The heksokinase (HK) adalah enzim yang mengkatalisis reaksi pertama dari jalur glikolisis dalam organisme hampir semua hidup, baik prokariota dan eukariota. Ini bertanggung jawab untuk transfer gugus fosforil ke glukosa, menghasilkan glukosa-6P, meskipun ia juga dapat memfosforilasi heksosa gula lainnya (6 atom karbon).
Enzim ini diklasifikasikan dalam salah satu dari dua keluarga enzim kinase glukosa (enzim yang mentransfer gugus fosforil ke substrat seperti glukosa): keluarga heksokinase (HK), yang anggotanya dibagi menjadi tiga kelompok berbeda yang dikenal sebagai kelompok HK, kelompok kelompok A dan kelompok B.
Reaksi yang dikatalisis oleh enzim heksokinase (Sumber: Jmun7616 via Wikimedia Commons)
Enzim yang termasuk dalam famili HK dicirikan oleh fosforilasi glukosa dengan mengorbankan ATP sebagai molekul donor gugus fosforil, dan anggotanya berbeda satu sama lain terutama dalam hal berat molekul dan spesifisitas substratnya.
Kelompok HK meliputi enzim organisme eukariotik (ATP: D-heksosa 6-fosfotransferase), sedangkan kelompok A diwakili oleh enzim bakteri gram negatif, cyanobacteria, protista amitokondriat dan tripanosomatid, dan kelompok B mengandung enzim. dari bakteri gram positif dan organisme crenachea.
Enzim Grup A dan B juga dikenal sebagai glukokinase (GlcKs), karena mereka mampu memfosforilasi glukosa secara eksklusif, itulah sebabnya enzim ini disebut ATP: D-glukosa 6-fosfotransferase.
Sebagai enzim glikolitik, heksokinase memiliki kepentingan metabolik yang besar, karena tanpanya jalur penting ini tidak akan mungkin dan sel yang sangat bergantung pada konsumsi karbohidrat, seperti sel otak dan otot dari banyak mamalia, akan memiliki hambatan fungsional dan fisiologis yang serius dalam umum.
Struktur
Seperti yang akan kita lihat nanti, berbagai jenis enzim heksokinase ada pada mamalia dan vertebrata lain (serta organisme uniseluler seperti ragi). Empat telah dijelaskan pada mamalia: isoform I, II, III dan IV.
Tiga isozim pertama memiliki berat molekul 100 kDa, tetapi isozim IV memiliki 50 kDa. Isoenzim-isoenzim ini (terutama I-III) menunjukkan kemiripan urutan yang tinggi satu sama lain terkait dengan C- dan N-termini, serta dengan anggota lain dari keluarga heksokinase.
Domain N-terminal dari enzim ini dianggap sebagai domain "pengaturan", sedangkan aktivitas katalitik dilakukan oleh domain C-terminal (mamalia HK II memiliki situs aktif di kedua domain).
Domain N-terminal dihubungkan ke domain C-terminal melalui alfa heliks, masing-masing memiliki berat molekul sekitar 50 kDa dan memiliki situs pengikatan untuk glukosa.
Model kecocokan yang diinduksi untuk enzim heksokinase (sehubungan dengan dua substratnya: ATP dan glukosa) (Sumber: Thomas Shafee via Wikimedia Commons)
Struktur tersier enzim ini pada dasarnya terdiri dari lembaran terlipat β yang dicampur dengan heliks alfa, yang proporsinya bervariasi sehubungan dengan enzim dan spesies yang dimaksud; Situs pengikatan untuk ATP, substrat lain untuk heksokinase, biasanya terdiri dari lima lembar β dan dua heliks alfa.
fitur
Heksokinase memiliki fungsi transendental dalam metabolisme karbohidrat sebagian besar makhluk hidup, karena ia mengkatalisasi langkah pertama jalur glikolitik, memediasi fosforilasi glukosa di dalam sel.
Langkah pertama glikolisis ini, yang terdiri dari transfer gugus fosforil dari ATP (donor) ke glukosa, menghasilkan glukosa 6-fosfat dan ADP, adalah langkah pertama dari dua langkah investasi energi dalam bentuk ATP.
