Регуляция работы первого этапа аэробного расщепления глюкозы (гликолиза).

Осуществляется с помощью термодинамических механизмов и с помощью механизмов аллостерической модуляции регуляторных ферментов, принимающих участие в работе этого метаболического пути. С помощью термодинамических механизмов осуществляется контроль направления потока метаболитов по данному метаболическому пути. В описанную систему реакций включены три реакции, в ходе которых теряется большое количество энергии: гексокиназная (G 50 0= - 5,0 ккал/моль), фосфофруктокиназная (G 50 0= -3,4 ккал/моль) и пируваткиназная (G 50 0= - 7,5 ккал/моль) [2]. Эти реакции в клетке практически не обратимы, в особенности пируваткиназная реакция, и за счет их необратимости процесс становится необратимым в целом.

Интенсивность потока метаболитов по рассматриваемому метаболическому пути контролируется в клетке за счет изменения активности включенных в систему аллостерических ферментов: гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Таким образом, пункты термодинамического контроля метаболического пути одновременно являются и участками, на которых осуществляется регуляция интенсивности потока метаболитов. Главным регуляторным звеном системы является фосфофруктокиназа-1.

Фосфофруктокиназа-1

Фосфофруктокиназа-1 - это ключевой фермент гликолиза. Он является "пунктом вторичного контроля". V_max фосфофруктокиназы больше, чем V_max гексокиназы. Поэтому, когда глюкозы поступает много, гексокиназа лимитирует скорость всего глиеколиза [6].

Фосфофруктокиназа (фосфофруктокиназа-1) яв­ляется еще одним ферментом, регуляция которого осуществляется по принципу обратной связи. Этот фермент играет ключевую роль в регуляции глико­лиза.

• AMФ.

АМР функциони­рует как своего рода индикатор энергетического со­стояния клетки. Благодаря присутствию аденилаткиназы в клетках печени и многих других тканей бы­стро достигается равновесие в реакции

АТФ+AMФ ↔ 2AДФ

Таким образом, при расходовании АТФ в потре­бляющих энергию реакциях и образовании AДФ воз­растает концентрация AMФ. Поскольку в исходном равновесии концентрация АТФ может в 50 раз пре­вышать концентрацию AMФ, то при сравнительно небольшом уменьшении концентрации АТФ может многократно увеличиться концентрация AMФ. Та­ким образом, большое увеличение концентрации AMФ действует как своего рода метаболический уси­литель при незначительном изменении концентрации ATФ. Данный механизм делает фосфофруктокиназу-1 высокочувствительной к небольшим изменениям энергетического состояния клетки и позволяет регулировать количество углеводов, подвергающихся гликолизу, до их вступления в цикл лимонной кисло­ты. Увеличение концентрации AMФ позволяет также объяснить, почему процесс гликолиза усиливается при недостатке кислорода, когда концентрация АТФ снижается. Одновременно AMФ активирует фосфорилазу и тем самым усиливает гликогенолиз [2,6,8].

• Цитрат

Ингибирование фосфофруктокиназы-1 цитратом и АТФ является еще одним путем, который объясняет тор­мозящее действие окисления жирных кислот на окисление глюкозы; это ингибирование объясняет также эффект Пастера, заключающийся в том, что аэробное окисление субстратов в цикле лимонной кислоты ингибирует анаэробное расщепление глю­козы. Следствием ингибирования фосфофруктоки­назы-1 является также накопление глюкозо-6-фосфата, который снижает поступление глюкозы во внепеченочные ткани путем аллостерического ингибирования гексокиназы [6].

• Фруктозо-2,6-бисфосфат

Аллостерический активатор фосфофруктокиназы-1.