12.9. Фосфофруктокиназа - ключевой фермент в регуляции гликолиза

Гликолитический путь играет двоякую роль: он приводит к генерированию АТР в результате расщепления глюкозы, и он же поставляет строительные блоки для реакций синтеза, таких, как образование жирных кислот с длинной цепью. Скорость превращения глюкозы в пируват регулируется таким образом, чтобы удовлетворять этим

Таблица 12.1. (см. скан) Потребление и образование АТР при гликолизе

Таблица 12.2. (см. скан) Реакции гликолиза

Рис. 12.8. Гликолитический путь.

двум главным потребностям клетки. В метаболических путях ферменты, катализирующие по существу необратимые реакции, играют роль потенциальных участков контроля. При гликолизе реакции, катализируемые гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой, фактически необратимы и, по-видимому, могут играть и регуляторную, и каталитическую роль.

Рис. 12.9. Аллостерическая регуляция фосфофруктокиназы. Высокая концентрация АТР ингибирует фермент, понижая его сродство к фруктозо-6-фосфату. AMP снижает, а цитрат усиливает ингибирующее действие АТР.

Все три фермента действительно являются теми участками регуляции метаболического пути, на котором осуществляется регуляция гликолитического процесса.

Фосфофруктокиназа - наиболее важный регуляторный компонент гликолиза. Этот тетрамерный фермент ингибируется высокими концентрациями АТР, снижающими его сродство к фруктозо-6-фосфату. Если реакция протекает в присутствии высоких концентраций АТР, то кинетика фосфофруктокиназной реакции описывается не гиперболической кривой, а сигмоидной (рис. 12.9). Этот аллостерический эффект усиливается при связывании АТР с высокоспецифичным регуляторным центром, локализованным отдельно от каталитического центра. Ингибиторный эффект АТР обращается под действием AMP. Следовательно, активность фермента возрастет при снижении отношения Другими словами, гликолиз стимулируется в условиях низкого энергетического заряда клетки. Как уже упоминалось, гликолиз поставляет также углеродный скелет для процессов биосинтеза. Следовательно, регуляторное действие на фосфофруктокиназу будут, очевидно, оказывать также сигналы об избытке или недостатке строительных блоков. Действительно, фосфофруктокиназа ингибируется цитратом, ранним промежуточным продуктом в цикле трикарбоновых кислот (разд. 13.2). Высокое содержание цитрата

означает, что соединения, играющие при биосинтезе роль предшест венников. присутствуют в избытке и дополнительного распада глюкозы для этой пели не требуется. Цитрат подавляет активность фосфофруктокиназы. усиливая ингибиторное действие АТР. Таким образом, фосфофруктокинаш наиболее активна, когда клетка нуждается и в энергии, и в строительных блоках, о чем сигнализируют низкое значение отношения и низкое содержание цитрата. Фермент обладает умеренной активностью в условиях, когда существует потребность либо в энергии, либо в углеродном скелете. Если оба эти фактора присутствуют в избытке, активность фосфофруктокиназы падает почти до нуля.

Гсксокиназа и пируванкиназа также участвуют в регуляции скорости гликолиза. Пируваткиназа мышц и печени аллостерически ингибируется таким образом, превращение фосфоснолпирувата в пируват блокируется в условиях высокою эххергехического заряда. Гсксокиназа истерически ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Содержание фруктозо-6-фосфата повышается при подавлении активности фосфофруктокиназы; при этом происходит соответствующее увеличение количества глюкозо-6-фосфата, который находится в равновесии с фруктозо-6-фосфатом. Следовательно, ингибирование фосфофруктокиназы высоким отношением или высоким содержанием цитрата приводит к ингибированию гексокиназы. В печени [люкоза фосфорилируется в глкжозо-6-фосфат даже при высокой концентрации последнего, что обусловливается присутствием глюкокиназы - фермента, отличного от гексокиназы. Глюкокиназа харакхеризуется высоким значением для глюкозы, и следовательно она активна только в условиях избытка глюкозы. Роль глюкокиназы состоит в том, чтобы поставлять глюкозо-6-фосфат для синтеза гликогена, резервной формы глюкозы Высокая глюкокиназы печени дает возможность мозгу и мышцам первыми использовать глюкозу при ее ограниченном поступлении.

Почему ведущую роль в гликолизе играет фосфофруктокиназа, а не гексокиназа? Это станет понятным, если вспомнить, что глюкозо-6-фосфат является промежуточным продуктом не только гликолитического Он может также превращаться в гликоген или окисляться по пентозофосфатному пути с образованием NADPH.

Рис. 12.10. Электронная микрофотография дрожжевой клетки. (Печатайся с любезною разрешения Lynne Mercer.)

Первая необратимая реакция, присущая только гликолитическому пути, названная решающим этапом, это фосфорилирование фруктозо-6-фосфата во фруктозо-1,6-бисфосфат. Отсюда вытекает значение фосфофруктокиназы как основного фактора регуляции ишколиза. Вообще фермент, катализирующий решающий этап в метаболической последовательности. всегда является наиболее важным регуляторным элементом данного пути.