Apa itu Hexokinase?

Hexokinase adalah protein yang diklasifikasikan dalam kelompok utama enzim transferase, yang cukup penting dalam metabolisme makhluk hidup.

Hexokinase adalah enzim pertama dalam jalur glikolitik, dan mengubah glukosa menjadi glukosa-6-fosfat. Ini menggunakan ATP untuk memfosforilasi kelompok 6-hidroksil glukosa, dan dihambat oleh produknya, glukosa-6-fosfat. Ini juga menderita regulasi alosterik positif oleh fosfat.

Dengan demikian, hexokinase mengatur aliran glukosa dalam metabolisme energi otak dan sel darah merah.

Glukosa-6-fosfat dan glukosa mengikat secara sinergis dengan hexokinase, seperti halnya glukosa dan fosfat anorganik.

Fosfat memainkan peran kecil dalam regulasi heksokinase selama respirasi, karena glikolisis dibatasi oleh pasokan glukosa.

Selama periode kekurangan oksigen, ATP lebih banyak harus berasal dari glikolisis karena piruvat membentuk asam laktat daripada memasuki siklus Kreb.

Ketika konsentrasi glukosa ekstraseluler sekitar 5 mM, aliran melalui jalur glikolitik meningkat hingga kapasitas 100%.

Ini terjadi setiap kali transporter glukosa jaringan otak meningkatkan konsentrasi glukosa intraseluler sebesar 50 kali lipat dan ada mekanisme untuk mengkompensasi efek penghambatan glukosa-6-fosfat pada hexokinase.

Properti hexokinase

Hexokinase adalah homodimer besar yang terdiri dari 920 asam amino di setiap rantai. Karena kedua utas identik, rantai akan diamati.

Berikut ini adalah tampilan struktur berwarna dari lebih terang ke lebih gelap di arah terminal-N ke terminal-C.

Enzim ini terdiri dari banyak heliks alfa dan daun beta. Heliks alfa dibentuk oleh struktur helix-turn-helix, dan melihat lebih dekat pada lembaran beta akan menunjukkan bahwa mereka membentuk lembaran alpha / beta terbuka.

Hexokinase mampu mengikat dua ligan, glukosa dan glukosa-6-fosfat. Glukosa terikat sehingga glikolisis dapat terjadi, dan glukosa-6-fosfat berikatan sebagai inhibitor alosterik. Juga bermanfaat untuk melihat struktur ini dalam stereo (Schroering, 2013).

Struktur tersier hexokinase termasuk lembar alfa / beta terbuka. Ada sejumlah besar variasi yang terkait dengan struktur ini.

Ini terdiri dari lima lembar beta dan tiga heliks alfa. Dalam lembar alfa / beta terbuka ini, empat lembar beta paralel dan satu di arah anti-paralel.

Heliks alfa dan loop beta menghubungkan lembar beta untuk menghasilkan lembar terbuka alfa / beta ini. Celah menunjukkan domain pengikat ATP dari enzim glikolitik ini (Schneeberger, 1999).

Reaksi

Untuk mendapatkan hasil ATP bersih dari katabolisme glukosa, pertama-tama perlu untuk membalikkan ATP.

Selama langkah, gugus alkohol pada posisi 6 dari molekul glukosa bereaksi dengan mudah dengan gugus terminal fosfat ATP, membentuk glukosa-6-fosfat dan ADP.

Untuk kenyamanan, gugus fosforil (PO32-) diwakili oleh Ⓟ. Karena penurunan energi bebas sangat besar, reaksi ini praktis tidak dapat diubah dalam kondisi fisiologis.

Pada hewan, fosforilasi glukosa ini, yang menghasilkan glukosa 6-fosfat, dikatalisis oleh dua enzim yang berbeda.

Dalam kebanyakan sel, heksokinase dengan afinitas tinggi terhadap glukosa menghasilkan reaksi.

Selain itu, hati mengandung glukokinase (isoform IV dari hexokinase), yang membutuhkan konsentrasi glukosa jauh lebih tinggi sebelum bereaksi.

Glucokinase hanya berfungsi dalam keadaan darurat, ketika konsentrasi glukosa dalam darah naik ke tingkat tinggi yang abnormal (Kornberg, 2013).

