hexokinase (HK) เป็นเอนไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาแรกของทางเดิน glycolytic ในแทบทุกสิ่งมีชีวิตทั้ง prokaryotes และยูคาริโอ มีหน้าที่ในการถ่ายโอนกลุ่มฟอสโฟรีลไปยังกลูโคสทำให้เกิดกลูโคส -6P แม้ว่ามันจะสามารถฟอสโฟรีเลตน้ำตาลอื่น ๆ ได้ด้วย (คาร์บอน 6 อะตอม)
เอนไซม์นี้จัดอยู่ในหนึ่งในสองตระกูลของเอนไซม์กลูโคสไคเนส (เอนไซม์ที่ถ่ายโอนกลุ่มฟอสโฟรีลไปยังพื้นผิวเช่นกลูโคส): ตระกูลเฮกโซคิเนส (HK) ซึ่งมีสมาชิกแบ่งออกเป็นสามกลุ่มที่แตกต่างกันซึ่งเรียกว่ากลุ่ม HK กลุ่ม A และกลุ่ม B
ปฏิกิริยาเร่งโดยเอนไซม์เฮกโซไคเนส (ที่มา: Jmun7616 จาก Wikimedia Commons)
เอนไซม์ที่อยู่ในตระกูล HK มีลักษณะเป็นน้ำตาลกลูโคสฟอสโฟรีเลดโดยมีค่าใช้จ่ายของ ATP เป็นโมเลกุลของผู้บริจาคกลุ่มฟอสโฟรีลและสมาชิกของมันแตกต่างกันไปตามน้ำหนักโมเลกุลและความจำเพาะของสารตั้งต้น
กลุ่ม HK ประกอบด้วยเอนไซม์ของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต (ATP: D-hexose 6-phosphotransferases) ในขณะที่กลุ่ม A แสดงโดยเอนไซม์ของแบคทีเรียแกรมลบไซยาโนแบคทีเรียอะมิโตคอนเดรียตโพรทิสต์และทริปโนโซมและกลุ่ม B ประกอบด้วยเอนไซม์ ของแบคทีเรียแกรมบวกและสิ่งมีชีวิต crenachea
เอนไซม์ของกลุ่ม A และ B เรียกอีกอย่างว่ากลูโคไคเนส (GlcKs) เนื่องจากมีความสามารถในการฟอสโฟรีเลติงกลูโคสเท่านั้นซึ่งเป็นสาเหตุที่เอนไซม์เหล่านี้เรียกว่า ATP: D-glucose 6-phosphotransferases
ในฐานะที่เป็นเอนไซม์ไกลโคไลติกเฮกโซไคเนสมีความสำคัญในการเผาผลาญอย่างมากเนื่องจากหากไม่มีวิถีทางที่สำคัญนี้จะเป็นไปไม่ได้และเซลล์ที่ขึ้นอยู่กับการบริโภคคาร์โบไฮเดรตเช่นสมองและเซลล์กล้ามเนื้อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิดจะมีอุปสรรคในการทำงานและทางสรีรวิทยาที่ร้ายแรง ทั่วไป.
