헥소키네이스(hexokinase, EC 2.7.1.1)는 육탄당(6탄당)을 인산화하여 육탄당 인산을 생성하는 반응을 촉매하는 효소이다. 한국어로는 헥소키나아제라고도 불리며, 생화학에서 해당과정(glycolysis)의 첫 번째 단계를 담당하는 핵심 효소로 널리 알려져 있다.
어원: 명칭은 그리스어 접두사 "헥사(hexa-, 6)"와 "키네이스(kinase, 인산화효소)"의 합성어로, 탄소 6개짜리 당(헥소스, hexose)에 작용하는 인산화효소라는 의미를 갖는다.
기능 및 반응: 헥소키네이스는 ATP(아데노신 삼인산)로부터 인산기를 기질인 육탄당(가장 중요한 기질은 포도당)의 6번 탄소 위치로 전달하여 포도당 6-인산(glucose-6-phosphate, G6P)을 생성한다. 이 반응은 돌이킬 수 없는(비가역적) 반응이며, 생성된 포도당 6-인산은 하전되어 세포막을 쉽게 통과하지 못하므로 포도당을 세포 내에 가두는(trapping) 역할도 한다.
생화학적 의의: 해당과정의 첫 번째 속도 조절 단계로서, 헥소키네이스는 포도당 대사를 해당과정, 오탄당 인산 경로, 글리코젠 합성 등의 세포 내 대사 경로로 유도하는 관문 역할을 한다.
동질효소(아이소자임): 포유류에는 4가지 주요 헥소키네이스 동질효소(I, II, III, IV)가 존재한다.
- 헥소키네이스 I, II, III: 포도당에 대한 높은 친화성(Km 1 mM 미만)을 가지며, 생성물인 포도당 6-인산에 의해 피드백 저해를 받는다. 분자량은 약 100kD이다.
- 헥소키네이스 IV (글루코키네이스): 포도당에 대한 친화성이 낮고(Km이 약 100배 높음), 생성물에 의한 저해를 받지 않으며, 간과 이자에서 포도당 항상성 유지에 중요한 역할을 한다.
세포 내 위치 및 암과의 연관성: 헥소키네이스 I과 II는 미토콘드리아 외막에 결합할 수 있으며, 특히 빠르게 증식하는 악성 종양 세포에서는 미토콘드리아 결합 헥소키네이스의 수준이 정상 조직보다 최대 200배 높게 상승한다. 이는 암세포에서 산소가 충분함에도 해당과정이 활발하게 일어나는 현상인 바르부르크 효과(Warburg effect)의 원동력으로 알려져 있다.
임상적 의의: 헥소키네이스 결핍증은 상염색체 열성 유전 질환으로, 만성 용혈성 빈혈을 유발할 수 있다. 이는 헥소키네이스 유전자(주로 HK-1)의 돌연변이에 의해 효소 활성이 감소하여 발생한다.
분포: 헥소키네이스를 암호화하는 유전자는 세균, 효모, 식물에서 인간 및 기타 척추동물에 이르기까지 생물체의 모든 역(domain)에서 발견되며, 생명체의 에너지 대사에 필수적인 효소이다.
