ヘキソキナーゼとは何ですか？



の ヘキソキナーゼ トランスフェラーゼ酵素の主なグループに分類されるタンパク質で、生物の代謝に非常に重要です。. 

ヘキソキナーゼは解糖経路の最初の酵素であり、グルコースをグルコース-6-リン酸に変換する。それは、グルコースの６－ヒドロキシル基をリン酸化するためにＡＴＰを使用し、そしてその生成物、グルコース－６－ホスフェートにより阻害される。それはまたリン酸塩による肯定的なアロステリック調節に苦しみます.

したがって、ヘキソキナーゼは脳と赤血球のエネルギー代謝におけるグルコースの流れを調節します.

グルコース-6-リン酸およびグルコースは、グルコースおよび無機リン酸と同様に、ヘキソキナーゼに相乗的に結合する。.

解糖はグルコース供給によって制限されるため、リン酸は呼吸中のヘキソキナーゼの調節において小さな役割を果たす.

酸素欠乏の期間中、ピルビン酸はクレブサイクルに入る代わりに乳酸を形成するので、より多くのATPが解糖から来るはずである.

細胞外グルコース濃度が約5 mMの場合、解糖経路を通る流れは最大100％の容量まで増加する.

これは、脳組織グルコーストランスポーターが細胞内グルコース濃度を50倍上昇させるたびに起こり、そしてヘキソキナーゼに対するグルコース-6-リン酸の阻害効果を補うためのメカニズムがある。.

ヘキソキナーゼの性質

ヘキソキナーゼは、各鎖に920個のアミノ酸からなる大きなホモ二量体です。両方のスレッドが同一なので、チェーンが観察されます.

これは、N末端からC末端方向に明るい色から暗い色の構造を見たものです。.

この酵素は、多くのアルファヘリックスとベータ葉から構成されています。アルファヘリックスはらせん - ターン - らせん構造によって形成され、ベータシートを詳しく見ると、それらが開いたアルファ/ベータシートを形成していることがわかります。.

ヘキソキナーゼは２つのリガンド、グルコースおよびグルコース−６−ホスフェートに結合することができる。グルコースは解糖が起こり得るように結合され、そしてグルコース－６－ホスフェートはアロステリック阻害剤として結合する。この構造をステレオで見ることも役に立つかもしれません（Schroering、2013）.

ヘキソキナーゼの三次構造は、開いたアルファ／ベータシートを含む。この構造には多くのバリエーションがあります.

それは5つのベータシートと3つのアルファヘリックスから成ります。この開いたアルファ/ベータシートでは、4つのベータシートは平行で、1つは反平行方向にあります.

アルファヘリックスとベータループはベータシートをつなぎ、このアルファ/ベータオープンシートを作成します。割れ目は、この解糖酵素のATP結合ドメインを示している（Schneeberger、1999）。.

反応

グルコースの異化作用から正味のＡＴＰ収率を得るためには、まずＡＴＰを逆転させることが必要である。.

この段階では、グルコース分子の6位のアルコール基はATPの末端リン酸基と容易に反応し、グルコース-6-リン酸とADPを形成します。.

便宜上、ホスホリル基（ＰＯ ３２ - ）は６で表される。自由エネルギーの減少が非常に大きいので、この反応は生理学的条件下では事実上不可逆的です。.

動物では、グルコース6-リン酸を生成するこのグルコースリン酸化は2つの異なる酵素によって触媒されます.

ほとんどの細胞では、グルコースに対して高い親和性を持つヘキソキナーゼが反応を起こします。.

さらに、肝臓にはグルコキナーゼ（ヘキソキナーゼのアイソフォームIV）が含まれています。これには、反応する前にはるかに高濃度のグルコースが必要です。.

グルコキナーゼは、血中のグルコース濃度が異常に高いレベルまで上昇したときに、緊急時にのみ機能します（Kornberg、2013）。.

規制

解糖においては、ヘキソキナーゼ、ホスホフルクトキナーゼおよびピルビン酸キナーゼによって触媒される反応は実質的に不可逆的である。それ故、これらの酵素は調節的および触媒的役割の両方を有することが期待される。実際、それらのそれぞれが制御サイトとして機能します。.

ヘキソキナーゼはその生成物、グルコース6-リン酸によって阻害されます。この分子の高濃度は、細胞がもはやエネルギー、グリコーゲンとしての貯蔵、または生合成前駆体の供給源としての貯蔵のためにグルコースを必要とせず、グルコースが血中に残ることを示しています.

例えば、ホスホフルクトキナーゼが不活性であるとき、フルクトース6-リン酸の濃度は増加する.

