己糖激酶(hexokinase,EC 2.7.1.1)催化己糖第六位羥基的磷酸化反應。這個反應是糖酵解的第一步,所以受到多種因素的調節。同工酶的調節是其中非常重要的一部分。

引自https://www.brenda-enzymes.org/

人體中己糖激酶有四種同工酶, 1型同工酶(HK1)主要分佈在腦,HK2主要分佈在骨骼肌,HK3主要分佈在白細胞,HK4主要分佈在肝臟。因為HK4與另外三種同工酶差異較大,對葡萄糖的特異性強,所以又被稱為葡萄糖激酶(glucokinase,EC 2.7.1.2)。以前關於葡萄糖激酶是不是己糖激酶的同工酶有一些不同說法,但現在大家已經認可它們是同工酶,而且IUBMB(國際生化與分子生物聯合會)在己糖激酶的說明中也明確寫出肝臟中的同工酶稱為葡萄糖激酶。

葡萄糖激酶的性質的確與其它同工酶差異較大。葡萄糖激酶存在於肝臟和胰島b-細胞中,分子量約50 KD,而其它同工酶分子量約為100 KD。葡萄糖激酶對底物的親和力低,Km是10 mM,而肌肉己糖激酶(HK2)的Km只有0.1 mM。還有一點,己糖激酶的活性受反應產物6-磷酸葡萄糖的別構抑制,而葡萄糖激酶卻不受別構抑制。

乍看起來,似乎葡萄糖激酶催化能力很弱,好像沒什麼用。其實,葡萄糖激酶對底物的低親和力與肝臟的生理功能密切相關,對於機體血糖穩定極為重要。平時細胞中的葡萄糖濃度約為5mM,葡萄糖激酶活性不高,所以肝臟平時對血糖的降解很少。但進食後血糖升高,肝臟中的葡萄糖激酶就會活躍起來,將葡萄糖磷酸化。因為而葡萄糖激酶不受反應產物抑制,所以能夠快速降低血糖。生成的大量6-磷酸葡萄糖不僅可以通過糖酵解途徑氧化分解,還可以進入磷酸戊糖途徑,或者合成糖原。否則,光靠糖酵解是不足以快速降低血糖的。

同樣,骨骼肌中的己糖激酶對底物親和力高,又有產物抑制,也與其生理功能一致。骨骼肌運動時大量消耗葡萄糖,底物濃度可能會暫時降低。酶的低Km可以保證反應速度不會顯著下降,以提供充足的能量。而當產物6-磷酸葡萄糖積累的時候,就說明已經不需要高速酵解了,所以酶活性下降,以避免浪費。總之,HK2負責為肌肉提供能量,HK4負責降低血糖。雖然工作內容相同,但生理功能不同,這就是同工酶的含義。

另外,葡萄糖激酶是誘導酶,血漿中葡萄糖的濃度升高可以誘導葡萄糖激酶的合成,而且胰島素也可以促進其合成。

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