Hexokinase ist eigentlich ein breiterer Begriff für eine Klasse von Enzymen, die Sechs-Kohlenstoff-Zucker (Glukose, Fruktose, Galaktose usw.) phosphoryliert.), während Glucokinase eine bestimmte Art von Hexokinase (eine Isoform) ist, die eine geringere Affinität für Substrate hat.
Das Leben kann manchmal ziemlich mühelos erscheinen, besonders wenn man sich gesund und glücklich fühlt und vielleicht sogar irgendwo an einem tropischen Strand liegt. Doch um am Leben zu bleiben, müssen die Zellen Ihres Körpers ständig Energie verbrauchen. Von der makroskopischen Ebene der Muskelanspannung beim Gehen, Tanzen, Blinzeln und Schlucken bis hin zur mikroskopischen Ebene der Bildung von Neurotransmittern und der Replikation von genetischem Material ist die Produktion und Nutzung von Energie ein ständiger Prozess, der als Zellstoffwechsel bezeichnet wird.
Was ist Zellstoffwechsel?
Wie Sie wahrscheinlich wissen, kommt die Hauptenergiequelle in Form von Nahrung, die wir essen, und der anschließenden Aufspaltung dieser Nahrung in nutzbare Energie. Dieser Stoffwechselprozess, bei dem Nahrungsmoleküle (in diesem Fall Glukose) abgebaut werden, ist eine Form des Zellstoffwechsels, ein kritischer kataboler Weg, aus dem die Zellen Energie (in Form von ATP, Adenosintriphosphat) gewinnen können.
Der aerobe Stoffwechsel (der in Gegenwart von Sauerstoff stattfindet) besteht aus drei Phasen – der Glykolyse, dem Krebszyklus und der Elektronentransportkette.
Was ist Glykolyse
Die erste der drei Stufen dieses Prozesses, die Glykolyse, erzeugt im Vergleich zur Elektronentransportkette keine große Menge ATP (nur 2), aber sie führt zu Schlüsselprodukten (2 Pyruvat), die für die weitere Erzeugung von ATP innerhalb des größeren Stoffwechselweges verwendet werden. Die Glykolyse findet im Zytoplasma statt, während die übrigen Schritte des zellulären Stoffwechsels in den Mitochondrien ablaufen.
Um die Umwandlung von Glukose zu beginnen, ist wie bei vielen anderen chemischen Reaktionen ein Enzym erforderlich. Im Falle der Phosphorylierung von Glukose zu Glukose-6-Phosphat katalysieren je nach einer Reihe von Variablen entweder Hexokinase oder Glucokinase die Reaktion.
(Photo Credit: YassineMrabet/Wikimedia Commons)
Hexokinase vs. Glucokinase
Auch wenn die Überschrift dieses Unterabschnitts den Eindruck erwecken mag, dass die beiden gegensätzlich arbeiten, sind sie in Wirklichkeit sehr ähnlich und erfüllen im Grunde die gleiche Funktion. Hexokinase ist eigentlich ein breiterer Begriff für eine Klasse von Enzymen, die Sechs-Kohlenstoff-Zucker (Glukose, Fruktose, Galaktose usw.) phosphorylieren, während Glucokinase ein spezifischer Typ von Hexokinase (eine Isoform) ist, der eine geringere Affinität für Substrate hat und ausschließlich mit Glukose und nicht mit anderen Sechs-Kohlenstoff-Zuckern arbeitet.
Beide Enzyme haben die gleiche Funktion – sie katalysieren die erste Reaktion der Glykolyse -, werden aber unter bestimmten Umständen eingesetzt.
Hexokinase
Dieses Enzym ist aktiv, wenn die Menge an verfügbarer Glukose relativ stabil oder niedrig ist, und ist in allen Geweben des Körpers zu finden, in denen Zellstoffwechsel stattfindet, mit Ausnahme der Leber und der Betazellen der Bauchspeicheldrüse. Mit anderen Worten: Hexokinase ist der wichtigste Katalysator für den Zellstoffwechsel im Organismus.