その結果、グルコース6-リン酸レベルはフルクトース6-リン酸と平衡状態にあるので増加する。それ故、ホスホフルクトキナーゼの阻害はヘキソキナーゼの阻害をもたらす。.

しかしながら、肝臓は、血糖値のモニターとしてのその役割に従って、グルコース-6-リン酸によって阻害されないグルコキナーゼと呼ばれるヘキソキナーゼの特殊化されたアイソザイムを有する（Berg JM、2002）。.

ヘキソキナーゼ対グルコキナーゼ

ヘキソキナーゼは、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶと呼ばれる４つの異なるアイソフォームを有する。ヘキソキナーゼアイソフォームＩ、ＩＩ、およびＩＩＩは、約１００，０００の分子量を有し、ほとんどの条件下でモノマーである。.

アイソフォームＩ〜ＩＩＩのアミノ酸配列は７０％と同一である。一方、I-IIIアイソフォームのN末端およびC末端の半分は、おそらく遺伝子の重複および融合の結果として、類似のアミノ酸配列を有する。.

ヘキソキナーゼのアイソフォームＩＶ（グルコキナーゼ）は、酵母のヘキソキナーゼのものと同様に、５０，０００の分子量を有する。グルコキナーゼはI ‐ IIIイソ型のN末端とC末端の半分と有意な配列類似性を示す.

配列の類似性にもかかわらず、ヘキソキナーゼアイソフォームの機能的性質は著しく異なる.

アイソフォームI（以下、ヘキソキナーゼI）は脳および赤血球における解糖の制限段階を調節する.

反応生成物であるグルコース-6-リン酸（Gluc-6-P）は、マイクロモルレベルでアイソフォームIとIIの両方を阻害します（ただし、IVアイソフォームは阻害しません）。.

しかしながら、無機リン酸（Ｐｉ）はヘキソキナーゼＩからのＧｌｕｃ － ６ － Ｐの阻害を軽減する。.

ヘキソキナーゼIのC末端ドメインは触媒活性を持ち、N末端ドメイン自体は活性を持たないが、Piによる生成物の積極的なアロステリック調節に関与している。.

対照的に、CおよびN末端部分はどちらもアイソフォームIIにおいて同等の触媒活性を有する。.

従って、ヘキソキナーゼアイソフォームの中で、脳ヘキソキナーゼは、生理学的レベルのGluc-6-Pのために生理学的レベルのPiが阻害を逆転させることができる独特の調節特性を示す（Alexander E Aleshin、1998）。.

Ｉ型、ＩＩ型およびＩＩＩ型のヘキソキナーゼは、グルコース、フルクトースおよびマンノースを含む様々なヘキソース糖をリン酸化することができ、そしてそれ自体多くの代謝経路に関与している（Enzymes of Glycolysis、S.F.）。.

肝臓のグルコキナーゼは、3つの点で他のアイソフォームと異なります。

  • それはD-グルコースに特異的で他のヘキソースとは作用しません
  • グルコース6-リン酸によって阻害されない
  • それは他のアイソフォームよりも1 Km高く（10 mM対0.1 mM）、基質への親和性が低くなります。.

血糖値が高いとき、例えば炭水化物が多い食事の後などに、肝臓のグルコキナーゼが効く.

グルコキナーゼは別の側面で非常に重要です：真性糖尿病は病気に欠けています.

この疾患では、膵臓はインスリンを正常な量で分泌できず、血糖は非常に高く、肝臓グリコーゲンはほとんど形成されません（Lehninger、1982）。.

参考文献

  1. Alexander E Aleshin、Z. G.（1998）。ヘキソキナーゼの調節機構グルコースとグルコース‐6‐りん酸と複合体を形成した組換ヒト脳ヘキソキナーゼの結晶構造からの新しい洞察ストラクチャー、第6巻、第1号、15、39-50. 
  2. Berg JM、T. J.（2002）。第5版ニューヨーク:: W H Freeman.
  3. 解糖の酵素（Ｓ．Ｆ．）。 ebi.ac.ukから回復.
  4. Kornberg、H.（2013年5月22日）。代謝britannica.comから回収.
  5. Ｌｅｈｎｉｎｇｅｒ、Ａ．Ｌ。（１９８２）。生化学の原理ニューヨーク：Worth Publisher、Inc.
  6. Schneeberger、B.M。（1999）。ヘキソキナーゼchem.uwec.eduから取得.
  7. Schroering、K.（2013、2月20日）。ヘキソキナーゼの構造と機構proteopedia.orgから回収.