إن hexokinase (HK) هو الإنزيم الذي يحفز التفاعل الأول لمسار التحلل الجلدي في جميع الكائنات الحية تقريبًا ، بدائيات النوى وحقيقيات النوى. وهو مسؤول عن نقل مجموعة الفسفوريل إلى الجلوكوز ، وإنتاج الجلوكوز 6P ، على الرغم من أنه يمكن أيضًا أن يفسفوريلات السكريات الأخرى هيكسيوز (6 ذرات كربون).
يصنف هذا الإنزيم ضمن عائلتين من إنزيمات الجلوكوز كيناز (الإنزيمات التي تنقل مجموعات الفسفوريل إلى ركائز مثل الجلوكوز): عائلة هيكسوكيناز (HK) ، التي ينقسم أعضائها إلى ثلاث مجموعات مختلفة تعرف باسم مجموعة HK ، المجموعة أ والمجموعة ب.
رد فعل محفز بواسطة إنزيم هيكسوكيناز (المصدر: Jmun7616 عبر ويكيميديا كومنز)
تتميز الإنزيمات التي تنتمي إلى عائلة HK بفسفرة الجلوكوز على حساب ATP كجزيء مانح لمجموعة الفوسفوريل ، وتختلف أعضائها عن بعضها البعض بشكل أساسي فيما يتعلق بوزنها الجزيئي وخصوصية الركيزة.
تشتمل مجموعة HK على إنزيمات الكائنات حقيقية النواة (ATP: D-hexose 6-phosphotransferases) ، بينما يتم تمثيل المجموعة A بواسطة إنزيمات البكتيريا سالبة الجرام والبكتيريا الزرقاء والطلائعيات الأميتوكوندريات والتريبانوزوماتيد ، وتحتوي المجموعة B على الإنزيمات البكتيريا موجبة الجرام والكائنات الحية الدقيقة.
تُعرف إنزيمات المجموعتين A و B أيضًا باسم الجلوكوكينازات (GlcKs) ، لأنها قادرة على فسفرة الجلوكوز بشكل حصري ، ولهذا السبب تسمى هذه الإنزيمات ATP: D-glucose 6-phosphotransferases.
باعتباره إنزيم حال للجلوكوز ، فإن هيكسوكيناز له أهمية استقلابية كبيرة ، لأنه بدونه لن يكون هذا المسار المهم ممكنًا ، وستكون للخلايا التي تعتمد بشكل كبير على استهلاك الكربوهيدرات ، مثل خلايا الدماغ والعضلات للعديد من الثدييات ، عوائق وظيفية وفسيولوجية خطيرة في جنرال لواء.
بناء
كما سنرى لاحقًا ، توجد أنواع مختلفة من إنزيمات الهكسوكيناز في الثدييات والفقاريات الأخرى (وكذلك في الكائنات أحادية الخلية مثل الخميرة). تم وصف أربعة في الثدييات: الأشكال الإسوية الأول والثاني والثالث والرابع.
أول ثلاثة إيزوزيمات لها وزن جزيئي 100 كيلو دالتون ، لكن الإيزوزيم الرابع يحتوي على 50 كيلو دالتون. تُظهر هذه الإنزيمات المتماثلة (خاصة I-III) تشابهًا عاليًا في التسلسل مع بعضها البعض فيما يتعلق بـ C- و N-termini ، وكذلك مع أعضاء آخرين من عائلة hexokinase.
يعتبر المجال N-terminal لهذه الإنزيمات هو المجال "التنظيمي" ، بينما يتم تنفيذ النشاط التحفيزي بواسطة المجال C-terminal (لدى الثدييات HK II مواقع نشطة في كلا المجالين).
يرتبط المجال N-terminal بالمجال الطرفي C من خلال حلزون ألفا ، كل منها يحتوي على حوالي 50 كيلو دالتون في الوزن الجزيئي ويمتلك موقع ربط للجلوكوز.
نموذج الملاءمة المستحث لإنزيم هيكسوكيناز (فيما يتعلق بركائزه: ATP والجلوكوز) (المصدر: Thomas Shafee عبر Wikimedia Commons)
يتكون التركيب الثلاثي لهذه الإنزيمات أساسًا من صفائح مطوية β ممزوجة بحلزونات ألفا ، والتي تختلف نسبتها فيما يتعلق بالإنزيم والأنواع المعنية ؛ موقع الربط لـ ATP ، الركيزة الأخرى لـ hexokinase ، يتكون عادة من خمس أوراق و حلزونات ألفا.
المميزات
Hexokinase له وظيفة متعالية في استقلاب الكربوهيدرات لمعظم الكائنات الحية ، لأنه يحفز الخطوة الأولى من مسار تحلل السكر ، مما يؤدي إلى فسفرة الجلوكوز داخل الخلية.
هذه الخطوة الأولى من تحلل السكر ، والتي تتكون من نقل مجموعة الفوسفوريل من ATP (مانح) إلى الجلوكوز ، مما ينتج الجلوكوز 6-فوسفات و ADP ، هي الخطوة الأولى من خطوتين لاستثمار الطاقة في شكل ATP.
