ヘキソキナーゼ

ヘキソキナーゼは、ヘキソース（6炭糖）を不可逆的にリン酸化してヘキソースリン酸を生成する酵素です。ほとんどの生物において、グルコースはヘキソキナーゼの最も重要な基質であり、グルコース-6-リン酸は最も重要な生成物です。ヘキソキナーゼは、ATPから基質へ無機リン酸基を転移させる能力を持っています。

ヘキソキナーゼは、肝臓に存在する特定のヘキソキナーゼであるグルコキナーゼと混同してはならない。すべてのヘキソキナーゼは複数のヘキソースをリン酸化することができるが、ヘキソキナーゼ IV(D) は、他の哺乳類のアイソザイムよりもグルコースに対する特異性が高いわけではないにもかかわらず、しばしば誤ってグルコキナーゼと呼ばれている。^{[ 3 ]}

ヘキソキナーゼをコードする遺伝子は、あらゆる生命の領域で発見されており、細菌、酵母、植物からヒトやその他の脊椎動物に至るまで、さまざまな種に存在している。酵母、植物、脊椎動物の酵素はすべて相同性の明確な配列証拠を示しているが、細菌の酵素は関連がない可能性がある。^{[ 4 ]}

これらはアクチンフォールドタンパク質に分類され、共通のATP結合部位コアを持ち、その周囲を基質親和性やその他の特性を決定するより多様な配列が取り囲んでいる。

異なる機能を提供する複数のヘキソキナーゼアイソザイムが、単一の種に存在することがある。

ヘキソキナーゼによって媒介される細胞内反応は、以下のように分類できる。

ヘキソース_-CH₂OH + ^{MgATP₂−​}→ ヘキソース-CH ₂ O-PO ^{2 −} ₃ + MgADP ⁻+ H ⁺

ここで、ヘキソース-CH _{2 OHは、アクセス可能な-CH 2} OH部分を含むいくつかのヘキソース（グルコースなど）のいずれかを表します。

グルコースなどのヘキソースのリン酸化は、解糖系やグリコーゲン合成といった細胞内代謝プロセスに限定されることが多い。これは、リン酸化されたヘキソースは電荷を帯びるため、細胞外への輸送が困難になるためである。

本態性フルクトース尿症の患者では、ヘキソキナーゼによるフルクトース-6-リン酸への代謝が、食事由来のフルクトースを代謝する主要な経路である。この経路は、正常な人では重要ではない。

ほとんどの細菌のヘキソキナーゼは、約50  kDaの大きさである。植物や動物を含む多細胞生物は、しばしば複数のヘキソキナーゼアイソフォームを持つ。それらのほとんどは、約100 kDaの大きさで、N末端とC末端の2つの部分から構成されており、両者は高い配列相同性を示す。これは、細菌のヘキソキナーゼと同様の 50 kDaの祖先ヘキソキナーゼが、複製と融合によって進化的に生じたことを示唆している。 

哺乳類には、細胞内局在や基質や条件、生理機能に応じて異なる反応速度を示す重要なヘキソキナーゼアイソザイム（EC 2.7.1.1 ）が4種類存在する。これらは電気泳動移動度に基づいてヘキソキナーゼA、B、C、Dと命名された。 ^{[ 5 ]後に提案されたヘキソキナーゼI、II、III、IV（それぞれ） [ 6 ]}という別名も広く用いられている。

_{グルコースは、分子状酸素（ O₂} ）の有無にかかわらず、すべての細胞がATPを生成するために利用できるという点で独特である。解糖の最初のステップは、ヘキソキナーゼによるグルコースのリン酸化である。

KEGG Pathway Databaseの化合物C00031。KEGG Pathway Databaseの酵素2.7.1.1。KEGG Pathway Databaseの化合物C00668。KEGG Pathway Databaseの反応R01786。

ヘキソキナーゼは、グルコースのリン酸化を触媒してグルコース6-リン酸を生成することにより、細胞へのグルコースの促進輸送を促進する濃度勾配を維持します。この反応は、解糖系やペントースリン酸経路を含む、生理学的に関連するすべてのグルコース利用経路も開始します。^{[ 10 ]}ヘキソースの6位に荷電リン酸基が付加されることで、荷電ヘキソースリン酸は細胞膜を容易に通過できないため、グルコースおよび2-デオキシヘキソースグルコース類似体（例えば、2-デオキシグルコース、および2-フルオロ-2-デオキシグルコース）が細胞内に「捕捉」されることも保証されます。

ヘキソキナーゼIとIIは、ポリンまたは電位依存性アニオンチャネルへの特異的な結合を介して、ミトコンドリア外膜の外表面に物理的に結合することができます。この結合により、ヘキソキナーゼはミトコンドリアで生成されたATPに直接アクセスできるようになります。ATPはヘキソキナーゼの2つの基質の1つです。ミトコンドリアヘキソキナーゼは、急速に増殖する悪性腫瘍細胞で非常に高く、正常組織の最大200倍のレベルに達します。ミトコンドリアに結合したヘキソキナーゼは、腫瘍細胞で好気的に起こる極めて高い解糖速度（1930年にオットー・ハインリッヒ・ワールブルクによって記述されたいわゆるワールブルク効果）の原動力であることが実証され^ています[ ^{11 ]}。

ヘキソキナーゼ欠損症は、慢性溶血性貧血を引き起こす常染色体劣性遺伝疾患です。慢性溶血性貧血は、ヘキソキナーゼをコードする遺伝子の変異によって引き起こされます。この変異によりヘキソキナーゼ活性が低下し、結果としてヘキソキナーゼ欠損症となります。^{[ 12 ]}

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