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己糖激酶的同工酶及其对糖酵解的调控作用

 lcy1971 2019-09-13

己糖激酶(hexokinase,EC 2.7.1.1)催化己糖第六位羟基的磷酸化反应。这个反应是糖酵解的第一步,所以受到多种因素的调节。同工酶的调节是其中非常重要的一部分。

引自https://www./

人体中己糖激酶有四种同工酶, 1型同工酶(HK1)主要分布在脑,HK2主要分布在骨骼肌,HK3主要分布在白细胞,HK4主要分布在肝脏。因为HK4与另外三种同工酶差异较大,对葡萄糖的特异性强,所以又被称为葡萄糖激酶(glucokinase)。

人体HK2

以前关于葡萄糖激酶是不是己糖激酶的同工酶有一些不同说法,但现在大家已经认可它们是同工酶,而且IUBMB(国际生化与分子生物联合会)在己糖激酶的说明中也明确写出肝脏中的同工酶称为葡萄糖激酶。编号EC 2.7.1.2的葡萄糖激酶是指在无脊椎动物和微生物中发现的一组对葡萄糖具有高度特异性的酶,并非肝脏的HK4。

微生物的葡萄糖激酶。引自BRENDA

  葡萄糖激酶的性质的确与其它同工酶差异较大。葡萄糖激酶存在于肝脏和胰岛b-细胞中,分子量约50 KD,而其它同工酶分子量约为100 KD。葡萄糖激酶对底物的亲和力低,Km是10 mM,而肌肉己糖激酶(HK2)的Km只有0.1 mM。还有一点,己糖激酶的活性受反应产物6-磷酸葡萄糖的别构抑制,而葡萄糖激酶却不受别构抑制。

乍看起来,似乎葡萄糖激酶催化能力很弱,好像没什么用。其实,葡萄糖激酶对底物的低亲和力与肝脏的生理功能密切相关,对于机体血糖稳定极为重要。平时细胞中的葡萄糖浓度约为5mM,葡萄糖激酶活性不高,所以肝脏平时对血糖的降解很少。但进食后血糖升高,肝脏中的葡萄糖激酶就会活跃起来,将葡萄糖磷酸化。因为而葡萄糖激酶不受反应产物抑制,所以能够快速降低血糖。生成的大量6-磷酸葡萄糖不仅可以通过糖酵解途径氧化分解,还可以进入磷酸戊糖途径,或者合成糖原。否则,光靠糖酵解是不足以快速降低血糖的。

同样,骨骼肌中的己糖激酶对底物亲和力高,又有产物抑制,也与其生理功能一致。骨骼肌运动时大量消耗葡萄糖,底物浓度可能会暂时降低。酶的低Km可以保证反应速度不会显著下降,以提供充足的能量。而当产物6-磷酸葡萄糖积累的时候,就说明已经不需要高速酵解了,所以酶活性下降,以避免浪费。总之,HK2负责为肌肉提供能量,HK4负责降低血糖。虽然工作内容相同,但生理功能不同,这就是同工酶的含义。

另外,葡萄糖激酶是诱导酶,血浆中葡萄糖的浓度升高可以诱导葡萄糖激酶的合成,而且胰岛素也可以促进其合成。

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