับ N และ C-terminal ครึ่งหนึ่งของไอโซฟอร์ม I-III.

แม้จะมีความคล้ายคลึงกันตามลำดับ แต่คุณสมบัติการทำงานของ hexokinase isoforms นั้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ.

Isoform I (ต่อจากนี้ hexokinase I) ควบคุมขั้นตอนการ จำกัด glycolysis ในสมองและเซลล์เม็ดเลือดแดง.

ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา, กลูโคส -6- ฟอสเฟต (Gluc-6-P), ยับยั้งทั้งสอง isoforms I และ II (แต่ไม่ใช่ isoform IV) ในระดับไมโครเมตร.

อย่างไรก็ตามอนินทรีย์ฟอสเฟต (Pi) ช่วยลดการยับยั้งของ Gluc-6-P จาก hexokinase I.

โดเมน C-terminal ของ hexokinase I มีกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาในขณะที่โดเมน N-terminal นั้นไม่มีกิจกรรม แต่มีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุม allosteric เชิงบวกของผลิตภัณฑ์โดย Pi.

ในทางตรงกันข้ามชิ้นส่วน C และ N-terminal มีกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาที่คล้ายกันใน isoform II.

ดังนั้นในบรรดาไอโซฟอร์มของ hexokinase นั้น hexokinase ในสมองจะแสดงคุณสมบัติด้านกฎระเบียบที่ไม่ซ้ำกันซึ่งระดับทางสรีรวิทยาของ Pi สามารถย้อนกลับการยับยั้งเนื่องจากระดับสรีรวิทยาของ Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998).

Hexokinase type I, II และ III สามารถ phosphorylate ที่หลากหลายของน้ำตาล hexose, รวมถึงกลูโคส, ฟรุกโตสและมานโนส, และเช่นนี้เกี่ยวข้องกับเส้นทางเมตาบอลิซึมจำนวนหนึ่ง (เอนไซม์ของ Glycolysis, S.F. ).

glucokinase ของตับแตกต่างจาก isoforms อื่น ๆ ในสามด้าน:

• มันมีความเฉพาะสำหรับ D-กลูโคสและไม่ได้ทำกับ hexoses อื่น ๆ
• มันไม่ได้ถูกยับยั้งโดยกลูโคส 6-phosphate
• มันมีหนึ่งกิโลเมตรสูงกว่าไอโซฟอร์มอื่น ๆ (10mM เทียบกับ 0.1mM) ซึ่งให้ความสัมพันธ์กับพื้นผิวที่ต่ำกว่า.

ตับ glucokinase เข้ามาเล่นเมื่อความเข้มข้นของน้ำตาลในเลือดสูงตัวอย่างเช่นหลังจากอาหารคาร์โบไฮเดรตสูง.

กลูโคนิเนสมีความสำคัญในด้านอื่น: โรคเบาหวานมีความบกพร่องในการเกิดโรค.

ในโรคนี้ตับอ่อนไม่สามารถหลั่งอินซูลินในปริมาณปกติระดับน้ำตาลในเลือดสูงมากและไกลโคเจนในตับเกิดขึ้นน้อยมาก (Lehninger, 1982).

การอ้างอิง

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998) กลไกการควบคุม hexokinase: ข้อมูลเชิงลึกใหม่จากโครงสร้างผลึกของ hexokinase สมองมนุษย์ recombinant คอมเพล็กซ์ด้วยกลูโคสและกลูโคส -6- ฟอสเฟต โครงสร้างเล่ม 6 ปัญหา 1, 15, 39-50. 
2. ภูเขาน้ำแข็ง JM, T. J. (2002) ฉบับที่ 5 นิวยอร์ก :: W H Freeman.
3. เอนไซม์ของ Glycolysis ( S.F. ) กู้คืนจาก ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, 22 พฤษภาคม) การเผาผลาญอาหาร กู้คืนจาก britannica.com.
5. Lehninger, A. L. (1982) หลักการทางชีวเคมี นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์ที่คุ้มค่า, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999) hexokinase สืบค้นจาก chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, 20 กุมภาพันธ์) โครงสร้างและกลไกของ Hexokinase กู้คืนจาก proteopedia.org.