В. Объясните биологическое значение функционирования двух изоферментов.

Это реация активации глюкозы. Она происходит путем фосфорилирования шестого углеродного атома за счет взаимодействия с АТФ. Реакция идет в присутствии ионов магния и фермента гексокиназа. Фосфорилирование глюкозы решает несколько задач:

-фосфатный эфир глюкозы не в состоянии выйти из клетки, так как молекула отрицательно заряжена и отталкивается от фосфолипидной поверхности мембраны,

-наличие заряженной группы обеспечивает правильную ориентацию молекулы в активном центре фермента,

-уменьшается концентрация свободной (нефосфорилированной) глюкозы в клетке, что способствует диффузии новых ее молекул из крови.

А. Константа Михаэлиса-Ментен (К_m) – это концентрация субстрата, при которой скорость реакции составляет половину максимальной. К_m характеризует сродство фермента к субстрату: чем ниже значение К_m фермента, тем выше его сродство к субстрату и наоборот.

Она может быть представлена следующим уравнением:

(скорости прямой (k+1) и обратной (k-1) реакций)

В числителе – константы скоростей распада комплекса ES в двух направлениях (в сторону исходных Е и S и в сторону конечных продуктов реакции Е и Р). Отношение k–1/ k+1 представляет собой константу диссоциации фермент-субстратного комплекса KS.

Определение величины Кm имеет важное значение при выяснении механизма действия эффекторов на активность ферментов и т.д. Константу Михаэлиса можно вычислить по графику

Гиперболическая зависимость начальной скорости катализируемой ферментом реакции от концентрации субстрата (график уравнения Михаэлиса-Ментен)

Б. Гексокиназа. Гексокиназа является ферментом, ответственным за превращение глюкозы в глюкозо-6-фосфат. Он может фосфорилировать другие гексозы, кроме D-глюкозы, такие как D-фруктоза, 5-кето-D-фруктоза, 2-дезокси-D-глюкоза, D-манноза и D-глюкозамин. Четырьмя основными типами гексокиназ являются гексокиназы I, II, III и IV. Первые три гексокиназы, гексокиназа I-III, могут быть обнаружены во всех клетках организма, тогда как гексокиназа IV или глюкокиназа обнаруживаются только в клетках печени и β-панкреатических клетках. Гексокиназа находится в каждой метаболизирующей клетке организма, гексокиназа имеет низкое значение Km; следовательно, он имеет более высокое сродство к глюкозе.

В. Гексокиназа и Глюкокиназа являются двумя изоферментами, которые катализируют одну и ту же реакцию в двух разных местах. Они превращают глюкозу в глюкозо-6-фосфат, который является первой реакцией гликолиза. Следовательно, используя АТФ, они добавляют фосфатную группу к глюкозе и модифицируют структуру.

  В период пищеварения концентрация глюкозы (Г) в воротной вене может превышать 10 ммоль/л. В результате активность глюкокиназы в гепатоцитах повышается. Это ускоряет фосфорилирование Г и синтез гликогена, что предотвращает чрезмерное повышение ее концентрации в крови в абсорбтивном периоде.

Глюкокиназа является изозимом гексокиназы, который является специфическим ферментом, присутствующим в печени и бета-клетках поджелудочной железы. Поэтому она работает при высокой концентрации глюкозы. Кроме того, Km и Vmax у гексокиназы высоки, и, следовательно, она имеет низкое сродство с глюкозой. (Кm < 0.1 ммоль/л). Глюкокиназа также катализируется первой стадией гликолиза, который превращает глюкозу в глюкозо-6-фосфат. Подобно гексокиназе, глюкокиназа также использует АТФ для этого превращения. Гормон инсулин контролирует активность глюкокиназы. Однако, в отличие от гексокиназы, глюкокиназа не может контролироваться ингибированием обратной связи.

Гексокиназа - этот фермент, в отличие от глюкокиназы, активен при низкой концентрации Глюкозы в крови, что характерно для постабсорбтивного состояния. Печень в этот период поглощает гораздо меньше Глюкозы, тогда как потребление Глюкозы мозгом, эритроцитами и др. тканями обеспечивается активной в этих условиях гексокиназой. Гексокиназа действует на гексозные сахара, включая глюкозу,имеет низкое значение Km; следовательно, он имеет более высокое сродство к глюкозе, находится в каждой метаболизирующей клетке организма, инсулин не влияет на гексокиназу, участвует в выработке энергии в нормальных клетках

Сходства:

- Гексокиназа и глюкокиназа являются двумя типами ферментов, участвующих в гликолизе.

- Это изоферменты, ферменты с разной структурой и одинаковой функцией.

- Оба превращают глюкозу в глюкозо-6-фосфат.

- Они являются ограничивающими скорость ферментами в гликолизе.

- Эти ферменты удерживают глюкозу внутри клетки, поскольку G6P не может свободно диффундировать из клетки.

25