Peraturan

Dalam glikolisis, reaksi yang dikatalisis oleh heksokinase, fosfofruktokinase dan piruvat kinase praktis tidak dapat diubah; Oleh karena itu, diharapkan bahwa enzim ini memiliki peran regulasi dan katalitik. Bahkan, masing-masing berfungsi sebagai situs kontrol.

Hexokinase dihambat oleh produknya, glukosa 6-fosfat. Konsentrasi tinggi molekul ini menunjukkan bahwa sel tidak lagi membutuhkan glukosa untuk energi, untuk penyimpanan sebagai glikogen, atau sebagai sumber prekursor biosintesis, dan glukosa akan tertinggal dalam darah.

Misalnya, ketika fosfofruktokinase tidak aktif, konsentrasi fruktosa 6-fosfat meningkat.

Pada gilirannya, kadar glukosa 6-fosfat meningkat karena berada dalam kesetimbangan dengan fruktosa 6-fosfat. Oleh karena itu, penghambatan fosfofruktokinase mengarah pada penghambatan hexokinase.

Namun, hati, sesuai dengan perannya sebagai pemantau kadar glukosa darah, memiliki isozim khusus heksokinase yang disebut glukokinase yang tidak dihambat oleh glukosa-6-fosfat (Berg JM, 2002.).

Hexokinase vs glukokinase

Hexokinase memiliki empat isoform berbeda yang disebut I, II, III dan IV. Isoform Hexokinase I, II, dan III memiliki berat molekul sekitar 100.000 dan merupakan monomer di sebagian besar kondisi.

Urutan asam amino isoform I-III identik dengan 70%. Di sisi lain, gugus N-dan C-terminal isoform I-III memiliki urutan asam amino yang serupa, mungkin sebagai hasil duplikasi dan fusi gen.

Isoform IV hexokinase (glukokinase) memiliki berat molekul 50.000, mirip dengan ragi hexokinase. Glucokinase menunjukkan kesamaan urutan yang signifikan dengan bagian N dan C-terminal dari isoform I-III.

Meskipun ada kesamaan urutan, sifat fungsional isoform heksokinase berbeda secara signifikan.

Isoform I (selanjutnya disebut hexokinase I) mengatur langkah pembatasan glikolisis di otak dan sel darah merah.

Produk reaksi, glukosa-6-fosfat (Gluc-6-P), menghambat isoform I dan II (tetapi bukan isoform IV) pada level mikromolar.

Namun, fosfat anorganik (Pi) mengurangi penghambatan Gluc-6-P dari hexokinase I.

Domain C-terminal hexokinase I memiliki aktivitas katalitik, sedangkan domain N-terminal sendiri tidak memiliki aktivitas, tetapi terlibat dalam regulasi alosterik positif produk oleh Pi.

Sebaliknya, bagian C dan N-terminal memiliki aktivitas katalitik yang sebanding dalam isoform II.

Jadi, di antara isoform heksokinase, heksokinase serebral menunjukkan sifat pengaturan unik di mana tingkat fisiologis Pi dapat membalikkan penghambatan karena tingkat fisiologis Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998).

Heksokines tipe I, II dan III dapat memfosforilasi berbagai gula heksosa, termasuk glukosa, fruktosa dan manosa, dan dengan demikian terlibat dalam sejumlah jalur metabolisme (Enzim Glikolisis, SF).

Glukokinase hati berbeda dari isoform lainnya dalam tiga aspek:

• Ini spesifik untuk D-glukosa dan tidak bertindak dengan heksosa lainnya
• Ini tidak dihambat oleh glukosa 6-fosfat
• Ini memiliki Km lebih tinggi dari isoform lainnya (10mM vs 0, 1mM) yang memberikan afinitas yang lebih rendah pada substrat.

Glukokinase hati berperan ketika konsentrasi gula darah tinggi, misalnya, setelah makan yang kaya karbohidrat.

Glucokinase sangat penting dalam aspek lain: diabetes mellitus kekurangan penyakit.

Pada penyakit ini, pankreas gagal mengeluarkan insulin dalam jumlah normal, glukosa darah sangat tinggi dan sangat sedikit glikogen hati terbentuk (Lehninger, 1982).