Γλυκοκινάση Vs Εξοκινάση:Ορισμός, Μηχανισμός και Λειτουργία

Η εξοκινάση είναι στην πραγματικότητα ένας ευρύτερος όρος για μια κατηγορία ενζύμων που φωσφορυλιώνει σάκχαρα έξι άνθρακα (γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη κ.λπ.), ενώ η γλυκοκινάση είναι ένας συγκεκριμένος τύπος εξοκινάσης (ισόμορφη) που έχει χαμηλότερη συγγένεια για τα υποστρώματα.

Το να είσαι ζωντανός μπορεί να φαίνεται μάλλον αβίαστο μερικές φορές, ιδιαίτερα όταν αισθάνεσαι υγιής, χαρούμενος και πιθανώς σκαρφαλωμένος σε μια τροπική παραλία κάπου. Ωστόσο, το να παραμείνετε ζωντανοί απαιτεί τη συνεχή δαπάνη ενέργειας από τα κύτταρα του σώματός σας. Από τη μακροσκοπική κλίμακα της κάμψης των μυών σας για να περπατήσετε, να χορέψετε, να βλεφαρίσετε και να καταπιείτε μέχρι το μικροσκοπικό επίπεδο της δημιουργίας νευροδιαβιβαστών και της αναπαραγωγής γενετικού υλικού, η παραγωγή και η χρήση της ενέργειας είναι μια αέναη διαδικασία που ονομάζεται κυτταρικός μεταβολισμός.

Τι είναι ο κυτταρικός μεταβολισμός;

Όπως πιθανότατα γνωρίζετε, η κύρια πηγή αυτής της ενέργειας έρχεται με τη μορφή της τροφής που τρώμε και την επακόλουθη διάσπαση αυτής της τροφής σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Αυτή η μεταβολική διαδικασία διάσπασης των μορίων των τροφών (γλυκόζη, σε αυτήν την περίπτωση) είναι μια μορφή κυτταρικού μεταβολισμού, μια κρίσιμη καταβολική οδός από την οποία αυτά τα κύτταρα μπορούν να αντλήσουν ενέργεια (με τη μορφή ATP, τριφωσφορικής αδενοσίνης).

Ο αερόβιος μεταβολισμός (ο οποίος συμβαίνει παρουσία οξυγόνου) αποτελείται από τρία στάδια –γλυκόλυση, τον κύκλο του Krebs και την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Τι είναι η γλυκόλυση

Το πρώτο από τα τρία στάδια αυτής της διαδικασίας, η γλυκόλυση, δεν παράγει μεγάλη ποσότητα ATP (μόνο 2), σε σύγκριση με την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, αλλά οδηγεί σε βασικά προϊόντα (2 πυροσταφυλικό) που χρησιμοποιούνται για την περαιτέρω παραγωγή του ATP εντός της ευρύτερης μεταβολικής οδού. Η γλυκόλυση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα, ενώ τα υπόλοιπα στάδια του κυτταρικού μεταβολισμού συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια.

Για να ξεκινήσει ο μετασχηματισμός της γλυκόζης, όπως και με πολλές άλλες χημικές αντιδράσεις, απαιτείται ένα ένζυμο. Στην περίπτωση της φωσφορυλίωσης της γλυκόζης σε 6-φωσφορική γλυκόζη, ανάλογα με έναν αριθμό μεταβλητών, είτε εξοκινάση ή γλυκοκινάση θα καταλύσει την αντίδραση.

(Φωτογραφία:YassineMrabet/Wikimedia Commons)

Εξοκινάση έναντι γλυκοκινάσης

Ενώ η επικεφαλίδα αυτής της υποενότητας μπορεί να υποδηλώνει ότι αυτά τα δύο λειτουργούν σε αντίθεση μεταξύ τους, στην πραγματικότητα είναι πολύ παρόμοια και βασικά επιτελούν την ίδια λειτουργία. Η εξοκινάση είναι στην πραγματικότητα ένας ευρύτερος όρος για μια κατηγορία ενζύμων που φωσφορυλιώνει σάκχαρα έξι άνθρακα (γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη κ.λπ.), ενώ η γλυκοκινάση είναι ένας συγκεκριμένος τύπος εξοκινάσης (ισόμορφη) που έχει χαμηλότερη συγγένεια για υποστρώματα και λειτουργεί αποκλειστικά με γλυκόζη, αντί για άλλα σάκχαρα 6 άνθρακα.

Και τα δύο αυτά ένζυμα μπορεί να εκτελούν την ίδια λειτουργία – καταλύοντας την πρώτη αντίδραση γλυκόλυσης – αλλά χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένες περιπτώσεις.

Εξοκινάση

Αυτό το ένζυμο είναι ενεργό όταν η ποσότητα της διαθέσιμης γλυκόζης είναι σχετικά σταθερή ή χαμηλή και μπορεί να βρεθεί σε όλους τους ιστούς του σώματος όπου συμβαίνει ο κυτταρικός μεταβολισμός, με εξαίρεση τα βήτα κύτταρα του ήπατος και του παγκρέατος. Με άλλα λόγια, η εξοκινάση είναι ο κύριος καταλύτης για τον κυτταρικό μεταβολισμό στην κλίμακα του οργανισμού.

