Qu'est-ce que l'hexokinase?

Le hexokinase est une protéine qui est classée dans le groupe principal d'une enzyme transférase, étant très importante dans le métabolisme des êtres vivants.

Sa structure a été déterminée à partir de levures par Tom Steitz à l'université de Yale.

L'hexokinase est la première enzyme de la voie glycolytique et convertit le glucose en glucose-6-phosphate. Il utilise l'ATP pour phosphoryler le groupe 6-hydroxyle du glucose et est inhibé par son produit, le glucose-6-phosphate. Il souffre également d'une régulation allostérique positive par le phosphate.

Ainsi, l'hexokinase régule le flux de glucose dans le métabolisme énergétique du cerveau et des globules rouges.

Le glucose-6-phosphate et le glucose se lient de manière synergique à l'hexokinase, tout comme le glucose et le phosphate inorganique.

Le phosphate joue un petit rôle dans la régulation de l'hexokinase pendant la respiration, car la glycolyse est limitée par l'apport de glucose.

Pendant les périodes de privation d'oxygène, une plus grande quantité d'ATP doit provenir de la glycolyse, car le pyruvate forme de l'acide lactique au lieu d'entrer dans le cycle de Kreb.

Lorsque la concentration de glucose extracellulaire est d'environ 5 mM, le flux à travers la voie glycolytique augmente jusqu'à 100% de la capacité.

Cela se produit chaque fois que le transporteur de glucose du tissu cérébral augmente de 50 fois les concentrations de glucose intracellulaire et qu'il existe un mécanisme permettant de compenser les effets inhibiteurs du glucose-6-phosphate sur l'hexokinase.

Propriétés de l'hexokinase

L'hexokinase est un grand homodimère composé de 920 acides aminés dans chaque chaîne. Les deux threads étant identiques, une chaîne sera observée.

Voici une vue de la structure colorée de plus claire à plus sombre dans le sens N-terminal à C-terminal.

L'enzyme est composée de nombreuses hélices alpha et de feuilles bêta. Les hélices alpha sont formées par une structure hélice-tour-hélice et un examen plus approfondi des feuilles bêta indiquera qu'elles forment une feuille alpha / bêta ouverte.

L'hexokinase est capable de se lier à deux ligands, le glucose et le glucose-6-phosphate. Le glucose est lié à la glycolyse et le glucose-6-phosphate se lie en tant qu'inhibiteur allostérique. Il peut également être utile de voir cette structure en stéréo (Schroering, 2013).

La structure tertiaire de l'hexokinase comprend une feuille alpha / bêta ouverte. Il existe une grande quantité de variations associées à cette structure.

Il se compose de cinq feuilles bêta et de trois hélices alpha. Dans cette feuille alpha / bêta ouverte, quatre des feuilles bêta sont parallèles et l’une est dans les directions anti-parallèles.

Les hélices alpha et les boucles bêta connectent les feuilles bêta pour produire cette feuille alpha / bêta ouverte. La fente indique le domaine de liaison de l'ATP de cette enzyme glycolytique (Schneeberger, 1999).

Réaction

Pour obtenir un rendement net en ATP du catabolisme du glucose, il faut d'abord inverser l'ATP.

Au cours de l'étape, le groupe alcool en position 6 de la molécule de glucose réagit facilement avec le groupe phosphate terminal de l'ATP, formant du glucose-6-phosphate et de l'ADP.

Pour plus de commodité, le groupe phosphoryle (PO32-) est représenté par Ⓟ. Parce que la diminution de l'énergie libre est si importante, cette réaction est pratiquement irréversible dans des conditions physiologiques.

Chez l'animal, cette phosphorylation du glucose, qui produit du glucose 6-phosphate, est catalysée par deux enzymes différentes.

Dans la plupart des cellules, une hexokinase avec une forte affinité pour le glucose produit la réaction.

De plus, le foie contient une glucokinase (isoforme IV de l'hexokinase), qui nécessite une concentration de glucose beaucoup plus élevée avant de réagir.

La glucokinase ne fonctionne que dans les situations d'urgence, lorsque la concentration de glucose dans le sang atteint des niveaux anormalement élevés (Kornberg, 2013).

Règlement

Dans la glycolyse, les réactions catalysées par l'hexokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase sont pratiquement irréversibles; par conséquent, on s'attend à ce que ces enzymes aient des rôles à la fois régulateurs et catalytiques. En fait, chacun d'eux sert de site de contrôle.

