Hexokinase to właściwie szerszy termin dla klasy enzymów, które fosforylują cukry sześciowęglowe (glukozę, fruktozę, galaktozę itp.), podczas gdy glukokinaza jest specyficznym rodzajem heksokinazy (izoformą), która ma niższe powinowactwo do substratów.

Bycie żywym może wydawać się dość bezwysiłkowe czasami, szczególnie gdy czujesz się zdrowy, szczęśliwy i ewentualnie usadowiony na tropikalnej plaży gdzieś. Jednak utrzymanie się przy życiu wymaga stałego wydatkowania energii przez komórki Twojego ciała. Od makroskopowej skali napinania mięśni, aby chodzić, tańczyć, mrugać i połykać do mikroskopowego poziomu tworzenia neuroprzekaźników i replikacji materiału genetycznego, produkcja i wykorzystanie energii jest wiecznym procesem zwanym metabolizmem komórkowym.

Co to jest metabolizm komórkowy?

Jak zapewne wiesz, głównym źródłem tej energii jest pokarm, który spożywamy, oraz późniejszy rozkład tego pokarmu na energię użytkową. Ten proces metaboliczny polegający na rozbijaniu cząsteczek żywności (w tym przypadku glukozy) jest formą metabolizmu komórkowego, krytyczną ścieżką kataboliczną, z której komórki mogą czerpać energię (w postaci ATP, adenozynotrójfosforanu).

Metabolizm beztlenowy (który zachodzi w obecności tlenu) składa się z trzech etapów – glikolizy, cyklu Krebsa i łańcucha transportu elektronów.

Co to jest glikoliza

Pierwszy z trzech etapów tego procesu, glikoliza, nie wytwarza dużej ilości ATP (tylko 2), w porównaniu z łańcuchem transportu elektronów, ale prowadzi do kluczowych produktów (2 pirogroniany), które są wykorzystywane do dalszego wytwarzania ATP w ramach większego szlaku metabolicznego. Glikoliza zachodzi w cytoplazmie, natomiast pozostałe etapy metabolizmu komórkowego zachodzą w mitochondriach.

Do rozpoczęcia przemiany glukozy, podobnie jak w przypadku wielu innych reakcji chemicznych, potrzebny jest enzym. W przypadku fosforylacji glukozy do glukozo-6-fosforanu, w zależności od wielu zmiennych, reakcję katalizuje albo heksokinaza, albo glukokinaza.

(Photo Credit: YassineMrabet/Wikimedia Commons)

Hexokinase vs. Glukokinaza

Chociaż nagłówek tego podrozdziału może sugerować, że te dwie działają w opozycji do siebie, w rzeczywistości są one bardzo podobne i w zasadzie pełnią tę samą funkcję. Heksokinaza jest w rzeczywistości szerszym terminem dla klasy enzymów, które fosforylują cukry sześciowęglowe (glukozę, fruktozę, galaktozę itd.), podczas gdy glukokinaza jest specyficznym rodzajem heksokinazy (izoformą), która ma niższe powinowactwo do substratów i działa wyłącznie z glukozą, a nie innymi cukrami sześciowęglowymi.

Oba te enzymy mogą pełnić tę samą funkcję – katalizując pierwszą reakcję glikolizy – ale są wykorzystywane w specyficznych okolicznościach.

Heksokinaza

Enzym ten jest aktywny, gdy ilość dostępnej glukozy jest względnie stała lub niska, i można go znaleźć we wszystkich tkankach organizmu, w których zachodzi metabolizm komórkowy, z wyjątkiem wątroby i komórek beta trzustki. Innymi słowy, heksokinaza jest głównym katalizatorem metabolizmu komórkowego w skali organizmu.

Stosunek heksokinazy do glukozy jest również dość wysoki; oznacza to, że nawet przy niskiej podaży glukozy może zachodzić reakcja enzymatyczna, a glukoza może zostać przekształcona w glukozo-6-fosforan i mogą zostać wyprodukowane 2 cząsteczki ATP. Maksymalna szybkość reakcji (Vmax) heksokinazy jest również dość niska, co oznacza, że nie jest ona idealna do szybkiego wytwarzania energii z glukozy.

Jak w przypadku każdej reakcji enzymatycznej, istnieje mechanizm kontrolny dla heksokinazy, allosteryczna pętla sprzężenia zwrotnego z własnym produktem reakcji, glukozo-6-fosforanem. Oznacza to, że gdy wystarczająca ilość glukozy zostanie przekształcona w glukozo-6-fosforan, ten sam produkt będzie hamował enzym przed zaangażowaniem/reakcją z dodatkowymi cząsteczkami substratu (glukozy).

Glukokinaza

Jak wspomniano powyżej, glukokinaza jest izoformą heksokinazy i ma inne warunki aktywacji niż ta ostatnia. W przeciwieństwie do heksokinazy, która jest obecna we wszystkich tkankach, glukokinaza jest obecna tylko w wątrobie i komórkach beta trzustki, i jest zbliżona do funkcjonalnego mechanizmu kontrolnego w organizmie.

Powinowactwo glukokinazy do glukozy jest niskie, co oznacza, że jest ona aktywowana tylko wtedy, gdy komórka ma dostęp do dużej ilości glukozy. W przypadku ograniczonej ilości glukozy, np. na czczo lub w okresie spoczynku, heksokinaza radzi sobie z obciążeniem enzymatycznym. Maksymalna szybkość reakcji (Vmax) glukokinazy jest dość wysoka, co skutkuje szybkim przekształceniem glukozy w energię użytkową. Glukokinaza wchodzi do gry po dużym posiłku lub napływie węglowodanów, co jest związane z mechanizmem kontroli dla tego konkretnego enzymu.

Heksokinaza jest regulowana allosterycznie przez jeden z jej produktów (glukozo-6-fosforan), podczas gdy glukokinaza jest kontrolowana hormonalnie przez insulinę. W rzeczywistości glukokinaza jest głównie kontrolowana lub indukowana przez insulinę. Kiedy w organizmie wzrasta poziom insuliny, transkrypcja i aktywność glukokinazy wzrasta w ciągu godziny. Inne hormony i szlaki mogą wpływać na glukokinazę, w tym glukokortykoidy i trójjodotyronina, ale szeroki zakres innych szlaków metabolicznych dla aktywności glukokinazy jest poza zakresem tego artykułu.

Dzięki krytycznej roli insuliny w regulacji glukokinazy w wątrobie i trzustce, cukrzyca może mieć poważny wpływ na skuteczność glukokinazy, a tym samym na wytwarzanie energii, gdy poziom glukozy jest wysoki.

Słowo końcowe

Heksokinaza i glukokinaza są ważnymi enzymami w procesie glikolizy, który jest istotnym krokiem w większej ścieżce metabolizmu komórkowego. Jak w przypadku większości reakcji enzymatycznych, te dwa enzymy działają nieświadomie, a nasze ciało kontroluje ich aktywację bez żadnego wkładu z naszej strony. Tak małe i nieistotne, jak te enzymy się wydają, ich ciągła praca w naszym imieniu jest pierwszym krokiem do każdego naszego ruchu!