ヘキソキナーゼ

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ヘキソキナーゼ (HK) は低特異性の転移酵素です。グルコース-6-リン酸とADPによって抑制されます。小さなKm（ミーの定数）を持ち、強い親和性があります。さまざまな6炭素糖に対して強い親和性を示します。

図1. ヘキソキナーゼの構造。

分類

ヘキソキナーゼには4つの異なるタイプがあり、異なる染色体上の異なる遺伝子によって制御されています。人間の体を例にとると、ヘキソキナーゼIIは染色体2上の遺伝子によって制御され、ヘキソキナーゼIIIは染色体5上の遺伝子によって制御され、ヘキソキナーゼIVは染色体7上の遺伝子（グルコキナーゼとも呼ばれる）によって制御されています。（注：近年、研究者たちはゲノム的方法を用いてさまざまな脊椎動物種および近縁種のヘキソキナーゼ遺伝子を特徴づけ、ヘキソキナーゼドメインタンパク質1（HKDC1）と呼ばれる類似のHK遺伝子が存在することを発見しました。これはヘキソキナーゼの第5のタイプであると考えられています。HKIおよびHKDC1遺伝子は端から端に配置されており、タンデム遺伝子複製イベントによって形成されたことを示しています）。

図1. ヘキソキナーゼ1の構造。

化学組成

一般的に、リン酸化の目的は基質分子を「活性化」または「有効化」してそのエネルギーを増加させ、次の自由エネルギーの負の変化に参加できるようにすることです。すべてのキナーゼは、供与分子の高エネルギー結合を安定化させ、リン酸化の可能性を提供する二価金属イオン（Mg²⁺やMn²⁺など）を必要とします。キナーゼの最大のグループはタンパク質キナーゼです。タンパク質キナーゼは特定のタンパク質に作用し、その活性を変化させます。これらのキナーゼは細胞の信号伝達やその複雑な生命活動において広範な役割を果たします。他の異なるキナーゼは小分子（脂質、糖、アミノ酸、ヌクレオシドなど）に作用し、信号を送信したり、代謝におけるさまざまな生化学反応のためにそれらを準備したりします。「キナーゼ」の元の意味は、基質分子によって「活性化」される酵素を作ることですので、一般的にはヌクレオシド三リン酸から受容体分子にリン酸基を転送する酵素を指します。受容体分子は、このリン酸基の転送を通じてエネルギーを得ることによって活性化され（より不安定になります）、多くのキナーゼはNTPからリン酸基を転送する必要がありますが、Jensenが引用した例のように、キナーゼは時にはAMPやピロリン酸からリン酸基を転送することもあります。一般的に言えば、AMPやピロリン酸は高エネルギー化合物とは呼べませんが、「高エネルギー」と「低エネルギー」は相対的であり、絶対的な基準はありません。無機リン酸をリン酸基供与体として使用するリン酸化酵素と比較して、AMPやピロリン酸も明らかに「高エネルギー」です。

反応過程

これは、ATPの6位にヘキソースのリン酸化反応を触媒する酵素です。反応過程は次の通りです。

ヘキソース ATP→ヘキソース-6-リン酸 ADP

α-Dグルコースに対して高い親和性を持ち（Km=1×10^-5M）、他のヘキソースもリン酸化することができます。この反応のバランスは右にシフトします。△G°’=4.0 kcal。この酵素は糖をエネルギー源として使用する細胞に広く存在しますが、酵母、肝臓、筋肉、脳に最も豊富に存在します。酵素は結晶化することができます。分子量は約96,000（酵母ヘキソキナーゼ）です。Mg²⁺とKによって活性化されることがありますが、HS試薬によって抑制されることがあります。動物のヘキソキナーゼはアイソザイムとして存在します。

解糖系における役割

グルコースは、分子酸素（O₂）の存在に関係なく、すべての細胞によってATPを生成するために使用できるという点で独特です。解糖系の最初のステップは、ヘキソキナーゼを介してグルコースをリン酸化することです。

図3. グルコースはヘキソキナーゼによってリン酸化される。

臨床的意義

ヘキソキナーゼ欠損症は、慢性溶血性貧血を引き起こす可能性のある遺伝性常染色体劣性遺伝病です。慢性溶血性貧血は、HK遺伝子の変異によって引き起こされ、HK酵素をコードしています。この変異はHK活性の低下を引き起こし、ヘキソキナーゼ欠損症につながります。