La hexokinase (HK) est l'enzyme qui catalyse la première réaction de la voie glycolytique dans pratiquement tous les organismes vivants, procaryotes et eucaryotes. Il est responsable du transfert d'un groupe phosphoryle vers le glucose, produisant du glucose-6P, bien qu'il puisse également phosphoryler d'autres sucres hexoses (6 atomes de carbone).
Cette enzyme est classée dans l'une des deux familles d'enzymes glucose kinases (enzymes qui transfèrent des groupes phosphoryl vers des substrats tels que le glucose): la famille des hexokinases (HK), dont les membres sont subdivisés en trois groupes différents connus sous le nom de groupe HK, le groupe A et groupe B.
Les enzymes appartenant à la famille HK sont caractérisées par la phosphorylation du glucose aux dépens de l'ATP en tant que molécule donneuse de groupe phosphoryle, et ses membres diffèrent entre eux principalement en ce qui concerne leur poids moléculaire et la spécificité du substrat..
Le groupe HK comprend les enzymes des organismes eucaryotes (ATP: D-hexose 6-phosphotransférases), tandis que le groupe A est représenté par les enzymes des bactéries gram-négatives, des cyanobactéries, des protistes amitochondriates et des trypanosomatides, et le groupe B contient les enzymes gram-positives bactéries et organismes crénoqueotiques.
Les enzymes des groupes A et B sont également connues sous le nom de glucokinases (GlcKs), car elles sont capables de phosphoryler exclusivement le glucose, c'est pourquoi ces enzymes sont appelées ATP: D-glucose 6-phosphotransférases.
En tant qu'enzyme glycolytique, l'hexokinase a une grande importance métabolique, car sans elle, cette voie importante ne serait pas possible et les cellules fortement dépendantes de la consommation de glucides, telles que le cerveau et les cellules musculaires de nombreux mammifères, auraient de graves obstacles fonctionnels et physiologiques en général..
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Comme on le verra plus loin, différents types d'enzymes hexokinase existent chez les mammifères et autres vertébrés (ainsi que dans les organismes unicellulaires tels que la levure). Chez les mammifères, quatre ont été décrits: les isoformes I, II, III et IV.
Les trois premiers isozymes ont un poids moléculaire de 100 kDa, mais l'isozyme IV a 50 kDa. Ces isoenzymes (en particulier I-III) présentent une similarité de séquence élevée entre elles en ce qui concerne leurs extrémités C- et N-terminales, ainsi qu'avec d'autres membres de la famille des hexokinases..
Le domaine N-terminal de ces enzymes est considéré comme le domaine «régulateur», tandis que l'activité catalytique est réalisée par le domaine C-terminal (le mammifère HK II a des sites actifs dans les deux domaines).
Le domaine N-terminal est lié au domaine C-terminal par une hélice alpha, chacun a un poids moléculaire d'environ 50 kDa et possède un site de liaison pour le glucose.
La structure tertiaire de ces enzymes est essentiellement composée de feuillets pliés en β mélangés à des hélices alpha dont la proportion varie en fonction de l'enzyme et de l'espèce en question; le site de liaison de l'ATP, l'autre substrat de l'hexokinase, est généralement composé de cinq feuillets β et de deux hélices alpha.
L'hexokinase a une fonction transcendantale dans le métabolisme des glucides de la plupart des êtres vivants, car elle catalyse la première étape de la voie glycolytique, médiatisant la phosphorylation du glucose à l'intérieur de la cellule..
Cette première étape de glycolyse, qui consiste en le transfert d'un groupement phosphoryle de l'ATP (donneur) au glucose, donnant du glucose 6-phosphate et de l'ADP, est la première des deux étapes d'investissement énergétique sous forme d'ATP.
De plus, la réaction catalysée par l'hexokinase est l'étape «d'activation» du glucose pour son traitement ultérieur et représente une étape d '«engagement», puisque le glucose ainsi phosphorylé ne peut pas quitter la cellule au moyen de ses transporteurs conventionnels dans la membrane..
Le produit de la réaction catalysée par l'hexokinase, c'est-à-dire le glucose 6-phosphate, est un point de ramification, car c'est le premier substrat utilisé dans la voie du pentose phosphate et dans la synthèse du glycogène chez de nombreux animaux (et de l'amidon chez les plantes).
La fonction de l'hexokinase dans les plantes n'est pas très différente de celle des animaux ou des micro-organismes, cependant, dans les plantes supérieures, cette enzyme fonctionne également comme un "capteur" de la concentration en sucres..
L'importance de cette fonction dans ces organismes est liée à la participation des sucres en tant que facteurs de régulation dans l'expression de gènes impliqués dans différents processus métaboliques tels que:
- Photosynthèse
- Le cycle du glyoxylate
- La respiration
- La dégradation ou la synthèse de l'amidon et du saccharose
- Métabolisme de l'azote
- Défense contre les agents pathogènes
- Régulation du cycle cellulaire
- La réponse de guérison
- Pigmentation
- Sénescence, entre autres.
Cette fonction de l'hexokinase en tant que "capteur" de la quantité de glucose intracellulaire a également été décrite pour la levure et les mammifères..
Dans la nature, il existe différentes formes d'hexokinases et cela dépend fondamentalement de l'espèce considérée.
Chez l'homme et d'autres animaux vertébrés, par exemple, l'existence de 4 isoformes différentes de l'enzyme hexokinase dans le compartiment cytosolique a été démontrée, qui ont été désignées par les chiffres romains I, II, III et IV.
Les isoenzymes I, II et III ont un poids moléculaire de 100 kDa, sont inhibées par leur produit de réaction (glucose 6-phosphate) et sont très liées au glucose, c'est-à-dire qu'elles ont une constante Km très faible. Cependant, ces enzymes ont une faible spécificité de substrat, étant capables de phosphoryler d'autres hexoses tels que le fructose et le mannose.
L'isoenzyme IV, également connue sous le nom de glucokinase (GlcK), n'a que 50 kDa de poids moléculaire et, bien que peu apparentée (valeurs de Km élevées), elle présente une spécificité élevée pour le glucose en tant que substrat et n'y est pas soumise. Mécanismes de régulation que les trois autres isoenzymes.
La glucokinase (isoenzyme IV de l'hexokinase de nombreux mammifères) se trouve principalement dans le foie et aide cet organe à «ajuster» son taux de consommation de glucose en réponse aux variations de ce substrat dans le sang circulant..
Les trois gènes qui codent pour les hexokinases I, II et III chez les animaux semblent avoir le même ancêtre de 50 kDa qui a été dupliqué et fusionné dans le génome, ce qui semble évident quand on observe que l'activité catalytique des formes I et III réside uniquement à l'extrémité C-terminale.
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