Механизмы переключения метаболизма
Направление биохимических путей контролируется на уровне необратимых стадий, образующих три субстратных цикла.
Существует три основных пути регуляции активности ферментов:
- Аллостерическая регуляция — прямое воздействие метаболитов на активность ферментов.
- Ковалентная модификация — фосфорилирование или дефосфорилирование ферментов, управляемое гормонами (инсулин и глюкагон).
- Индукция и репрессия — изменение скорости синтеза самих ферментов на генетическом уровне.
Роль бифункционального фермента (БИФ)
Главный «переключатель» путей — фруктозо-2,6-бисфосфат, который синтезируется и разрушается одним белком — бифункциональным ферментом (БИФ).
- В дефосфорилированной форме (БИФ–ОН) он проявляет киназную активность: образует фруктозо-2,6-бисфосфат, который аллостерически активирует гликолиз (через фосфофруктокиназу) и тормозит глюконеогенез.
- В фосфорилированной форме (БИФ–ОРО₃Н₂) он работает как фосфатаза: разрушает регулятор, тем самым снимая торможение с глюконеогенеза.
В абсорбтивный период высокий инсулин запускает дефосфорилирование БИФ, стимулируя гликолиз. При голодании глюкагон активирует фосфорилирование БИФ, запуская глюконеогенез.
Гормональная и энергетическая регуляция
Аллостерическая регуляция зависит от энергетического заряда.
- Избыток энергии (высокие АТФ и NADH) тормозит гликолиз.
- Дефицит энергии (высокие АМФ и АДФ) активирует фосфофруктокиназу (гликолиз) и тормозит ферменты глюконеогенеза (пируваткарбоксилазу и фруктозо-1,6-бисфосфатазу).
На уровне генов гормоны контролируют количество ферментов. Инсулин нацелен на утилизацию глюкозы: индуцирует синтез глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы, репрессируя ферменты глюконеогенеза. Глюкагон поддерживает уровень глюкозы: индуцирует фосфоенолпируваткарбоксикиназу, фруктозо-1,6-бисфосфатазу и глюкозо-6-фосфатазу.
Ключевые ферменты субстратных циклов
| Цикл | Гликолиз (Инсулин ↑) | Глюконеогенез (Глюкагон ↑) |
|---|---|---|
| I | Глюкокиназа | Глюкозо-6-фосфатаза |
| II | Фосфофруктокиназа | Фруктозо-1,6-бисфосфатаза |
| III | Пируваткиназа | Пируваткарбоксилаза, ФЕП-карбоксикиназа |
Вопросы с занятий и экзамена
В чем особенность глюкокиназы печени по сравнению с гексокиназой?
Глюкокиназа печени не ингибируется продуктом своей реакции — глюкозо-6-фосфатом. Это позволяет печени эффективно захватывать глюкозу при высоких ее концентрациях после еды.
Что такое бифункциональный фермент (БИФ)?
Это белок, который в зависимости от наличия фосфатной группы работает либо как киназа (синтезирует фруктозо-2,6-бисфосфат), либо как фосфатаза (расщепляет его).
Как фруктозо-1,6-бисфосфат координирует субстратные циклы?
Он действует по принципу прямой связи: накапливаясь в результате работы фосфофруктокиназы (цикл II), он аллостерически активирует пируваткиназу (цикл III), ускоряя последующие стадии гликолиза.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм активации пируваткарбоксилазы Ацетил-КоА
- Роль кортизола в индукции ферментов глюконеогенеза
- Механизмы прямой связи (feed-forward activation) в гликолизе
- Влияние белка GKRP на активность глюкокиназы
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Регуляция глюконеогенеза и гликолиза» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Обмен углеводов»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.