Heksokinaasi on itse asiassa laajempi termi entsyymien luokalle, joka fosforyloi kuuden hiilen sokereita (glukoosia, fruktoosia, galaktoosia yms.), kun taas glukokinaasi on heksokinaasin erityinen tyyppi (isomuoto), jolla on pienempi affiniteetti substraatteihin.

Elämässä oleminen voi tuntua toisinaan melko vaivattomalta, varsinkin kun tunnet itsesi terveeksi, onnelliseksi ja mahdollisesti istut jossain trooppisella rannalla. Elävänä pysyminen vaatii kuitenkin elimistön soluilta jatkuvaa energiankulutusta. Energian tuottaminen ja hyödyntäminen on jatkuva prosessi, jota kutsutaan solujen aineenvaihdunnaksi, aina makroskooppisesta mittakaavasta lihasten taivuttamisesta kävelemiseen, tanssimiseen, silmien räpäyttämiseen ja nielemiseen mikroskooppiseen tasoon, jossa luodaan hermovälittäjäaineita ja monistetaan geneettistä materiaalia.

Mitä on soluaineenvaihdunta?

Kuten luultavasti tiedätkin, energian pääasiallinen lähde on syömämme ruoka ja sen myöhempi hajottaminen käyttökelpoiseksi energiaksi. Tämä ruoan molekyylien (tässä tapauksessa glukoosin) hajottamisen aineenvaihduntaprosessi on eräs soluaineenvaihdunnan muoto, kriittinen katabolinen reitti, josta kyseiset solut voivat saada energiaa (ATP:n, adenosiinitrifosfaatin, muodossa).

Aerobinen aineenvaihdunta (joka tapahtuu hapen läsnä ollessa) koostuu kolmesta vaiheesta – glykolyysistä, Krebsin syklistä ja elektroninsiirtoketjusta.

Mitä on glykolyysi

Tämän prosessin kolmesta vaiheesta ensimmäinen, glykolyysi, ei tuota suurta määrää ATP:tä (vain 2) verrattuna elektroninkuljetusketjuun, mutta se johtaa avaintuotteisiin (2 pyruvaattia), joita käytetään ATP:n jatkojalostamiseen laajemmassa aineenvaihduntareitissä. Glykolyysi tapahtuu sytoplasmassa, kun taas muut soluaineenvaihdunnan vaiheet tapahtuvat mitokondrioissa.

Glukoosin muuntamisen aloittamiseksi, kuten monissa muissakin kemiallisissa reaktioissa, tarvitaan entsyymi. Kun kyseessä on glukoosin fosforylaatio glukoosi-6-fosfaatiksi, reaktiota katalysoi useista muuttujista riippuen joko heksokinaasi tai glukokinaasi.

(Kuva: YassineMrabet/Wikimedia Commons)

Heksokinaasi vs. glukokinaasi. Glukokinaasi

Vaikka tämän alaluvun otsikko saattaa antaa ymmärtää, että nämä kaksi toimivat vastakkain, ne ovat itse asiassa hyvin samankaltaisia ja suorittavat periaatteessa saman tehtävän. Heksokinaasi on itse asiassa laajempi termi entsyymien luokalle, joka fosforyloi kuuden hiilen sokereita (glukoosia, fruktoosia, galaktoosia jne.), kun taas glukokinaasi on heksokinaasin erityinen tyyppi (isomuoto), jolla on alhaisempi affiniteetti substraatteihin ja joka toimii yksinomaan glukoosin eikä muiden kuuden hiilen sokerien kanssa.

Kumpikin näistä entsyymeistä voi suorittaa saman tehtävän – katalysoida glykolyysin ensimmäistä reaktiota – mutta niitä käytetään erityisissä olosuhteissa.

Heksokinaasi

Tämä entsyymi on aktiivinen silloin, kun käytettävissä olevan glukoosin määrä on suhteellisen vakaa tai vähäinen, ja sitä esiintyy kaikissa kehon kudoksissa, joissa tapahtuu soluaineenvaihduntaa, maksan ja haiman beetasoluja lukuun ottamatta. Toisin sanoen heksokinaasi on solujen aineenvaihdunnan tärkein katalyytti elimistön mittakaavassa.

