Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985

Биоэнергетика и метаболизм
Гликолиз - центральный путь катаболизма глюкозы
Сама последовательность гликолитических реакций регулируется на двух главных этапах

Скорость гликолиза регулируется не только за счет вовлечения в этот процесс свободной глюкозы или же глюкозильных остатков гликогена, как это описано выше; биологическому контролю подчиняется и сама последовательность реакций на пути от глюкозо-6-фосфата до пирувата. В этой последовательности имеются два главных регулируемых этапа: один из них катализируется фосфофруктокиназой, а другой - пируваткиназой.

Фосфофруктокиназа (ФФК) - это сложный аллостерический фермент, управляемый многими положительными и отрицательными модуляторами. Механизмам его регуляции (у разных клеток различным) посвящены десятки научных статей. В скелетных мышцах активность фосфофруктокиназы определяется концентрациями субстратов этого фермента (АТР и фруктозо-6-фосфата) и его продуктов (ADP и фруктозо-1,6-дифосфата); все эти соединения играют роль аллостерических регуляторов. Очень важны также в качестве регуляторов АМР, цитрат, ионы Mg²⁺, фосфат и некоторые другие метаболиты, присутствующие в мышечной ткани (табл. 15-1). Однако, хотя регуляции ФФК зависит от сложного взаимодействия ряда факторов, главными отрицательными модуляторами этого фермента являются АТР и цитрат, а самыми активными положительными модуляторами-АМР и фруктозо-1,6-дифосфат. Всякий раз, когда при очень активном мышечном сокращении концентрация АТР падает, а энергии требуется больше фосфофруктокиназная активность усиливается, даже если концентрация фруктозо-6-фосфата очень низка (об этом свидетельствует тот факт, что зависимость скорости реакции от концентрации описывается гиперболой; рис. 15-15, А). Если, однако, уровень АТР в клетке уже высок по сравнению с уровнем ADP и АМР, то кажущееся сродство фосфофруктокиназы к фруктозо-6-фосфату сильно снижается (на это указывает S-образная форма кривой на рис. 15-15, А). В этом случае фосфофруктокиназа будет катализировать реакцию лишь при сравнительно высокой концентрации фруктозо-6-фосфата. Цитрат, один из промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты, усиливает ингибирование фосфофруктокиназы высокими концентрациями АТР. В то же время повышение концентрации АМР, образующегося в результате аденилаткиназной реакции в сокращающейся мышце (см. рис. 14-17), служит очень мощным стимулирующим модулятором и противодействует ингибирующему влиянию АТР на фосфофруктокиназную реакцию (рис. 15-15, Б). В результате всех этих сложных аллостерических взаимодействий скорость реакции, катализируемой фосфофруктокиназой, возрастает иногда в сотни раз при переходе скелетной мышцы из состояния покоя к состоянию максимальной активности.

Таблица 15-1. Некоторые аллостерические активаторы и ингибиторы фосфофруктокиназы

Вторым регулируемым этапом гликолиза является пируеаткиназная реакция. Пируваткиназа также принадлежит к числу аллостерических ферментов. Этот фермент встречается по меньшей мере в трех изоформах (разд. 9.23), которые отличаются друг от друга по распределению в тканях и по реакции на различные модуляторы. При высоких концентрациях АТР кажущееся сродство пируваткиназы к фосфоенолпирувату сравнительно невелико и соответственно невелика скорость пируваткиназной реакции при обычных концентрациях фосфоенолпирувата. Пируваткиназу ингибируют также ацетил-СоА и высокомолекулярные жирные кислоты - соединения, играющие важную роль в качестве топлива для цикла лимонной кислоты. Таким образом, когда в клетке уже велика концентрация АТР или когда в ней уже достаточно топлива для процесса дыхания, обеспечивающего клетку энергией, гликолиз ингибируется за счет либо фосфофруктокиназы, либо пируваткиназы (в зависимости от условий). В то же время при низких концентрациях АТР кажущееся сродство пируваткиназы к фосфоенолпирувату возрастает, и это позволяет ферменту переносить фосфатные группы от фосфоенолпирувата на ADP даже при относительно низкой концентрации фосфоенолпирувата. Некоторые аминокислоты также действуют как модуляторы пируваткиназной активности, главным образом в печени.

Во всех клетках гликолиз регулируется с очень высокой эффективностью, напоминающей действие компьютера, а потому изменения концентрации различных метаболитов могут влиять на его общую скорость. Столь сложная регуляция не должна вызывать у нас удивление, поскольку гликолиз-древнейший катаболический путь, занимающий центральное место в метаболизме.