Was ist hexokinase?

Hexokinase

Die Hexokinase ist ein Enzym, das die Phosphorylierung von Hexosen (Zuckern mit sechs Kohlenstoffatomen) katalysiert, um Hexose-6-phosphate zu bilden. Sie ist ein wichtiges Enzym im Glykolyse-Weg, dem ersten Schritt im Abbau von Glukose zur Energiegewinnung.

Funktion:

• Phosphorylierung von Hexosen: Die Hauptfunktion der Hexokinase besteht darin, ein Phosphatmolekül von ATP auf eine Hexose zu übertragen, typischerweise Glukose. Diese Reaktion ist irreversibel und fängt Glukose in der Zelle ein, da phosphorylierte Glukose die Zellmembran nicht passieren kann.
• Regulation des Glukosestoffwechsels: Die Hexokinase ist ein wichtiger regulatorischer Punkt im Glukosestoffwechsel. Ihre Aktivität kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, darunter die Konzentration von Glukose-6-phosphat (ein Produkt der Reaktion) und Insulin.

Isoenzyme:

In Säugetieren existieren mehrere Isoenzyme der Hexokinase (Hexokinase I-IV). Diese Isoenzyme unterscheiden sich in ihren Gewebeverteilungen, kinetischen Eigenschaften und regulatorischen Mechanismen:

• Hexokinase I, II und III: Diese Isoenzyme haben eine hohe Affinität zu Glukose und werden in den meisten Geweben exprimiert.
• Hexokinase IV (Glukokinase): Diese Isoform wird hauptsächlich in der Leber und den Betazellen der Bauchspeicheldrüse gefunden. Sie hat eine geringere Affinität zu Glukose als die anderen Isoenzyme, aber ihre Aktivität steigt stark an, wenn die Glukosekonzentration hoch ist. Dies ermöglicht es der Leber, Glukose nach einer Mahlzeit effizient zu verwerten und die Insulinsekretion in der Bauchspeicheldrüse zu stimulieren. Glukokinase spielt also eine entscheidende Rolle bei der Blutzuckerregulation.

Mechanismus:

Die Hexokinase katalysiert die Reaktion, indem sie Glukose und ATP bindet und dann die Übertragung des Phosphatmoleküls von ATP auf die 6-Position von Glukose erleichtert. Dabei kommt es zu einer konformationsänderung des Enzyms, wodurch die Substrate besser gebunden werden und Wasser, welches die Reaktion stören könnte, ausgeschlossen wird.

Klinische Bedeutung:

• Diabetes: Fehlfunktionen in der Glukokinase können zu Diabetes führen, da sie eine wichtige Rolle bei der Glukosesensorik und Insulinsekretion spielt. Mutationen im Glukokinase-Gen können zu einer Form von Diabetes führen, die als MODY (Maturity-Onset Diabetes of the Young) bekannt ist.
• Krebs: Eine erhöhte Expression von Hexokinase II wurde in vielen Krebszellen beobachtet. Dies ermöglicht es den Krebszellen, große Mengen an Glukose zu verstoffwechseln, um ihren hohen Energiebedarf zu decken. Dies ist ein Aspekt des Warburg-Effekts.

Zusammenfassend ist die Hexokinase ein wichtiges Enzym im Glukosestoffwechsel mit verschiedenen Isoenzymen, die unterschiedliche Rollen in verschiedenen Geweben spielen. Ihre Fehlfunktion kann zu verschiedenen Krankheiten führen.