Hexokinase und Glukose: Der Energiezusammenhang

Glukose ist reich an Energie. Die Bindungen, die Glukose zusammenhalten, sind Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, und wenn diese Bindungen gebrochen werden, kann Energie freigesetzt werden. Hexokinase ist ein Enzym, ein Protein-Katalysator, das den Prozess der Energieerzeugung aus Glukose einleitet.

Glukose, das Energiemolekül

Glukose ist einer der einfachsten und grundlegendsten Zucker, die bekannt sind. Grüne Pflanzen stellen energiereiche Glukose aus Wasser und Kohlendioxid sowie Stärke her, die für die menschliche Ernährung, Gesundheit und Energiebedürfnisse wichtig sind. Tiere, wenn sie Pflanzen und die zugehörige Glukose aufnehmen, können die potenzielle Energie aus der Glukose extrahieren, indem sie zuerst chemische Energie zu Glukose hinzufügen. Das für diesen ersten Schritt verwendete Enzym ist Hexokinase.

Hexokinase ist ein Protein-Katalysator

Fast alle Enzyme sind Protein-Katalysatoren. Proteine bestehen aus bestimmten Arten und Anordnungen von Aminosäuren. Dies verleiht jedem Enzym einzigartige Merkmale oder Eigenschaften. Ein Enzym führt normalerweise immer wieder nur eine Reaktion durch. Ein Enzym wird in der Reaktion nicht aufgebraucht, und das Enzym kann dieselbe Aufgabe viele tausend Mal in einem Bruchteil einer Sekunde ausführen. Worauf das Enzym wirkt, wird als sein „Substrat" bezeichnet. Hexokinase ist ein spezifisches Enzym, das Glukose als sein Substrat hat.

Hexokinase-Enzym fügt Glukose Phosphat hinzu

Hexokinase macht eines mit Glukose – es fügt ein Phosphat hinzu, das es von einem der vielen umgebenden ATP-Moleküle im Zytoplasma der Zelle nimmt. Hexokinase bringt buchstäblich Glukosemoleküle mit ATP-Molekülen zusammen und heftet ein Phosphat an jedes Glukosemolekül. Das ATP (Adenosintriphosphat) wird nun zu ADP (Adenosindiphosphat), mit einem Phosphatmolekül weniger als ATP.

Hexokinase aktiviert Glukose

Hexokinase fügt Glukose ein Phosphat hinzu und aktiviert die Glukose. Dieses Glukose ist als Glukose-6-Phosphat bekannt, weil das Phosphat an die Kohlenstoffnummer 6 von Glukose hinzugefügt wurde. Diese aktivierte Glukose ist der allererste Schritt auf dem Weg zur Energiegewinnung über den glykolytischen Weg oder die Glykolyse. Der Weg zur Energiegewinnung ist ein mehrstufiger Prozess, der als nächstes die Zugabe eines weiteren Phosphats durch ein anderes Enzym beinhaltet.

Energie und Weinproduktion beginnen beide mit Hexokinase

Fast jeder bekannte Organismus hat Hexokinase. Organismen erzeugen ATP-Energie durch den Abbau von Glukose, und die Abfallendprodukte Kohlendioxid und Wasser werden von Pflanzen bei der Photosynthese verwendet, um mehr Zucker herzustellen. Unvollständiger Glukosestoffwechsel bei vielen Tieren führt zu Milchsäure, und dieses Molekül ermüdet die Muskeln. Hefen wandeln Glukose und andere Zucker in Alkohol um. Hexokinase-Enzyme arbeiten jede Sekunde jeden Tag, um Energie zu liefern und lebende Zellen am Leben zu erhalten.