Η συγγένεια της εξοκινάσης προς τη γλυκόζη είναι επίσης αρκετά υψηλή. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και όταν η παροχή γλυκόζης είναι χαμηλή, η ενζυματική αντίδραση μπορεί να συμβεί και η γλυκόζη μπορεί να μετατραπεί σε 6-φωσφορική γλυκόζη και να παραχθούν 2 μόρια ATP. Ο μέγιστος ρυθμός αντίδρασης (Vmax) της εξοκινάσης είναι επίσης αρκετά χαμηλός, πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι ιδανικό για την ταχεία παραγωγή ενέργειας από τη γλυκόζη.

Όπως με κάθε ενζυμική αντίδραση, υπάρχει ένας μηχανισμός ελέγχου για την εξοκινάση, έναν αλλοστερικό βρόχο ανάδρασης με το ίδιο το προϊόν της αντίδρασης, τη 6-φωσφορική γλυκόζη. Αυτό σημαίνει ότι από τη στιγμή που αρκετή ποσότητα γλυκόζης έχει μετατραπεί σε 6-φωσφορική γλυκόζη, το ίδιο προϊόν θα εμποδίσει το ένζυμο να δεσμευτεί/αντιδρά με επιπλέον μόρια υποστρώματος (γλυκόζη).

Γλυκοκινάση

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η γλυκοκινάση είναι μια ισομορφή της εξοκινάσης και έχει διαφορετικές συνθήκες ενεργοποίησης από την τελευταία. Σε αντίθεση με την εξοκινάση, η οποία υπάρχει σε όλους τους ιστούς, η γλυκοκινάση είναι παρούσα μόνο στα βήτα κύτταρα του ήπατος και του παγκρέατος και μοιάζει με έναν λειτουργικό μηχανισμό ελέγχου μέσα στο σώμα.

Η συγγένεια της γλυκοκινάσης προς τη γλυκόζη είναι χαμηλή, πράγμα που σημαίνει ότι ενεργοποιείται μόνο όταν υπάρχει άφθονη γλυκόζη διαθέσιμη σε ένα κύτταρο. Εάν υπάρχει μόνο περιορισμένη ποσότητα γλυκόζης, όπως κατά τη διάρκεια μιας περιόδου νηστείας ή ανάπαυσης, τότε η εξοκινάση μπορεί να χειριστεί το ενζυματικό φορτίο. Ο μέγιστος ρυθμός αντίδρασης (Vmax) της γλυκοκινάσης είναι αρκετά υψηλός, με αποτέλεσμα τη γρήγορη μετατροπή της γλυκόζης σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Η γλυκοκινάση μπαίνει στο παιχνίδι μετά από ένα μεγάλο γεύμα ή μια εισροή υδατανθράκων, η οποία σχετίζεται με τον μηχανισμό ελέγχου για αυτό το συγκεκριμένο ένζυμο.

Η εξοκινάση ρυθμίζεται αλλοστερικά από ένα από τα προϊόντα της (6-φωσφορική γλυκόζη), ενώ η γλυκοκινάση ελέγχεται ορμονικά από την ινσουλίνη. Στην πραγματικότητα, η γλυκοκινάση ελέγχεται ή επάγεται κυρίως από την ινσουλίνη. Όταν τα επίπεδα ινσουλίνης αυξάνονται στο σώμα, η μεταγραφή και η δραστηριότητα της γλυκοκινάσης αυξάνονται μέσα σε μία ώρα. Άλλες ορμόνες και οδοί μπορούν να επηρεάσουν τη γλυκοκινάση, συμπεριλαμβανομένων των γλυκοκορτικοειδών και της τριιωδοθυρονίνης, αλλά το ευρύ φάσμα άλλων μεταβολικών οδών για τη δραστηριότητα της γλυκοκινάσης ξεφεύγει από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου.

Λόγω του κρίσιμου ρόλου της ινσουλίνης στη ρύθμιση της γλυκοκινάσης στο ήπαρ και το πάγκρεας, ο σακχαρώδης διαβήτης μπορεί να έχει σοβαρό αντίκτυπο στην αποτελεσματικότητα της γλυκοκινάσης και επομένως στη δημιουργία ενέργειας όταν τα επίπεδα γλυκόζης είναι υψηλά.

Μια τελευταία λέξη

Η εξοκινάση και η γλυκοκινάση είναι και τα δύο σημαντικά ένζυμα στη διαδικασία της γλυκόλυσης, η οποία είναι ένα ουσιαστικό βήμα στη μεγαλύτερη οδό του κυτταρικού μεταβολισμού. Όπως συμβαίνει με τις περισσότερες ενζυμικές αντιδράσεις, αυτά τα δύο ένζυμα λειτουργούν ασυνείδητα και το σώμα μας θα ελέγξει την ενεργοποίησή τους χωρίς καμία συμβολή από εμάς. Όσο μικρά και ασήμαντα κι αν φαίνονται αυτά τα ένζυμα, η συνεχής εργασία τους για λογαριασμό μας είναι το πρώτο βήμα για κάθε κίνηση που κάνουμε!