2) гексозомонофосфатизомераза
3) гексокиназа (+)
4) глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
Гексокиназа является ферментом, который первым катализирует превращение глюкозы внутри большинства клеток. Реакция заключается в фосфорилировании глюкозы за счёт АТФ с образованием глюкозо-6-фосфата: глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + АДФ. Это начальная реакция гликолиза и одновременно механизм метаболического удержания глюкозы в клетке, поскольку глюкозо-6-фосфат не транспортируется обратно через большинство глюкозных транспортеров.
Гексокиназа характеризуется высокой аффинностью к глюкозе и функционирует даже при её низкой концентрации. В гепатоцитах и β-клетках поджелудочной железы аналогичную реакцию преимущественно осуществляет глюкокиназа, обладающая более высоким порогом активации и выполняющая роль сенсора уровня глюкозы. Однако среди представленных ферментов именно гексокиназа непосредственно первой взаимодействует с глюкозой и запускает её внутриклеточный метаболизм.
Остальные ферменты действуют после образования глюкозо-6-фосфата либо участвуют в обратном превращении. Гексозомонофосфатизомераза преобразует глюкозо-6-фосфат во фруктозо-6-фосфат в гликолизе, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа использует его для образования НАДФН в пентозофосфатном пути, а глюкозо-6-фосфатаза гидролизует его с высвобождением свободной глюкозы. Поэтому эти ферменты не могут считаться первыми в цепи взаимодействия клетки с глюкозой.
| Фермент | Основная реакция | Метаболический путь | Ключевой диагностический или физиологический признак |
|---|---|---|---|
| Гексокиназа | Фосфорилирование глюкозы до глюкозо-6-фосфата | Гликолиз, синтез гликогена, пентозофосфатный путь | Первый ферментативный этап утилизации глюкозы; высокая аффинность к субстрату |
| Глюкокиназа | Фосфорилирование глюкозы до глюкозо-6-фосфата | Печёночный метаболизм глюкозы, регуляция секреции инсулина | Работает преимущественно при высокой концентрации глюкозы; дефекты связаны с MODY2 |
| Гексозомонофосфатизомераза | Превращение глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат | Гликолиз | Действует после гексокиназы; обеспечивает продолжение гликолитического пути |
| Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа | Окисление глюкозо-6-фосфата с образованием НАДФН | Пентозофосфатный путь | Дефицит вызывает окислительный гемолиз, особенно после приёма лекарств или употребления бобовых |
| Глюкозо-6-фосфатаза | Гидролиз глюкозо-6-фосфата до глюкозы и фосфата | Глюконеогенез и распад гликогена | Локализована главным образом в печени и почках; дефицит вызывает гипогликемию и гликогеноз I типа |
| Глюкозо-6-фосфат | Не фермент, а фосфорилированный метаболит глюкозы | Центральный узел распределения углеводного обмена | Может направляться в гликолиз, синтез гликогена или пентозофосфатный путь |
Фосфорилирование глюкозы является необратимой реакцией при физиологических условиях и контролирует её дальнейшее внутриклеточное использование. Активность гексокиназы ингибируется накоплением глюкозо-6-фосфата, что предотвращает избыточное потребление АТФ и субстрата. Нарушения последующих этапов обмена глюкозо-6-фосфата проявляются иначе, поскольку затрагивают отдельные метаболические направления, а не первичный захват глюкозы клеткой. Именно последовательность реакций позволяет отличить начальный этап от последующих превращений.