Heksokinase adalah protein yang diklasifikasikan dalam kelompok utama dari enzim transferase, yang cukup penting dalam metabolisme makhluk hidup. Strukturnya pertama kali ditentukan dari ragi oleh Tom Steitz di Universitas Yale. Heksokinase adalah enzim pertama dalam jalur glikolitik, dan mengubah glukosa menjadi glukosa-6-fosfat. Ini menggunakan ATP untuk memfosforilasi gugus 6-hidroksil glukosa, dan dihambat oleh produknya, glukosa-6-fosfat.
Selain itu heksokinase mengatur aliran glukosa dalam metabolisme energetik otak dan sel darah merah. Glukosa-6-fosfat dan glukosa secara sinergis terikat dengan heksokinase, 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 menjadi kapasitas 100%. Ini terjadi setiap kali transporter glukosa dalam jaringan otak meningkatkan konsentrasi glukosa intraseluler sebesar 50 kali lipat dan ada mekanisme untuk mengkompensasi efek penghambatan glukosa-6-fosfat pada heksokinase.
Sifat heksokinase
Heksokinase adalah homodimer besar yang terdiri dari 920 asam amino di setiap untai. Karena kedua kabel identik, satu untai akan diamati. Berikut ini adalah tampilan struktur berwarna dari yang lebih terang ke yang lebih gelap di arah terminal-N ke terminal-C.
Enzim ini terdiri dari banyak lembaran heliks alfa dan beta. Heliks alfa dibentuk oleh struktur tertutup heliks/heliks, dan dilihat lebih dekat pada lembaran beta akan menunjukkan bahwa mereka membentuk lembaran terbuka alfa / beta.
Heksokinase mampu mengikat dua ligan, glukosa dan glukosa-6-fosfat. Glukosa terikat sehingga glikolisis dapat terjadi, dan glukosa-6-fosfat berikatan sebagai inhibitor alosterik. Mungkin juga berguna untuk melihat struktur ini dalam stereo (Schroering, 2013).
Struktur tersier heksokinase termasuk lembar terbuka alfa / beta. Ada banyak 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.
Reaksi
Untuk mendapatkan hasil ATP bersih dari katabolisme glukosa, pertama-tama perlu membalikkan ATP. Selama langkah tersebut, gugus alkohol pada posisi 6 molekul glukosa siap bereaksi dengan gugus terminal fosfat ATP, membentuk glukosa-6-fosfat dan ADP. Reaksi fosforilasi glukosa menghasilkan glukosa 6 fosfat.
Untuk kenyamanan, gugus fosforil (PO32-) diwakili oleh â“…. Karena penurunan energi bebas sangat besar, reaksi ini hampir 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 heksokinase), yang membutuhkan konsentrasi glukosa jauh lebih tinggi sebelum bereaksi. Glukokinase hanya berfungsi dalam keadaan darurat, ketika kadar glukosa darah naik ke tingkat abnormal tinggi (Kornberg, 2013).
Regulasi
Dalam glikolisis, reaksi yang dikatalisis oleh heksokinase, fosfofruktokinase dan piruvat kinase praktis tidak dapat diubah; Oleh karena itu, enzim ini diharapkan memiliki peran regulasi dan katalitik. Bahkan, masing-masing berfungsi sebagai situs kontrol.
Heksokinase dihambat oleh produknya, glukosa 6-fosfat. Konsentrasi tinggi molekul ini menunjukkan bahwa sel tidak lagi membutuhkan glukosa untuk energi, 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 menyebabkan penghambatan heksokinase.
Namun, hati, menurut perannya sebagai monitor kadar glukosa darah, memiliki isozim heksokinase khusus yang disebut glukokinase yang tidak dihambat oleh glukosa-6-fosfat (Berg JM, 2002).
Heksokinase vs glukokinase
Heksokinase memiliki empat isoform berbeda yang disebut I, II, III dan IV. Isoform I, II dan III dari heksokinase memiliki berat molekul sekitar 100.000 dan merupakan monomer dalam sebagian besar kondisi.
Urutan asam amino I-III isoform adalah 70% identik. Di sisi lain, gugus N- dan C-terminal isoform I-III memiliki sekuens asam amino yang mirip, mungkin sebagai akibat duplikasi dan fusi gen.
Isoform IV dari heksokinase (glukokinase) memiliki berat molekul 50.000, mirip dengan yekso heksokinase. Glukokinase menunjukkan kemiripan urutan yang signifikan dengan gugus N dan C-terminal isoform I-III. Meskipun urutan kesamaan, sifat fungsional isoform heksokinase berbeda secara signifikan. Isoform I (selanjutnya disebut heksokinase I) mengatur jalannya 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 heksokinase I.
Domain C-terminal heksokinase I memiliki aktivitas katalitik, sedangkan domain N-terminal itu sendiri tidak memiliki aktivitas tetapi terlibat dalam regulasi alosterik positif produk oleh Pi. Sebaliknya, bagian terminal C dan N-memiliki aktivitas katalitik yang sebanding dalam isoform II.
Dengan demikian, 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).
Heksokinase 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, S.F.). Glukokinase hati berbeda dari isoform lain dalam tiga aspek:
- Ini spesifik untuk D-glukosa dan tidak bertindak dengan heksosa lainnya
- Tidak dihambat oleh glukosa 6-fosfat
- Ini memiliki Km lebih tinggi daripada isoform lainnya (10mM vs 0,1mM) yang memberikan afinitas yang lebih rendah pada substrat.
Glukokinase hati berperan ketika konsentrasi gula darah meningkat, misalnya, setelah makan kaya karbohidrat. Glukokinase sangat penting dalam aspek lain terkait dengan penyakit diabetes mellitus. Pada penyakit ini, pankreas gagal mengeluarkan insulin dalam jumlah normal, glukosa darah sangat tinggi dan sangat sedikit glikogen hati terbentuk (Lehninger, 1982).
