O 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.
As enzimas pertencentes à família HK são caracterizadas por fosforilar a glicose às custas do ATP como uma molécula doadora do grupo fosforil, e seus membros diferem entre si 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 gram-positivas bactérias e organismos crenoqueóticos.
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 chamadas de ATP: D-glicose 6-fosfotransferases.
Como enzima glicolítica, a hexoquinase tem grande importância metabólica, pois sem ela essa importante via não seria possível e 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..
Índice do artigo
Como será visto mais tarde, diferentes tipos de enzimas hexoquinase existem em mamíferos e outros vertebrados (bem como em organismos unicelulares como a levedura). Em mamíferos, quatro foram descritos: 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 elas com respeito 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 tem sítios ativos em ambos os domínios).
O domínio N-terminal está ligado ao domínio C-terminal através de uma hélice alfa, cada uma com cerca de 50 kDa de peso molecular e um local de ligação para glicose.
A estrutura terciária dessas enzimas é essencialmente composta por folhas dobradas em β misturadas com hélices alfa, cuja proporção varia em relação à enzima e à espécie em questão; o sítio de ligação para ATP, o outro substrato para hexoquinase, é geralmente composto de cinco folhas β e duas hélices alfa.
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 de ATP (doador) para glicose, produzindo 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 seu posterior processamento e representa uma etapa de "comprometimento", uma vez que a glicose assim fosforilada não pode deixar a célula por meio de seus transportadores convencionais na membrana..
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 do glicogênio em muitos animais (e do amido 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, tais como:
- Fotossíntese
- O ciclo do glioxilato
- A respiração
- A degradação ou síntese de amido e sacarose
- Metabolismo de 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..
Na natureza existem diferentes formas de hexocinases 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 com os 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, possuem uma constante Km muito baixa. No entanto, essas enzimas possuem 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. as outras três isoenzimas.
A glicocinase (isoenzima IV da hexoquinase de muitos mamíferos) é encontrada principalmente no fígado e auxilia esse órgão no “ajuste” de sua taxa de consumo de glicose em resposta às variações desse substrato no sangue circulante..
Os três genes que codificam para as hexocinases 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 em a extremidade C-terminal.
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