Heksokinaasin affiniteetti glukoosia kohtaan on myös melko suuri; tämä tarkoittaa sitä, että entsymaattinen reaktio voi tapahtua silloinkin, kun glukoosin tarjonta on niukkaa, ja glukoosi voidaan muuntaa glukoosi-6-fosfaatiksi, jolloin syntyy 2 ATP-molekyyliä. Heksokinaasin maksimaalinen reaktionopeus (Vmax) on myös melko alhainen, mikä tarkoittaa, että se ei ole ihanteellinen nopeaan energiantuotantoon glukoosista.

Kuten missä tahansa entsymaattisessa reaktiossa, heksokinaasilla on kontrollimekanismi, allosterinen takaisinkytkentäsilmukka, jossa on reaktion oma tuote, glukoosi-6-fosfaatti. Tämä tarkoittaa sitä, että kun tarpeeksi glukoosia on muunnettu glukoosi-6-fosfaatiksi, sama tuote estää entsyymiä sitoutumasta/reagoimasta lisäsubstraattimolekyylien (glukoosi) kanssa.

Glukokinaasi

Kuten edellä mainittiin, glukokinaasi on heksokinaasin isomuoto, ja sillä on erilaiset aktivoitumisolosuhteet kuin viimeksi mainitulla. Toisin kuin heksokinaasi, jota esiintyy kaikissa kudoksissa, glukokinaasia esiintyy vain maksassa ja haiman beetasoluissa, ja se muistuttaa elimistön toiminnallista valvontamekanismia.

Glukokinaasin affiniteetti glukoosia kohtaan on alhainen, mikä tarkoittaa, että se aktivoituu vain silloin, kun glukoosia on solun käytettävissä runsaasti. Jos glukoosia on vain rajallinen määrä, kuten paaston tai levon aikana, heksokinaasi pystyy hoitamaan entsyymikuorman. Glukokinaasin maksimaalinen reaktionopeus (Vmax) on melko korkea, mikä johtaa glukoosin nopeaan muuntamiseen käyttökelpoiseksi energiaksi. Glukokinaasi tulee käyttöön suuren aterian tai hiilihydraattien tulon jälkeen, mikä liittyy juuri tämän entsyymin ohjausmekanismiin.

Heksokinaasia säätelee allosterisesti yksi sen tuotteista (glukoosi-6-fosfaatti), kun taas glukokinaasia säätelee hormonaalisesti insuliini. Itse asiassa glukokinaasia ohjaa tai indusoi pääasiassa insuliini. Kun insuliinipitoisuus elimistössä nousee, glukokinaasin transkriptio ja aktiivisuus lisääntyvät molemmat tunnin kuluessa. Muut hormonit ja reitit voivat vaikuttaa glukokinaasiin, mukaan lukien glukokortikoidit ja trijodityroniini, mutta glukokinaasin aktiivisuuden muiden metabolisten reittien laaja kirjo ei kuulu tämän artikkelin piiriin.

Johtuen insuliinin kriittisestä roolista glukokinaasin säätelyssä maksassa ja haimassa, diabetes mellitus voi vaikuttaa vakavasti glukokinaasin tehokkuuteen ja siten energian tuottamiseen, kun glukoosipitoisuudet ovat korkeat.

Loppusana

Heksokinaasi ja glukokinaasi ovat kumpikin tärkeitä entsyymejä glykolyysiprosessissa, joka on olennainen vaihe laajemmassa solujen aineenvaihduntareitissä. Kuten useimmat entsymaattiset reaktiot, nämä kaksi entsyymiä toimivat tiedostamattomasti, ja elimistömme ohjaa niiden aktivoitumista ilman meidän panostamme. Niin pieniltä ja merkityksettömiltä kuin nämä entsyymit tuntuvatkin, niiden jatkuva työ puolestamme on ensimmäinen askel kohti jokaista liikettä, jonka teemme!