己糖激酶(hexokinase,EC 2.7.1.1)催化己糖第六位羟基的磷酸化反应。这个反应是糖酵解的第一步,所以受到多种因素的调节。同工酶的调节是其中非常重要的一部分。

引自https://www.brenda-enzymes.org/

人体中己糖激酶有四种同工酶, 1型同工酶(HK1)主要分布在脑,HK2主要分布在骨骼肌,HK3主要分布在白细胞,HK4主要分布在肝脏。因为HK4与另外三种同工酶差异较大,对葡萄糖的特异性强,所以又被称为葡萄糖激酶(glucokinase,EC 2.7.1.2)。以前关于葡萄糖激酶是不是己糖激酶的同工酶有一些不同说法,但现在大家已经认可它们是同工酶,而且IUBMB(国际生化与分子生物联合会)在己糖激酶的说明中也明确写出肝脏中的同工酶称为葡萄糖激酶。

葡萄糖激酶的性质的确与其它同工酶差异较大。葡萄糖激酶存在于肝脏和胰岛b-细胞中,分子量约50 KD,而其它同工酶分子量约为100 KD。葡萄糖激酶对底物的亲和力低,Km是10 mM,而肌肉己糖激酶(HK2)的Km只有0.1 mM。还有一点,己糖激酶的活性受反应产物6-磷酸葡萄糖的别构抑制,而葡萄糖激酶却不受别构抑制。

乍看起来,似乎葡萄糖激酶催化能力很弱,好像没什么用。其实,葡萄糖激酶对底物的低亲和力与肝脏的生理功能密切相关,对于机体血糖稳定极为重要。平时细胞中的葡萄糖浓度约为5mM,葡萄糖激酶活性不高,所以肝脏平时对血糖的降解很少。但进食后血糖升高,肝脏中的葡萄糖激酶就会活跃起来,将葡萄糖磷酸化。因为而葡萄糖激酶不受反应产物抑制,所以能够快速降低血糖。生成的大量6-磷酸葡萄糖不仅可以通过糖酵解途径氧化分解,还可以进入磷酸戊糖途径,或者合成糖原。否则,光靠糖酵解是不足以快速降低血糖的。

同样,骨骼肌中的己糖激酶对底物亲和力高,又有产物抑制,也与其生理功能一致。骨骼肌运动时大量消耗葡萄糖,底物浓度可能会暂时降低。酶的低Km可以保证反应速度不会显著下降,以提供充足的能量。而当产物6-磷酸葡萄糖积累的时候,就说明已经不需要高速酵解了,所以酶活性下降,以避免浪费。总之,HK2负责为肌肉提供能量,HK4负责降低血糖。虽然工作内容相同,但生理功能不同,这就是同工酶的含义。

另外,葡萄糖激酶是诱导酶,血浆中葡萄糖的浓度升高可以诱导葡萄糖激酶的合成,而且胰岛素也可以促进其合成。

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