L’hexokinase est inhibée par son produit, le glucose 6-phosphate. De fortes concentrations de cette molécule indiquent que la cellule n'a plus besoin de glucose pour l'énergie, pour le stockage sous forme de glycogène ou comme source de précurseurs biosynthétiques, et que le glucose sera laissé dans le sang.

Par exemple, lorsque la phosphofructokinase est inactive, la concentration de fructose-6-phosphate augmente.

À son tour, le niveau de glucose 6-phosphate augmente car il est en équilibre avec le fructose 6-phosphate. Par conséquent, l'inhibition de la phosphofructokinase entraîne l'inhibition de l'hexokinase.

Cependant, le foie, conformément à son rôle de contrôle de la glycémie, possède une isozyme spécialisée de l'hexokinase appelée glucokinase, qui n'est pas inhibée par le glucose-6-phosphate (Berg JM, 2002).

Hexokinase vs glucokinase

L'hexokinase a quatre isoformes différentes appelées I, II, III et IV.Isoformes I, II et III de l'hexokinase ayant des poids moléculaires d'environ 100 000 et ce sont des monomères dans la plupart des conditions.

Les séquences d'acides aminés des isoformes I-III sont identiques à 70%. De plus, les moitiés N- et C-terminales isoformes I-III ont les mêmes séquences d'acides aminés, probablement en raison de la duplication de gènes et de fusion.

Isoforme IV hexokinase (glucokinase) a un poids moléculaire de 50 000, similaire à l'hexokinase de levure. La glucokinase présente une similarité de séquence significative avec les moitiés N et C-terminale des isoformes I-III.

Malgré les similarités de séquences, les propriétés fonctionnelles des isoformes de l'hexokinase diffèrent de manière significative.

L'isoforme I (ci-après, hexokinase I) régule l'étape de limitation de la glycolyse dans le cerveau et les globules rouges.

Le produit de réaction, le glucose 6-phosphate (Gluc-6-P), inhibent les deux isoformes I et II (mais pas isoforme IV) à des niveaux micromolaires.

Cependant, le phosphate inorganique (Pi) soulage l'inhibition de Gluc-6-P de l'hexokinase I.

Le domaine C-terminal de l'hexokinase I a catalytique, tandis que le domaine N-terminal lui-même n'a pas d'activité de l'activité, mais est impliquée dans la régulation allostérique positif du produit Pi.

En revanche, les parties C et N-terminales ont une activité catalytique comparable dans l'isoforme II.

Ainsi, entre les isoformes de l'hexokinase, l'hexokinase cérébrale présente des propriétés de régulation uniques à des niveaux physiologiques de Pi peut inverser l'inhibition due à des niveaux physiologiques de Gluc - 6 - P (E Aleshin Alexander, 1998).

Les hexokinases type I, II et III peut phosphoryler une grande variété de sucres d'hexose, y compris le glucose, le fructose et le mannose, et en tant que tels sont impliqués dans un certain nombre de voies métaboliques (enzymes de la glycolyse, S.F.).

La glucokinase du foie diffère des autres isoformes sous trois aspects:

• Il est spécifique au D-glucose et n'agit pas avec les autres hexoses
• Il n'est pas inhibé par le glucose 6-phosphate
• Il a un Km plus élevé que les autres isoformes (10 mM vs 0,1 mM), ce qui donne une plus faible affinité au substrat.

La glucokinase hépatique entre en jeu lorsque la concentration de sucre dans le sang est élevée, par exemple après un repas riche en glucides.

La glucokinase est très importante dans un autre aspect: le diabète sucré est déficient dans la maladie.

Dans cette maladie, le pancréas ne parvient pas à produire de l'insuline en quantités normales, la glycémie est le glycogène du foie haute et basse (Lehninger, 1982) est formée de manière.

Références

1. Alexander E Aleshin, Z. G. (1998). Le mécanisme de régulation de l'hexokinase: de nouvelles perspectives de la structure cristalline du glucose recombinant hexokinase du cerveau humain et complexé avec du glucose-6-phosphate. Structure, volume 6, numéro 1, 15, 39-50.
2. Berg JM, T. J. (2002). 5ème édition. New York :: W H Freeman.
3. Enzymes de la glycolyse. (S.F.). Récupéré de ebi.ac.uk.
4. Kornberg, H. (2013, 22 mai). Métabolisme Récupéré de britannica.com.
5. Lehninger, A. L. (1982). Principes de biochimie. New York: Worth Publisher, Inc.
6. Schneeberger, B. M. (1999). HEXOKINASE. Extrait de chem.uwec.edu.
7. Schroering, K. (20 février 2013). La structure et le mécanisme de l'hexokinase. Récupéré de proteopedia.org.