Hexokinase (ADP-abhängig)

Verwandte Lektüre

Einführungen

Hexokinase (HK) ist eine Transferase, nicht sehr spezifisch, gehemmt durch Glukose-6-phosphat und ADP, mit einem kleinen Km (Mie-Konstante) und hoher Affinität, um gegen eine breite Palette von sechs-Kohlenstoff-Zuckern zu wirken.

Klassifikation

Es sind vier verschiedene Typen von Hexokinase bekannt, die von verschiedenen Genen auf verschiedenen Chromosomen kontrolliert werden; bei Menschen wird beispielsweise Hexokinase I von einem Gen auf Chromosom 10 kontrolliert, Hexokinase II von einem Gen auf Chromosom 2, Hexokinase III von einem Gen auf Chromosom 5 und Hexokinase IV von einem Gen auf Chromosom 7 (auch bekannt als Glukokinase). (Hinweis: In den letzten Jahren haben Forscher genomische Ansätze verwendet, um Hexokinase-Gene in verschiedenen Wirbeltierarten und nahen Verwandten zu charakterisieren und haben ein ähnliches HK-Gen gefunden, das als Hexokinase-Strukturelement-Protein 1 (HKDC1) bezeichnet wird und als die fünfte Hexokinase angesehen wird.

Chemische Zusammensetzung

• In der Biochemie sind Kinasen eine Klasse von Enzymen, die Phosphatgruppen von einem hochenergetischen Donormolekül auf ein spezifisches Zielmolekül (Substrat) übertragen; dieser Prozess wird Phosphorylierung genannt.
• Im Allgemeinen besteht der Zweck der Phosphorylierung darin, das Substratmolekül zu "aktivieren" oder "zu energetisieren", um seine Energie zu erhöhen, damit es an nachfolgenden Reaktionen mit negativen Änderungen der freien Energie teilnehmen kann. Alle Kinasen benötigen das Vorhandensein eines zweiwertigen Metallions (z. B. Mg²⁺ oder Mn²⁺), das als Stabilisierung der hochenergetischen Bindungen des Donormoleküls wirkt und die Möglichkeit bietet, dass die Phosphorylierung stattfinden kann.
• Die größte Gruppe von Kinasen sind Proteinkinasen. Proteinkinasen wirken auf spezifische Proteine und verändern deren Aktivität. Diese Kinasen spielen eine Vielzahl von Rollen in der Zellkommunikation und ihren komplexen Lebensaktivitäten.

Reaktionsprozess

Hexokinase kann die Phosphorylierungsreaktion von ATP an der Hexose-6-Position katalysieren. Der Reaktionsprozess ist

Hexose ATP-Hexose-6-Phosphat ADP

Die Affinität für α-D-Glukose ist hoch (Km=1×10-5M), und die Phosphorylierung anderer Hexosen ist ebenfalls möglich. Das Gleichgewicht dieser Reaktion ist nach rechts verschoben. ΔG°'=4,0 kcal. Das Enzym ist weit verbreitet in Zellen, die Zucker als Energiequelle nutzen, kommt aber am häufigsten in Hefe, Leber, Muskeln und Gehirn vor. Das Enzym kann kristallisiert werden. Das Molekulargewicht beträgt etwa 96.000 (Hefe-Hexokinase). Es kann durch Mg²⁺ aktiviert werden, kann aber durch HS-Reagenzien blockiert werden. Tierische Hexokinase liegt als Isoenzym vor.

Assoziation mit Mitochondrien

Hexokinasen I und II können sich physisch an die äußere Oberfläche der äußeren Membran von Mitochondrien anlagern, indem sie spezifisch an ein Porin oder einen spannungsabhängigen Anionenkanal binden. Diese Assoziation verleiht der Hexokinase direkten Zugang zu ATP, das von Mitochondrien erzeugt wird, welches eines der beiden Substrate der Hexokinase ist. Mitochondriale Hexokinase ist in schnell wachsenden malignen Tumorzellen stark erhöht, mit Werten, die bis zu 200 Mal höher sind als in normalen Geweben. Mitochondrial gebundene Hexokinase hat sich als die treibende Kraft[5] für die extrem hohen glykolytischen Raten erwiesen, die aerob in Tumorzellen stattfinden.

Mangel

Hexokinase-Mangel ist eine genetische autosomal-rezessive Erkrankung, die eine chronische hämolytische Anämie verursacht. Chronische hämolytische Anämie wird durch eine Mutation im HK-Gen verursacht, das für das HK-Enzym kodiert. Die Mutation führt zu einer Verringerung der HK-Aktivität, was zu einem Hexokinase-Mangel führt.