生物化學/糖酵解和糖異生的調節

糖酵解和糖異生的調節發生在不可逆步驟的酶上。

對於糖酵解，這些酶是己糖激酶、PFK-1 和丙酮酸激酶。

調節是透過變構方式或透過翻譯後修飾或透過控制 mRNA 水平來實現的。可以觀察到這些方法的組合。

眾所周知，PFK-1 是糖酵解的起搏器。因此，從糖酵解的第三個酶開始並無不妥。

PFK-1

過量的 ATP 會變構影響 PFK-1。它在高濃度下表現為酶的負調節劑。關於“這種酶如何感知 ATP 含量豐富或含量低”這個問題的答案是，這種酶有兩個 ATP 結合位點。當 ATP 含量低時，每個酶只能連線一個 ATP 分子。當 ATP 含量豐富時，兩個 ATP 結合位點都被佔據，酶的活性急劇下降。每個酶只連線一個 ATP 分子會支援酶的活性。

與高水平 ATP 的影響相反，AMP 以相反的方式發揮作用，以恢復高水平 ATP 對 PFK-1 的影響。大量 ATP 的存在意味著細胞對能量來源感到滿意。因此，不需要分解葡萄糖。此外，高水平 AMP 的存在意味著細胞需要能量。因此，糖酵解應該繼續朝著丙酮酸的方向流動。

過量的檸檬酸是 PFK-1 的另一個變構抑制劑，表明有大量的生物合成前體。

如前所述，除了變構調節之外，還存在控制代謝的替代途徑。乳酸發酵產生的低 pH 會阻止 PFK-1 的工作，並導致酸中毒。

雖然 PFK-1 是最嚴格調控的不可逆步驟，但糖酵解的其他限速步驟也在一定程度上受到調控。

己糖激酶

即使是己糖激酶，也不需要“外來的”化學物質來抑制。它自己的產物 G6P 能夠阻止己糖激酶的功能。在這種情況下，G6P 訊號能量來源足夠。

當 PFK-1 失活時，F6P 不能轉化為 F16BP。因為 G6P 到 F6P 的反應是可逆的，所以不能轉化為 F16BP 的 F6P 會轉化為 G6P。G6P 積累並負面影響己糖激酶的工作。這條途徑表明，抑制 PFK-1 也意味著間接取消己糖激酶。PFK-1 的這個位置使它成為糖酵解的起搏器。

在肝臟中，己糖激酶 (IV) 透過其調節蛋白的幫助，被隔離到細胞核中而得到控制。調節蛋白受葡萄糖和 F6P 指導。F6P 訊號調節蛋白-己糖激酶複合物進入細胞核以停止糖酵解，而葡萄糖將該複合物呼叫到細胞質中以執行糖酵解的第一步。

F26BP 和 F6P 控制糖酵解和糖異生

當能量需求增加時，器官，特別是肌肉，會產生更多的糖酵解。因此，血液中的葡萄糖水平下降。因此，胰腺的胰島分泌胰高血糖素。在肝臟中，胰高血糖素啟用 cAMP 依賴性蛋白激酶。這種被啟用的酶啟用 FBPase-2 的作用，同時抑制 PFK-2 的活性。因此，F6P 由 F26BP 產生。因此，F26BP 不存在意味著沒有因子抑制 FBPase-1 並支援 PFK-1。因此，F16BP 主要轉化為 F6P，而不是逆反應。現在有大量的 F6P 與葡萄糖競爭，決定己糖激酶調節蛋白複合物將位於細胞質（為葡萄糖磷酸化為 G6P 提供磷酸化）還是細胞核（使葡萄糖保持非磷酸化形式），在肝臟中。因為在這種情況下 F6P “贏得了”比賽，所以 F6P 觸發複合物向細胞核的移動。因此，現在新的葡萄糖分子不能進入糖酵解途徑。透過這種機制，肝臟降低其葡萄糖消耗以儲存葡萄糖儲備。在肝臟中的糖酵解停止後，肝臟利用脂肪酸獲得能量。當血糖水平上升時，會釋放胰島素。這種激素導致 F26BP 由 F6P 形成。F26BP 限制 FBPase-1，同時支援 PFK-1。所以反應朝著 F16BP 的方向進行。現在，沒有足夠的 F6P 來贏得調節己糖激酶在肝臟中的位置的比賽，透過其調節蛋白的幫助。因此，己糖激酶在細胞質中發揮作用，新的葡萄糖分子繼續被降解。

丙酮酸激酶

丙酮酸激酶，糖酵解的最終和最後一個不可逆步驟酶，在 F16BP 的幫助下保持活性，而它被 ATP 滅活。

在肝臟中，丙酮酸激酶的 L 同工酶也受磷酸化的調節，這取決於能量來源和其他因素的可用性。

參考文獻

• Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2008). 糖酵解、糖異生和戊糖磷酸途徑。Lehninger 生物化學原理，第 4 版，第 521-559 頁。
• Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. 生物化學。第 5 版。紐約：W H Freeman；2002 年。第 16 章，糖酵解和糖異生。