A hexoquinase (HK) é a enzima que catalisa a primeira reação da via glicolítica em praticamente todos os organismos vivos, tanto procariotos quanto eucariotos. É responsável pela transferência de um grupo fosforil para a glicose, produzindo glicose-6P, embora também possa fosforilar outras hexoses de açúcares (6 átomos de carbono).
Esta enzima é classificada dentro de uma das duas famílias de enzimas glicose quinase (enzimas que transferem grupos fosforil para substratos como a glicose): a família hexoquinase (HK), cujos membros são subdivididos em três grupos diferentes conhecidos como o grupo HK, o grupo A e grupo B.
Reação catalisada pela enzima hexokinase (Fonte: Jmun7616 via Wikimedia Commons)
As enzimas pertencentes à família HK são caracterizadas por fosforilar glicose às custas de ATP como uma molécula doadora de grupo fosforil, e seus membros diferem uns dos outros principalmente no que diz respeito ao seu peso molecular e especificidade do substrato.
O grupo HK inclui as enzimas de organismos eucarióticos (ATP: D-hexose 6-fosfotransferases), enquanto o grupo A é representado pelas enzimas de bactérias gram-negativas, cianobactérias, protistas amitocondriados e tripanossomatídeos, e o grupo B contém as enzimas de bactérias gram-positivas e organismos crenachea.
As enzimas do grupo A e B também são conhecidas como glucocinases (GlcKs), pois são capazes de fosforilar exclusivamente a glicose, razão pela qual essas enzimas são denominadas ATP: D-glicose 6-fosfotransferases.
Como enzima glicolítica, a hexoquinase tem grande importância metabólica, pois sem ela essa importante via não seria possível e as células altamente dependentes do consumo de carboidratos, como o cérebro e as células musculares de muitos mamíferos, teriam graves impedimentos funcionais e fisiológicos em geral.
Estrutura
Como será visto mais tarde, existem diferentes tipos de enzimas hexoquinase em mamíferos e outros vertebrados (bem como em organismos unicelulares como a levedura). Quatro foram descritos em mamíferos: isoformas I, II, III e IV.
As três primeiras isoenzimas têm peso molecular de 100 kDa, mas a isozima IV tem 50 kDa. Estas isoenzimas (especialmente I-III) exibem alta similaridade de sequência entre si em relação aos seus terminais C e N, bem como com outros membros da família hexoquinase.
O domínio N-terminal dessas enzimas é considerado o domínio "regulador", enquanto a atividade catalítica é realizada pelo domínio C-terminal (o HK II de mamífero possui sítios ativos em ambos os domínios).
O domínio N-terminal está ligado ao domínio C-terminal por meio de uma hélice alfa, cada uma com cerca de 50 kDa de peso molecular e um local de ligação para glicose.
Modelo de ajuste induzido para a enzima hexoquinase (em relação aos seus dois substratos: ATP e glicose) (Fonte: Thomas Shafee via Wikimedia Commons)
A estrutura terciária dessas enzimas é essencialmente composta de folhas dobradas em β misturadas com hélices alfa, cuja proporção varia em relação à enzima e às espécies em questão; O sítio de ligação do ATP, o outro substrato da hexoquinase, é geralmente composto de cinco folhas β e duas hélices alfa.
Recursos
A hexocinase tem função transcendental no metabolismo dos carboidratos da maioria dos seres vivos, pois catalisa a primeira etapa da via glicolítica, mediando a fosforilação da glicose no interior da célula.
Esta primeira etapa da glicólise, que consiste na transferência de um grupo fosforil do ATP (doador) para a glicose, gerando glicose 6-fosfato e ADP, é a primeira das duas etapas de investimento de energia na forma de ATP.
Além disso, a reação catalisada pela hexoquinase é a etapa de "ativação" da glicose para processamento posterior e representa uma etapa de "compromisso", uma vez que a glicose assim fosforilada não pode deixar a célula através de seus transportadores de membrana convencionais. plasmático.
O produto da reação catalisada pela hexoquinase, ou seja, a glicose 6-fosfato, é um ponto de ramificação, pois é o primeiro substrato utilizado na via da pentose fosfato e na síntese de glicogênio em muitos animais (e na amido nas plantas).
Nas plantas
A função da hexoquinase nas plantas não é muito diferente da dos animais ou microorganismos, porém, nas plantas superiores essa enzima também funciona como um "sensor" da concentração de açúcares.
A importância dessa função nesses organismos tem a ver com a participação dos açúcares como fatores reguladores na expressão de genes que estão envolvidos em diferentes processos metabólicos como:
- Fotossíntese
- O ciclo do glioxilato
- A respiração
- A degradação ou síntese de amido e sacarose
- Metabolismo do nitrogênio
- Defesa contra patógenos
- Regulação do ciclo celular
- A resposta de cura
- Pigmentação
- Senescência, entre outros.
Esta função da hexoquinase como um "sensor" da quantidade de glicose intracelular também foi descrita para leveduras e mamíferos.
Formas
Na natureza existem diferentes formas de hexoquinase e isso depende fundamentalmente da espécie considerada.
No homem e em outros animais vertebrados, por exemplo, foi demonstrada a existência de 4 isoformas diferentes da enzima hexoquinase no compartimento citosólico, que foram denotadas pelos algarismos romanos I, II, III e IV.
As isoenzimas I, II e III têm peso molecular de 100 kDa, são inibidas por seu produto de reação (glicose 6-fosfato) e são muito relacionadas à glicose, ou seja, apresentam constante Km muito baixa. No entanto, essas enzimas apresentam baixa especificidade de substrato, sendo capazes de fosforilar outras hexoses, como frutose e manose.
A isoenzima IV, também conhecida como glucoquinase (GlcK), possui apenas 50 kDa de peso molecular e, apesar de ser pouco relacionada (valores elevados de Km), possui alta especificidade para a glicose como substrato e não está sujeita a eles mecanismos reguladores do que as outras três isoenzimas.
A glicocinase (isoenzima IV da hexoquinase de muitos mamíferos) é encontrada principalmente no fígado e ajuda esse órgão a "ajustar" sua taxa de consumo de glicose em resposta às variações desse substrato no sangue circulante.
Os três genes que codificam para hexoquinase I, II e III em animais parecem ter o mesmo ancestral de 50 kDa que foi duplicado e fundido no genoma, o que parece evidente quando se observa que a atividade catalítica das formas I e III reside apenas na extremidade C-terminal.
Referências
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- Harrington, GN, & Bush, DR (2003). O papel bifuncional da hexoquinase no metabolismo e na sinalização da glicose. The Plant Cell, 15 (11), 2493-2496.
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