Lebih lanjut, reaksi yang dikatalisis oleh heksokinase adalah tahap "aktivasi" glukosa untuk pemrosesan selanjutnya dan merupakan tahap "komitmen", karena glukosa yang difosforilasi tidak dapat meninggalkan sel melalui transporter konvensional di dalam membran. plasmatik.
Produk reaksi yang dikatalisis oleh heksokinase, yaitu glukosa 6-fosfat, adalah titik cabang, karena ini adalah substrat pertama yang digunakan dalam jalur pentosa fosfat dan dalam sintesis glikogen pada banyak hewan (dan pati pada tanaman).
Pada tumbuhan
Fungsi heksokinase pada tumbuhan tidak jauh berbeda dengan hewan atau mikroorganisme, namun pada tumbuhan tingkat tinggi enzim ini juga berfungsi sebagai “sensor” konsentrasi gula.
Pentingnya fungsi ini dalam organisme ini berkaitan dengan partisipasi gula sebagai faktor pengatur dalam ekspresi gen yang terlibat dalam proses metabolisme yang berbeda seperti:
- Fotosintesis
- Siklus glioksilat
- Napasnya
- Degradasi atau sintesis pati dan sukrosa
- Metabolisme nitrogen
- Pertahanan melawan patogen
- Pengaturan siklus sel
- Respon penyembuhan
- Pigmentasi
- Senescence, antara lain.
Fungsi heksokinase sebagai "sensor" jumlah glukosa intraseluler juga telah dijelaskan untuk ragi dan mamalia.
Bentuk
Di alam terdapat berbagai bentuk heksokinase dan ini secara fundamental bergantung pada spesies yang dipertimbangkan.
Pada manusia dan hewan vertebrata lainnya, misalnya, telah dibuktikan adanya 4 isoform berbeda dari enzim heksokinase di kompartemen sitosol, yang dilambangkan dengan angka Romawi I, II, III dan IV.
Isozim I, II dan III memiliki berat molekul 100 kDa, dihambat oleh produk reaksinya (glukosa 6-fosfat) dan sangat berhubungan dengan glukosa, yaitu, mereka memiliki konstanta Km yang sangat rendah. Namun, enzim ini memiliki spesifisitas substrat yang buruk, karena mampu memfosforilasi heksosa lain seperti fruktosa dan manosa.
Isoenzim IV, juga dikenal sebagai glukokinase (GlcK), hanya memiliki berat molekul 50 kDa dan, meskipun memiliki hubungan yang buruk (nilai Km yang tinggi), ia memiliki spesifisitas tinggi untuk glukosa sebagai substrat dan tidak dikenai mereka mekanisme pengaturan dibandingkan tiga isoenzim lainnya.
Glukokinase (isoenzim IV dari heksokinase pada banyak mamalia) terutama ditemukan di hati dan membantu organ ini dalam "menyesuaikan" laju konsumsi glukosa sebagai respons terhadap variasi substrat ini dalam darah yang bersirkulasi.
Tiga gen yang mengkode heksokinase I, II dan III pada hewan tampaknya memiliki nenek moyang 50 kDa yang sama yang diduplikasi dan digabungkan dalam genom, yang tampak jelas ketika diamati bahwa aktivitas katalitik bentuk I dan III berada hanya di ujung terminal-C.
Referensi
- Aronoff, SL, Berkowitz, K., Shreiner, B., & Want, L. (2004). Metabolisme dan regulasi glukosa: di luar insulin dan glukagon. Spektrum diabetes, 17 (3), 183-190.
- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). Peran bifungsional heksokinase dalam metabolisme dan pensinyalan glukosa. The Plant Cell, 15 (11), 2493-2496.
- Jang, JC, León, P., Zhou, L., & Sheen, J. (1997). Hexokinase sebagai sensor gula pada tumbuhan tingkat tinggi. The Plant Cell, 9 (1), 5-19.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hipotesis: struktur, evolusi, dan nenek moyang glukosa kinase dalam keluarga heksokinase. Jurnal Biosains dan Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Mathews, KE (1998). Van Holde. Biokimia.
- Wilson, JE (2003). Isozim heksokinase mamalia: struktur, lokalisasi subseluler dan fungsi metabolisme. Jurnal Biologi Eksperimental, 206 (12), 2049-2057.