Hexokinase is eigenlijk een bredere term voor een klasse enzymen die zes-koolstof suikers fosforyleren (glucose, fructose, galactose enz.), terwijl glucokinase een specifiek type hexokinase (een isovorm) is dat een lagere affiniteit heeft voor substraten.

In leven blijven lijkt soms nogal moeiteloos, vooral wanneer je je gezond en gelukkig voelt, en mogelijk ergens op een tropisch strand neerstrijkt. Maar om in leven te blijven, moeten de cellen van uw lichaam voortdurend energie verbruiken. Van de macroscopische schaal van het buigen van je spieren om te lopen, dansen, knipperen en slikken tot het microscopische niveau van het aanmaken van neurotransmitters en het repliceren van genetisch materiaal, de produktie en het gebruik van energie is een eeuwigdurend proces dat cellulair metabolisme wordt genoemd.

Wat is celstofwisseling?

Zoals u waarschijnlijk weet, komt de belangrijkste bron van die energie in de vorm van voedsel dat we eten, en de daaropvolgende afbraak van dat voedsel tot bruikbare energie. Dat metabolische proces van het afbreken van voedselmoleculen (glucose, in dit geval) is een vorm van cellulair metabolisme, een kritieke katabole route waaruit die cellen energie kunnen halen (in de vorm van ATP, adenosinetrifosfaat).

Aëroob metabolisme (dat plaatsvindt in de aanwezigheid van zuurstof) bestaat uit drie fasen – glycolyse, de Krebs Cyclus, en de elektronentransportketen.

Wat is glycolyse

De eerste van de drie stadia in dit proces, de glycolyse, levert geen grote hoeveelheid ATP op (slechts 2), in vergelijking met de elektronentransportketen, maar leidt wel tot belangrijke producten (2 pyruvaat) die worden gebruikt voor de verdere generatie van ATP binnen de grotere stofwisselingsroute. Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma, terwijl de overige stappen van het cellulaire metabolisme in de mitochondriën plaatsvinden.

Om de omzetting van glucose te beginnen is, net als bij veel andere chemische reacties, een enzym nodig. In het geval van de fosforylering van glucose tot glucose-6-fosfaat zal, afhankelijk van een aantal variabelen, ofwel hexokinase ofwel glucokinase de reactie katalyseren.

(Fotokrediet: YassineMrabet/Wikimedia Commons)

Hexokinase vs. Glucokinase

Hoewel de titel van deze subrubriek doet vermoeden dat deze twee tegenover elkaar werken, zijn ze in feite zeer vergelijkbaar en vervullen ze in principe dezelfde functie. Hexokinase is eigenlijk een bredere term voor een klasse van enzymen die zes-koolstof suikers (glucose, fructose, galactose enz.) fosforyleert, terwijl glucokinase een specifiek type hexokinase is (een isovorm) dat een lagere affiniteit heeft voor substraten en uitsluitend werkt met glucose, in plaats van andere 6-koolstof suikers.

Beide van deze enzymen kunnen dezelfde functie vervullen – het katalyseren van de eerste reactie van de glycolyse – maar ze worden in specifieke omstandigheden gebruikt.

Hexokinase

Dit enzym is actief wanneer de hoeveelheid beschikbare glucose relatief stabiel of laag is, en kan worden gevonden in alle weefsels van het lichaam waar het cellulaire metabolisme plaatsvindt, met uitzondering van de lever en de pancreas betacellen. Met andere woorden, hexokinase is de belangrijkste katalysator voor de cellulaire stofwisseling op organisatieniveau.

De affiniteit van hexokinase voor glucose is ook vrij hoog; dit betekent dat zelfs wanneer de glucosevoorraad laag is, de enzymreactie kan plaatsvinden, en glucose kan worden omgezet in glucose-6-fosfaat, en 2 ATP-moleculen kunnen worden geproduceerd. De maximale reactiesnelheid (Vmax) van hexokinase is ook vrij laag, wat betekent dat het niet ideaal is voor de snelle opwekking van energie uit glucose.

Zoals bij elke enzymatische reactie is er een controlemechanisme voor hexokinase, een allosterische terugkoppellus met het eigen product van de reactie, glucose-6-fosfaat. Dit betekent dat zodra voldoende glucose is omgezet in glucose-6-fosfaat, datzelfde product het enzym zal afremmen van het aangaan van/reageren met extra substraatmoleculen (glucose).

Glucokinase

Zoals hierboven vermeld, is glucokinase een isovorm van hexokinase, en heeft het andere voorwaarden voor activering dan hexokinase. In tegenstelling tot hexokinase, dat in alle weefsels aanwezig is, is glucokinase alleen aanwezig in de lever en de pancreas betacellen, en is het verwant aan een functioneel controlemechanisme binnen het lichaam.

De affiniteit van glucokinase voor glucose is laag, wat betekent dat het alleen wordt geactiveerd als er een overvloed aan glucose beschikbaar is voor een cel. Als er slechts een beperkte hoeveelheid glucose is, zoals tijdens een vasten- of rustperiode, dan kan hexokinase de enzymatische belasting aan. De maximale reactiesnelheid (Vmax) van glucokinase is vrij hoog, wat resulteert in een snelle omzetting van glucose in bruikbare energie. Glucokinase komt in actie na een grote maaltijd of een toevloed van koolhydraten, hetgeen verband houdt met het controlemechanisme voor dit specifieke enzym.

Hexokinase wordt allosterisch gereguleerd door een van zijn producten (glucose-6-fosfaat), terwijl glucokinase hormonaal wordt gereguleerd door insuline. In feite wordt glucokinase voornamelijk geregeld of geïnduceerd door insuline. Wanneer de insulinespiegel in het lichaam stijgt, nemen zowel de glucokinase-transcriptie als de glucokinase-activiteit binnen een uur toe. Andere hormonen en routes kunnen van invloed zijn op glucokinase, waaronder glucocorticoïden en triiodothyronine, maar het enorme scala van andere metabolische routes voor glucokinase-activiteit valt buiten het bestek van dit artikel.

Door de kritieke rol van insuline in de regulatie van glucokinase in de lever en de alvleesklier, kan diabetes mellitus een ernstige invloed hebben op de werkzaamheid van glucokinase, en daardoor op het genereren van energie wanneer de glucosespiegels hoog zijn.

Een laatste woord

Hexokinase en glucokinase zijn beide belangrijke enzymen in het proces van glycolyse, dat een essentiële stap is in de grotere route van cellulair metabolisme. Zoals bij de meeste enzymatische reacties het geval is, functioneren deze twee enzymen onbewust en regelt ons lichaam hun activering zonder enige inbreng van onze kant. Hoe klein en onbeduidend deze enzymen ook lijken, hun voortdurende werk namens ons is de eerste stap naar elke stap die we zetten!