生物化学/糖酵解和糖异生的调节

糖酵解和糖异生的调节发生在不可逆步骤的酶上。

对于糖酵解，这些酶是己糖激酶、PFK-1 和丙酮酸激酶。

调节是通过变构方式或通过翻译后修饰或通过控制 mRNA 水平来实现的。可以观察到这些方法的组合。

众所周知，PFK-1 是糖酵解的起搏器。因此，从糖酵解的第三个酶开始并无不妥。

PFK-1

过量的 ATP 会变构影响 PFK-1。它在高浓度下表现为酶的负调节剂。关于“这种酶如何感知 ATP 含量丰富或含量低”这个问题的答案是，这种酶有两个 ATP 结合位点。当 ATP 含量低时，每个酶只能连接一个 ATP 分子。当 ATP 含量丰富时，两个 ATP 结合位点都被占据，酶的活性急剧下降。每个酶只连接一个 ATP 分子会支持酶的活性。

与高水平 ATP 的影响相反，AMP 以相反的方式发挥作用，以恢复高水平 ATP 对 PFK-1 的影响。大量 ATP 的存在意味着细胞对能量来源感到满意。因此，不需要分解葡萄糖。此外，高水平 AMP 的存在意味着细胞需要能量。因此，糖酵解应该继续朝着丙酮酸的方向流动。

过量的柠檬酸是 PFK-1 的另一个变构抑制剂，表明有大量的生物合成前体。

如前所述，除了变构调节之外，还存在控制代谢的替代途径。乳酸发酵产生的低 pH 会阻止 PFK-1 的工作，并导致酸中毒。

虽然 PFK-1 是最严格调控的不可逆步骤，但糖酵解的其他限速步骤也在一定程度上受到调控。

己糖激酶

即使是己糖激酶，也不需要“外来的”化学物质来抑制。它自己的产物 G6P 能够阻止己糖激酶的功能。在这种情况下，G6P 信号能量来源足够。

当 PFK-1 失活时，F6P 不能转化为 F16BP。因为 G6P 到 F6P 的反应是可逆的，所以不能转化为 F16BP 的 F6P 会转化为 G6P。G6P 积累并负面影响己糖激酶的工作。这条途径表明，抑制 PFK-1 也意味着间接取消己糖激酶。PFK-1 的这个位置使它成为糖酵解的起搏器。

在肝脏中，己糖激酶 (IV) 通过其调节蛋白的帮助，被隔离到细胞核中而得到控制。调节蛋白受葡萄糖和 F6P 指导。F6P 信号调节蛋白-己糖激酶复合物进入细胞核以停止糖酵解，而葡萄糖将该复合物呼叫到细胞质中以执行糖酵解的第一步。

F26BP 和 F6P 控制糖酵解和糖异生

当能量需求增加时，器官，特别是肌肉，会产生更多的糖酵解。因此，血液中的葡萄糖水平下降。因此，胰腺的胰岛分泌胰高血糖素。在肝脏中，胰高血糖素激活 cAMP 依赖性蛋白激酶。这种被激活的酶激活 FBPase-2 的作用，同时抑制 PFK-2 的活性。因此，F6P 由 F26BP 产生。因此，F26BP 不存在意味着没有因子抑制 FBPase-1 并支持 PFK-1。因此，F16BP 主要转化为 F6P，而不是逆反应。现在有大量的 F6P 与葡萄糖竞争，决定己糖激酶调节蛋白复合物将位于细胞质（为葡萄糖磷酸化为 G6P 提供磷酸化）还是细胞核（使葡萄糖保持非磷酸化形式），在肝脏中。因为在这种情况下 F6P “赢得了”比赛，所以 F6P 触发复合物向细胞核的移动。因此，现在新的葡萄糖分子不能进入糖酵解途径。通过这种机制，肝脏降低其葡萄糖消耗以保存葡萄糖储备。在肝脏中的糖酵解停止后，肝脏利用脂肪酸获得能量。当血糖水平上升时，会释放胰岛素。这种激素导致 F26BP 由 F6P 形成。F26BP 限制 FBPase-1，同时支持 PFK-1。所以反应朝着 F16BP 的方向进行。现在，没有足够的 F6P 来赢得调节己糖激酶在肝脏中的位置的比赛，通过其调节蛋白的帮助。因此，己糖激酶在细胞质中发挥作用，新的葡萄糖分子继续被降解。

丙酮酸激酶

丙酮酸激酶，糖酵解的最终和最后一个不可逆步骤酶，在 F16BP 的帮助下保持活性，而它被 ATP 灭活。

在肝脏中，丙酮酸激酶的 L 同工酶也受磷酸化的调节，这取决于能量来源和其他因素的可用性。

参考文献

• Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2008). 糖酵解、糖异生和戊糖磷酸途径。Lehninger 生物化学原理，第 4 版，第 521-559 页。
• Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. 生物化学。第 5 版。纽约：W H Freeman；2002 年。第 16 章，糖酵解和糖异生。