O que é a hexoquinase?

O hexoquinase é uma proteína que é classificada no grupo principal de uma enzima transferase, sendo bastante importante no metabolismo dos seres vivos.

Sua estrutura foi determinada pela levedura de Tom Steitz na Universidade de Yale.

A hexoquinase é a primeira enzima na via glicolítica e converte a glicose em glicose-6-fosfato. Utiliza o ATP para fosforilar o grupo 6-hidroxilo da glucose e é inibido pelo seu produto, o glucose-6-fosfato. Também sofre de regulação alostérica positiva por fosfato.

Assim, a hexoquinase regula o fluxo de glicose no metabolismo energético do cérebro e dos glóbulos vermelhos.

A glicose-6-fosfato e a glicose se ligam sinergicamente à hexoquinase, assim como a glicose e o fosfato inorgânico.

O fosfato desempenha um pequeno papel na regulação da hexoquinase durante a respiração, uma vez que a glicólise é limitada pelo fornecimento de glicose.

Durante os períodos de privação de oxigênio, mais ATP deve vir da glicólise, já que o piruvato forma ácido lático ao invés de entrar no ciclo Kreb.

Quando a concentração de glicose extracelular é de cerca de 5 mM, o fluxo através da via glicolítica aumenta até 100% da capacidade.

Isto ocorre quando o transportador de glicose no tecido cerebral aumenta as concentrações de glucose intracelular de 50 vezes e há um mecanismo para compensar os efeitos inibidores de glicose-6-fosfato em hexoquinase.

Propriedades da hexoquinase

A hexoquinase é um grande homodímero composto de 920 aminoácidos em cada cadeia. Uma vez que ambos os segmentos são idênticos, uma cadeia será observada.

Aqui está uma visão da estrutura colorida de mais clara para mais escura na direção N-terminal para C-terminal.

A enzima é composta de muitas hélices alfa e folhas beta. As hélices-alfa são formadas por uma estrutura de hélice-volta-hélice, e um estreitamento folhas beta olhar indicará que forma uma folha / beta alfa aberto.

A hexoquinase é capaz de se ligar a dois ligantes, glicose e glicose-6-fosfato. A glicose é ligada para que a glicólise possa ocorrer e a glicose-6-fosfato se liga como um inibidor alostérico. Também pode ser útil ver essa estrutura em estéreo (Schroering, 2013).

A estrutura terciária da hexoquinase inclui uma folha alfa / beta aberta. Há uma grande quantidade de variação associada a essa estrutura.

Consiste em cinco folhas beta e três alfa helices. Nesta folha alfa / beta aberta, quatro das folhas beta são paralelas e uma está nas direções anti-paralelas.

As hélices alfa e os ciclos beta conectam as folhas beta para produzir essa folha alfa / beta aberta. A fenda indica o domínio de ligação a ATP desta enzima glicolítica (Schneeberger, 1999).

Reação

A fim de obter um rendimento líquido de ATP a partir do catabolismo da glicose, primeiro é necessário reverter o ATP.

Durante o passo, o grupo álcool na posição seis da molécula de glucose reage prontamente com o grupo fosfato terminal do ATP, formando glicose-6-fosfato e ADP.

Por conveniência, o grupo fosforilo (PO32-) é representado por Ⓟ. Como a diminuição da energia livre é tão grande, essa reação é praticamente irreversível sob condições fisiológicas.

Nos animais, esta fosforilação da glicose, que produz glicose-6-fosfato, é catalisada por duas enzimas diferentes.

Na maioria das células, uma hexoquinase com alta afinidade pela glicose produz a reação.

Além disso, o fígado contém uma glucoquinase (isoforma IV da hexoquinase), que requer uma concentração muito maior de glicose antes de reagir.

A glicocinase funciona apenas em emergências, quando a concentração de glicose no sangue aumenta para níveis anormalmente altos (Kornberg, 2013).

Regulação

Na glicólise, as reacções catalisadas por hexoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato quinase são praticamente irreversível; portanto, espera-se que essas enzimas tenham papéis reguladores e catalíticos. Na verdade, cada um deles serve como um site de controle.