โครงสร้าง
ดังที่จะเห็นในภายหลังเอนไซม์เฮกโซไคเนสประเภทต่างๆมีอยู่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่น ๆ (เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวเช่นยีสต์) มีการอธิบายสี่ประการในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม: ไอโซฟอร์ม I, II, III และ IV
ไอโซไซม์สามตัวแรกมีน้ำหนักโมเลกุล 100 kDa แต่ isozyme IV มี 50 kDa ไอโซเอ็นไซม์เหล่านี้ (โดยเฉพาะ I-III) มีความคล้ายคลึงกันในลำดับสูงเกี่ยวกับ C- และ N-termini รวมถึงสมาชิกคนอื่น ๆ ในตระกูล hexokinase
โดเมน N-terminal ของเอนไซม์เหล่านี้ถือเป็นโดเมน "กฎข้อบังคับ" ในขณะที่กิจกรรมเร่งปฏิกิริยาดำเนินการโดยโดเมน C-terminal (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม HK II มีไซต์ที่ใช้งานอยู่ในทั้งสองโดเมน)
โดเมนเทอร์มินัล N เชื่อมโยงกับโดเมนเทอร์มินัล C ผ่านเกลียวอัลฟาแต่ละอันมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 50 kDa และมีที่ยึดสำหรับกลูโคส
แบบจำลองที่เหมาะสมสำหรับเอนไซม์เฮกโซไคเนส (เกี่ยวกับสารตั้งต้นสองชนิดคือ ATP และกลูโคส) (ที่มา: Thomas Shafee จาก Wikimedia Commons)
โครงสร้างระดับตติยภูมิของเอนไซม์เหล่านี้ประกอบด้วยแผ่นพับที่ผสมกับแอลฟาเฮลิกส์ซึ่งสัดส่วนจะแตกต่างกันไปตามเอนไซม์และชนิดที่เป็นปัญหา ไซต์ที่มีผลผูกพันสำหรับ ATP ซึ่งเป็นสารตั้งต้นอื่น ๆ สำหรับเฮกโซคิเนสมักประกอบด้วยแผ่นงานห้าแผ่นและแอลฟาสองเฮลิก
คุณสมบัติ
Hexokinase มีหน้าที่ยอดเยี่ยมในการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เนื่องจากเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาขั้นตอนแรกของทางเดินไกลโคไลติกซึ่งเป็นสื่อกลางในการฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสภายในเซลล์
ขั้นตอนแรกของไกลโคไลซิสซึ่งประกอบด้วยการถ่ายโอนกลุ่มฟอสโฟรีลจาก ATP (ผู้บริจาค) ไปยังกลูโคสโดยให้กลูโคส 6 - ฟอสเฟตและ ADP เป็นขั้นตอนแรกในการลงทุนด้านพลังงานสองขั้นตอนในรูปแบบของ ATP
นอกจากนี้ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเฮกโซไคเนสยังเป็นขั้นตอน "กระตุ้น" ของกลูโคสเพื่อการแปรรูปต่อไปและแสดงถึงขั้นตอน "การประนีประนอม" เนื่องจากกลูโคสที่ทำให้ฟอสโฟรีเลต์ไม่สามารถออกจากเซลล์ผ่านทางลำเลียงเมมเบรนแบบเดิมได้ plasmatic
ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเฮกโซไคเนสนั่นคือกลูโคส 6 - ฟอสเฟตเป็นจุดแตกแขนงเนื่องจากเป็นสารตั้งต้นแรกที่ใช้ในทางเดินเพนโตสฟอสเฟตและในการสังเคราะห์ไกลโคเจนในสัตว์หลายชนิด (และ แป้งในพืช).