علاوة على ذلك ، فإن التفاعل المحفز بواسطة hexokinase هو خطوة "التنشيط" للجلوكوز لمزيد من المعالجة ويمثل خطوة "حل وسط" ، نظرًا لأن الجلوكوز بهذه الطريقة لا يمكنه مغادرة الخلية عبر ناقلات الغشاء التقليدية. بلازمية.
ناتج التفاعل المحفز بهكسوكيناز ، أي الجلوكوز 6-فوسفات ، هو نقطة تفرع ، لأنه الركيزة الأولى المستخدمة في مسار فوسفات البنتوز وفي تخليق الجليكوجين في العديد من الحيوانات (و النشا في النباتات).
في النباتات
لا تختلف وظيفة هيكسوكيناز في النباتات كثيرًا عن وظيفة الحيوانات أو الكائنات الحية الدقيقة ، ومع ذلك ، يعمل هذا الإنزيم أيضًا في النباتات العليا كجهاز استشعار لتركيز السكريات.
ترتبط أهمية هذه الوظيفة في هذه الكائنات بمشاركة السكريات كعوامل تنظيمية في التعبير عن الجينات التي تشارك في عمليات التمثيل الغذائي المختلفة مثل:
- البناء الضوئي
- دورة الجليوكسيلات
- التنفس
- تحلل أو تخليق النشا والسكروز
- التمثيل الغذائي للنيتروجين
- الدفاع ضد مسببات الأمراض
- تنظيم دورة الخلية
- الاستجابة الشافية
- تصبغ
- الشيخوخة ، من بين أمور أخرى.
تم وصف وظيفة هيكسوكيناز هذه "كمستشعر" لكمية الجلوكوز داخل الخلايا أيضًا في الخميرة والثدييات.
الأشكال
توجد في الطبيعة أشكال مختلفة من سداسي الحركة وهذا يعتمد بشكل أساسي على الأنواع التي يتم النظر فيها.
في الإنسان والحيوانات الفقارية الأخرى ، على سبيل المثال ، تم إثبات وجود 4 أشكال مختلفة من إنزيم هكسوكيناز في حجرة العصارة الخلوية ، والتي تم الإشارة إليها بواسطة الأرقام الرومانية الأول والثاني والثالث والرابع.
إنزيمات Isoenzymes I و II و III لها وزن جزيئي 100 كيلو دالتون ، ويتم تثبيطها بواسطة منتج تفاعلها (الجلوكوز 6 فوسفات) وهي مرتبطة جدًا بالجلوكوز ، أي أن لها ثابت Km منخفض جدًا. ومع ذلك ، فإن هذه الإنزيمات لها خصوصية ركيزة ضعيفة ، حيث تكون قادرة على فسفرة سداسيات أخرى مثل الفركتوز والمانوز.
يحتوي Isoenzyme IV ، المعروف أيضًا باسم الجلوكوكيناز (GlcK) ، على 50 كيلو دالتون فقط من حيث الوزن الجزيئي ، وعلى الرغم من ضعف الارتباط (قيم عالية لـ Km) ، إلا أنه يتمتع بخصوصية عالية للجلوكوز كركيزة ولا يخضع لها آليات تنظيمية من الإنزيمات الثلاثة الأخرى.
يوجد الجلوكوكيناز (الإنزيم الرابع من هيكسوكيناز العديد من الثدييات) بشكل رئيسي في الكبد ويساعد هذا العضو في "تعديل" معدل استهلاك الجلوكوز استجابة للتغيرات في هذه الركيزة في الدورة الدموية.
يبدو أن الجينات الثلاثة التي ترمز إلى hexokinase I و II و III في الحيوانات لديها نفس سلف 50 كيلو دالتون الذي تم تكراره ودمجه في الجينوم ، والذي يبدو واضحًا عندما لوحظ أن النشاط التحفيزي للأشكال I و الثالث يتواجد فقط في الطرف C.
المراجع
- Aronoff ، SL ، Berkowitz ، K. ، Shreiner ، B. ، & Want ، L. (2004). استقلاب الجلوكوز وتنظيمه: ما وراء الأنسولين والجلوكاجون. طيف مرض السكري، 17 (3) ، 183-190.
- Harrington، GN، & Bush، DR (2003). الدور الثنائي الوظيفي لهكسوكيناز في التمثيل الغذائي وإشارات الجلوكوز. الخلية النباتية، 15 (11) ، 2493-2496.
- Jang، JC، León، P.، Zhou، L.، & Sheen، J. (1997). Hexokinase كمستشعر للسكر في النباتات العليا. الخلية النباتية ، 9 (1) ، 5-19.
- Kawai، S.، Mukai، T.، Mori، S.، Mikami، B.، & Murata، K. (2005). الفرضية: الهياكل والتطور وأسلاف كينازات الجلوكوز في عائلة هيكسوكيناز. مجلة العلوم الحيوية والهندسة الحيوية ، 99 (4) ، 320-330.
- ماثيوز ، كيه إي (1998). فان هولد. الكيمياء الحيوية.
- ويلسون ، جي إي (2003). Isozymes of mammals hexokinase: التركيب والتوطين تحت الخلوي والوظيفة الأيضية. مجلة البيولوجيا التجريبية، 206 (12) ، 2049-2057.