ヘキソキナーゼ（ADP依存性）

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序論

ヘキソキナーゼ（HK）は転移酵素であり、基質特異性は高くない。グルコース-6-リン酸およびADPにより阻害され、Km（ミカエリス定数）が小さく親和性が高いため、幅広い6炭糖に作用する。

分類

ヘキソキナーゼには、異なる染色体上の異なる遺伝子により制御される4種類のタイプが存在することが知られている。例えばヒトでは、ヘキソキナーゼIは第10染色体上の遺伝子、ヘキソキナーゼIIは第2染色体上の遺伝子、ヘキソキナーゼIIIは第5染色体上の遺伝子、ヘキソキナーゼIVは第7染色体上の遺伝子（グルコキナーゼとしても知られる）により制御される。（注）近年、研究者はゲノム解析手法を用いて、さまざまな脊椎動物種および近縁種におけるヘキソキナーゼ遺伝子を特徴付け、同様のHK遺伝子としてヘキソキナーゼ構造ドメインタンパク質1（HKDC1）と命名された遺伝子を同定している。HKDC1は第5のヘキソキナーゼである可能性が示唆されている。

化学組成

• 生化学において、キナーゼは高エネルギー供与体分子から特定の標的分子（基質）へリン酸基を転移する酵素群であり、この過程はリン酸化と呼ばれる。
• 一般にリン酸化の目的は、基質分子を「活性化」または「エネルギー化」し、そのエネルギーを増加させることで、以降の自由エネルギー変化が負となる反応に関与できるようにすることである。すべてのキナーゼは二価金属イオン（例：Mg²⁺またはMn²⁺）の存在を必要とし、これらは供与体分子の高エネルギー結合を安定化するとともに、リン酸化反応が進行する条件を提供する。
• 最大のキナーゼ群はプロテインキナーゼである。プロテインキナーゼは特定のタンパク質に作用してその活性を変化させる。これらのキナーゼは細胞内シグナル伝達およびその複雑な生命活動において広範な役割を担う。

反応過程

ヘキソキナーゼは、ATPからヘキソースの6位へのリン酸化反応を触媒する。反応過程は以下のとおりである。

ヘキソース　ATP→ヘキソース-6-リン酸　ADP

α-D-グルコースに対する親和性は高く（Km=1×10-5M）、他のヘキソースのリン酸化も可能である。本反応の平衡は右方に偏る。ΔG°'=4.0 kcal。本酵素は糖をエネルギー源として利用する細胞に広く存在するが、特に酵母、肝臓、筋肉、脳に多い。酵素は結晶化可能であり、分子量は約96,000（酵母ヘキソキナーゼ）である。Mg²⁺により活性化され得るが、HS試薬により阻害される。動物のヘキソキナーゼはアイソザイムとして存在する。

ミトコンドリアとの関連

ヘキソキナーゼIおよびIIは、ポリン（電位依存性陰イオンチャネル）への特異的結合を介して、ミトコンドリア外膜の外表面に物理的に結合し得る。この結合により、ヘキソキナーゼは基質の一つであるミトコンドリア産生ATPへ直接アクセスできる。ミトコンドリア結合型ヘキソキナーゼは、急速に増殖する悪性腫瘍細胞において著明に増加し、そのレベルは正常組織の最大200倍に達する。ミトコンドリア結合型ヘキソキナーゼは、腫瘍細胞において好気条件下で生じる極めて高い解糖系速度の駆動力[5]であることが示されている。

欠損

ヘキソキナーゼ欠損症は、慢性溶血性貧血を引き起こす常染色体劣性の遺伝性疾患である。慢性溶血性貧血は、HK酵素をコードするHK遺伝子の変異により生じる。この変異によりHK活性が低下し、ヘキソキナーゼ欠損を来す。