A hexoquinase é inibida pelo seu produto, glicose 6-fosfato. Altas concentrações de esta molécula indicar que a célula já não necessita de glicose para armazenamento de energia como glicogênio, ou como fonte de precursores biossintéticos e deixe de glicose no sangue.

Por exemplo, quando a fosfofrutocinase é inativa, a concentração de frutose 6-fosfato aumenta.

Por sua vez, o nível de glicose 6-fosfato aumenta porque está em equilíbrio com a frutose 6-fosfato. Portanto, a inibição da fosfofrutocinase leva à inibição da hexoquinase.

No entanto, o fígado, de acordo com o seu papel como níveis monitor de glicose no sangue, tem uma isozima hexoquinase especializada chamada glucocinase não é inibida por glicose 6-fosfato (JM Berg, 2002).

Hexokinase vs glucokinase

A hexoquinase possui quatro isoformas diferentes denominadas I, II, III e IV.As isoformas de hexoquinase I, II e III têm pesos moleculares de cerca de 100.000 e são monômeros na maioria das condições.

As sequências de aminoácidos das isoformas I-III são idênticas a 70%. Por outro lado, as metades dos terminais N e C das isoformas I-III têm sequências de aminoácidos semelhantes, provavelmente como resultado da duplicação génica e fusão.

A isoforma IV da hexoquinase (glucoquinase) tem um peso molecular de 50.000, semelhante ao da hexoquinase de levedura. A glicocinase apresenta uma semelhança de sequência significativa com as metades N e C-terminal das isoformas I-III.

Apesar das semelhanças de sequência, as propriedades funcionais das isoformas da hexoquinase diferem significativamente.

A isoforma I (daqui em diante, a hexoquinase I) regula o passo de limitação da glicólise no cérebro e nos glóbulos vermelhos.

O produto de reação, glicose-6-fosfato (Gluc-6-P), inibe ambas as isoformas I e II (mas não a isoforma IV) em níveis micromolares.

No entanto, o fosfato inorgânico (Pi) alivia a inibição do Gluc-6-P da hexoquinase I.

O domio C-terminal da hexoquinase I possui actividade catalica, enquanto o prrio domio N-terminal n tem actividade, mas estenvolvido na regulao alostica positiva do produto por Pi.

Em contraste, ambas as partes C e N-terminal têm atividade catalítica comparável na isoforma II.

Assim, entre as isoformas da hexoquinase, a hexoquinase cerebral exibe propriedades regulatórias únicas, nas quais os níveis fisiológicos de Pi podem reverter a inibição devido aos níveis fisiológicos de Gluc-6-P (Alexander E Aleshin, 1998).

As hexoquinase tipo I, II e III podem fosforilar uma variedade de açúcares hexose, incluindo glucose, frutose e manose, e como tal estão envolvidos em várias vias metabólicas (Enzymes of Glycolysis, S.F.).

A glucokinase do fígado difere das outras isoformas em três aspectos:

• É específico para D-glicose e não age com outras hexoses
• Não é inibido pela glicose 6-fosfato
• Tem um Km mais elevado do que as outras isoformas (10mM vs 0.1mM), o que confere uma menor afinidade ao substrato.

A glucocinase hepática entra em ação quando a concentração de açúcar no sangue é alta, por exemplo, após uma refeição rica em carboidratos.

A glicocinase é muito importante em outro aspecto: o diabetes mellitus é deficiente na doença.

Nesta doença, o pâncreas falha em secretar insulina em quantidades normais, a glicose no sangue é muito alta e muito pouco glicogênio hepático é formado (Lehninger, 1982).

Referências

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). O mecanismo de regulação da hexoquinase: novas percepções da estrutura cristalina da hexoquinase do cérebro humano recombinante complexada com glicose e glicose-6-fosfato. Estrutura, Volume 6, Edição 1, 15, 39-50.
2. Berg JM, T. J. (2002). 5ª edição. Nova Iorque :: W H Freeman.
3. Enzimas de Glicólise. (S.F.). Obtido em ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, 22 de maio). Metabolismo Recuperado de britannica.com.
5. Lehninger, A. L. (1982). Princípios da Bioquímica. Nova York: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). HEXOKINASE. Retirado de chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (2013, 20 de fevereiro). A estrutura e o mecanismo da hexoquinase. Recuperado de proteopedia.org.