ในพืช
การทำงานของเฮกโซไคเนสในพืชไม่แตกต่างจากสัตว์หรือจุลินทรีย์มากนักอย่างไรก็ตามในพืชที่สูงขึ้นเอนไซม์นี้ยังทำหน้าที่เป็น "เซ็นเซอร์" ความเข้มข้นของน้ำตาล
ความสำคัญของฟังก์ชันนี้ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของน้ำตาลเป็นปัจจัยควบคุมในการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเผาผลาญที่แตกต่างกันเช่น:
- การสังเคราะห์ด้วยแสง
- วงจรไกลออกซีเลต
- การหายใจ
- การย่อยสลายหรือการสังเคราะห์แป้งและซูโครส
- การเผาผลาญไนโตรเจน
- ป้องกันเชื้อโรค
- การควบคุมวัฏจักรของเซลล์
- การตอบสนองต่อการรักษา
- ผิวคล้ำ
- ความชราภาพและอื่น ๆ
หน้าที่ของเฮกโซไคเนสในฐานะ "เซ็นเซอร์" ของปริมาณกลูโคสภายในเซลล์ได้รับการอธิบายไว้สำหรับยีสต์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
รูปร่าง
ในธรรมชาติมีเฮกโซคิเนสในรูปแบบต่าง ๆ และขึ้นอยู่กับชนิดที่พิจารณาเป็นพื้นฐาน
ตัวอย่างเช่นในมนุษย์และสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่น ๆ การมีอยู่ของไอโซฟอร์มที่แตกต่างกัน 4 แบบของเอนไซม์เฮกโซคิเนสในช่องไซโตโซลิกซึ่งแสดงด้วยตัวเลขโรมัน I, II, III และ IV
Isoenzymes I, II และ III มีน้ำหนักโมเลกุล 100 kDa ถูกยับยั้งโดยผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (กลูโคส 6 - ฟอสเฟต) และเกี่ยวข้องกับกลูโคสมากกล่าวคือมีค่าคงที่ Km ต่ำมาก อย่างไรก็ตามเอนไซม์เหล่านี้มีความจำเพาะของสารตั้งต้นไม่ดีสามารถฟอสโฟรีเลตเฮกโซสอื่น ๆ เช่นฟรุกโตสและแมนโนสได้
Isoenzyme IV หรือที่เรียกว่า glucokinase (GlcK) มีน้ำหนักโมเลกุลเพียง 50 kDa และแม้ว่าจะมีความสัมพันธ์กันไม่ดี (ค่า Km สูง) แต่ก็มีความจำเพาะสูงสำหรับกลูโคสเป็นสารตั้งต้นและไม่ได้อยู่ภายใต้ กลไกการกำกับดูแลมากกว่าไอโซเอนไซม์อีกสามตัว
Glucokinase (isoenzyme IV ของ hexokinase ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิด) ส่วนใหญ่พบในตับและช่วยให้อวัยวะนี้ "ปรับ" อัตราการบริโภคกลูโคสเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นในเลือดที่หมุนเวียน
ยีนทั้งสามที่เป็นรหัสสำหรับ hexokinase I, II และ III ในสัตว์ดูเหมือนจะมีบรรพบุรุษ 50 kDa ที่ซ้ำกันและหลอมรวมกันในจีโนมซึ่งดูเหมือนจะชัดเจนเมื่อสังเกตเห็นว่ากิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของรูปแบบ I และ III อยู่ที่ปลายขั้ว C เท่านั้น
อ้างอิง
- Aronoff, SL, Berkowitz, K. , Shreiner, B. , & Want, L. (2004). การเผาผลาญและการควบคุมกลูโคส: นอกเหนือจากอินซูลินและกลูคากอน สเปกตรัมของโรคเบาหวาน, 17 (3), 183-190
- Harrington, GN และ Bush, DR (2003) บทบาทของเฮกโซคิเนสในการเผาผลาญและการส่งสัญญาณกลูโคส เซลล์พืช, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P. , Zhou, L. , & Sheen, J. (1997). Hexokinase เป็นเซ็นเซอร์วัดน้ำตาลในพืชชั้นสูง เซลล์พืช, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S. , Mukai, T. , Mori, S. , Mikami, B. , & Murata, K. (2005). สมมติฐาน: โครงสร้างวิวัฒนาการและบรรพบุรุษของกลูโคสไคเนสในตระกูลเฮกโซไคเนส วารสารชีววิทยาศาสตร์และวิศวกรรมชีวภาพ, 99 (4), 320–330
- แมทธิวส์, KE (1998). Van Holde ชีวเคมี.
- Wilson, JE (2003). อิโซไซม์ของเฮกโซไคเนสของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม: โครงสร้างการแปลใต้เซลล์และฟังก์ชันการเผาผลาญ วารสารชีววิทยาเชิงทดลอง, 206 (12), 2049-2057.