Die Affinität von Hexokinase zu Glukose ist ebenfalls recht hoch; das bedeutet, dass die enzymatische Reaktion auch bei geringem Glukoseangebot ablaufen kann und Glukose in Glukose-6-Phosphat umgewandelt werden kann, wobei zwei ATP-Moleküle entstehen können. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit (Vmax) der Hexokinase ist ebenfalls recht niedrig, was bedeutet, dass sie für die schnelle Energiegewinnung aus Glukose nicht ideal ist.
Wie bei jeder enzymatischen Reaktion gibt es auch bei der Hexokinase einen Kontrollmechanismus, eine allosterische Rückkopplungsschleife mit dem eigenen Produkt der Reaktion, dem Glukose-6-Phosphat. Das bedeutet, dass, sobald genügend Glukose in Glukose-6-Phosphat umgewandelt wurde, dasselbe Produkt das Enzym daran hindert, mit weiteren Substratmolekülen (Glukose) zu reagieren.
Glukokinase
Wie bereits erwähnt, ist die Glukokinase eine Isoform der Hexokinase und hat andere Aktivierungsbedingungen als diese. Im Gegensatz zur Hexokinase, die in allen Geweben vorkommt, ist die Glucokinase nur in der Leber und in den Betazellen der Bauchspeicheldrüse vorhanden und stellt einen funktionellen Kontrollmechanismus im Körper dar.
Die Affinität der Glucokinase zu Glukose ist gering, was bedeutet, dass sie nur aktiviert wird, wenn einer Zelle reichlich Glukose zur Verfügung steht. Steht nur eine begrenzte Menge an Glukose zur Verfügung, wie z. B. während einer Nüchtern- oder Ruhephase, kann die Hexokinase die enzymatische Belastung bewältigen. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit (Vmax) der Glucokinase ist recht hoch, was zu einer schnellen Umwandlung von Glukose in nutzbare Energie führt. Die Glucokinase kommt nach einer großen Mahlzeit oder einer Zufuhr von Kohlenhydraten ins Spiel, was mit dem Kontrollmechanismus für dieses spezielle Enzym zusammenhängt.
Hexokinase wird allosterisch durch eines ihrer Produkte (Glucose-6-Phosphat) reguliert, während die Glucokinase hormonell durch Insulin gesteuert wird. In der Tat wird die Glucokinase hauptsächlich durch Insulin gesteuert oder induziert. Wenn der Insulinspiegel im Körper ansteigt, nehmen sowohl die Transkription als auch die Aktivität der Glucokinase innerhalb einer Stunde zu. Andere Hormone und Stoffwechselwege können die Glucokinase beeinflussen, darunter Glucocorticoide und Triiodthyronin, aber die große Bandbreite anderer Stoffwechselwege für die Glucokinase-Aktivität würde den Rahmen dieses Artikels sprengen.
Aufgrund der kritischen Rolle des Insulins bei der Regulierung der Glucokinase in der Leber und der Bauchspeicheldrüse kann Diabetes mellitus die Wirksamkeit der Glucokinase und damit die Energiegewinnung bei hohen Glukosespiegeln ernsthaft beeinträchtigen.
Ein letztes Wort
Hexokinase und Glucokinase sind beide wichtige Enzyme im Prozess der Glykolyse, die ein wesentlicher Schritt im größeren Pfad des Zellstoffwechsels ist. Wie die meisten enzymatischen Reaktionen funktionieren auch diese beiden Enzyme unbewusst, und unser Körper steuert ihre Aktivierung ohne unser Zutun. So klein und unbedeutend diese Enzyme auch erscheinen mögen, ihre ständige Arbeit in unserem Namen ist der erste Schritt zu jedem Schritt, den wir machen!