Hexokinase

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Hexokinase (HK) ist eine Transferase mit geringer Spezifität. Sie wird durch Glukose-6-phosphat und ADP gehemmt. Sie hat ein kleines Km (Mie'sche Konstante) und eine starke Affinität. Sie hat eine starke Affinität für eine Vielzahl von sechs-Kohlenstoff-Zuckern.

Abbildung 1. Struktur der Hexokinase.

Klassifikationen

Hexokinase ist bekannt dafür, 4 verschiedene Typen zu haben, die durch verschiedene Gene auf verschiedenen Chromosomen kontrolliert werden. Am Beispiel des menschlichen Körpers wird die Hexokinase II durch ein Gen auf Chromosom 2 kontrolliert, die Hexokinase III durch ein Gen auf Chromosom 5 und die Hexokinase IV durch ein Gen auf Chromosom 7 (auch als Glukokinase bezeichnet). (Hinweis: In den letzten Jahren haben Forscher genomische Methoden verwendet, um die Hexokinase-Gene in verschiedenen Wirbeltierarten und nahen Verwandten zu charakterisieren, und festgestellt, dass es ähnliche HK-Gene gibt, die als Hexokinase-Domänen-Protein 1 (HKDC1) bezeichnet werden, von denen angenommen wird, dass sie der fünfte Typ der Hexokinase sind. Die Gene HKI und HKDC1 sind end-to-end angeordnet, was zeigt, dass sie durch Tandem-Gen-Replikationsereignisse entstanden sind.)

Abbildung 1. Struktur von Hexokinase1.

Chemische Zusammensetzung

Im Allgemeinen besteht der Zweck der Phosphorylierung darin, das Substratmolekül zu "aktivieren" oder "zu ermöglichen", seine Energie zu erhöhen, damit es an der nachfolgenden negativen Änderung der freien Energie teilnehmen kann. Alle Kinasen müssen ein zweiwertiges Metallion (wie Mg²⁺ oder Mn²⁺) haben, das dazu dient, die hochenergetische Bindung des Donormoleküls zu stabilisieren und die Möglichkeit der Phosphorylierung zu bieten. Die größte Gruppe von Kinasen sind Proteinkinasen. Proteinkinasen wirken auf spezifische Proteine und verändern deren Aktivität. Diese Kinasen spielen eine breite Rolle in der zellulären Signaltransduktion und ihren komplexen Lebensaktivitäten. Andere verschiedene Kinasen wirken auf kleine Moleküle (Lipide, Zucker, Aminosäuren, Nukleoside usw.), entweder um Signale auszusenden oder sie für verschiedene biochemische Reaktionen im Stoffwechsel vorzubereiten. Die ursprüngliche Bedeutung von "Kinase" ist, ein Enzym herzustellen, das durch ein Substratmolekül "aktiviert" wird, daher bezieht es sich im Allgemeinen auf ein Enzym, das eine Phosphatgruppe von einem Nukleosidtriphosphat auf ein Akzeptormolekül überträgt. Das Akzeptormolekül wird aktiviert (wird instabiler), indem es Energie durch die Übertragung dieser Phosphatgruppe erhält. So müssen viele Kinasen Phosphatgruppen von NTP übertragen, aber wie im Beispiel von Jensen zitiert, können Kinasen manchmal Phosphatgruppen von AMP und Pyrophosphat übertragen. Obwohl man allgemein sagen kann, dass AMP und Pyrophosphat nicht als hochenergetische Verbindungen bezeichnet werden können, sind "hohe Energie" und "niedrige Energie" relativ, und es gibt keinen absoluten Standard. Im Vergleich zu Phosphorylase, die anorganisches Phosphat als Phosphatgruppendonator verwendet, sind AMP und Pyrophosphat offensichtlich auch "hoch energetisch".

Reaktionsprozess

Es ist ein Enzym, das die Phosphorylierungsreaktion von ATP an der 6-Position von Hexose katalysiert. Der Reaktionsprozess ist:

Hexose ATP→Hexose-6-phosphat ADP

Es hat eine hohe Affinität für α-D-Glukose (Km=1×10^-5M), und es kann auch andere Hexosen phosphorylieren. Das Gleichgewicht dieser Reaktion verschiebt sich nach rechts. △G°’=4.0 kcal. Dieses Enzym ist weit verbreitet in Zellen, die Zucker als Energiequelle nutzen, aber es ist am häufigsten in Hefe, Leber, Muskeln und Gehirn vorhanden. Das Enzym kann kristallisiert werden. Das Molekulargewicht beträgt etwa 96.000 (Hefe-Hexokinase). Es kann durch Mg²⁺ und K aktiviert werden, wird jedoch durch HS-Reagenz gehemmt. Tierische Hexokinase existiert als Isoenzym.

In der Glykolyse

Glukose ist einzigartig, da sie von allen Zellen zur ATP-Produktion verwendet werden kann, unabhängig von der Anwesenheit von molekularem Sauerstoff (O₂). Der erste Schritt der Glykolyse besteht darin, Glukose durch Hexokinase zu phosphorylieren.

Abbildung 3. Glukose wird von Hexokinase phosphoryliert.

Klinische Bedeutung

Hexokinase-Mangel ist eine erbliche autosomal-rezessive genetische Erkrankung, die chronische hämolytische Anämie verursachen kann. Chronische hämolytische Anämie wird durch Mutationen im HK-Gen verursacht, das das HK-Enzym kodiert. Diese Mutation führt zu einer Abnahme der HK-Aktivität, was zu einem Hexokinase-Mangel führt.