Регуляция скорости гликолитических реакций.

Поскольку основное значение гликолиза состоит в синтезе АТФ, его скорость должна коррелировать с затратами энергии в организме.

Большинство реакций гликолиза обратимы (они находятся в термодинамическом равновесии, их скорость очень высока, поэтому они едва ли могут ограничивать скорость гликолиза в целом), за исключением трёх, катализируемых гексокиназой (или глюкокиназой), фосфофруктокиназой и пируваткиназой. Регуляторные факторы, изменяющие скорость гликолиза, а значит и образование АТФ, направлены на необратимые реакции. Показателем потребления АТФ является накопление АДФ и АМФ. Даже небольшой расход АТФ ведёт к заметному увеличению АМФ. Отношение уровня АТФ к АДФ и АМФ характеризует энергетический статус клетки, а его составляющие служат аллостерическими регуляторами скорости как общего пути катаболизма (ОПК), так и гликолиза. Механизмы регуляции скорости гликолиза могут быть следующие:

1. Аллостерическая регуляция скорости катаболизма глюкозы.

Существенное значение для регуляции гликолиза имеет изменение активности фосфофруктокиназы, потому что этот фермент, как упоминалось ранее, катализирует наиболее медленную реакцию процесса. В мышечной ткани фосфофруктокиназа активируется АМФ, но ингибируется АТФ. АМФ, связываясь с аллостерическим центром фосфофруктокиназы, увеличивает сродство фермента к фруктозо-6-фосфату и повышает скорость его фосфорилирования. Эффект АТФ на этот фермент — пример гомотропного аллостеризма, поскольку АТФ может взаимодействовать как с аллостерическим, так и с активным центром, в последнем случае как субстрат.

Изменение активности фосфофруктокиназы способствует регуляции скорости фосфорилирования глюкозы гексокиназой. Снижение активности фосфофруктокиназы при высоком уровне АТФ ведёт к накоплению как фруктозо-6-фосфата, так и глюкозо-6-фосфата, а последний ингибирует гексокиназу (гексокиназа ингибируется глюкозо-6-фосфатом во многих тканях за исключением печени и β-клеток поджелудочной железы). Необходимо отметить, что глюкокиназа печени не ингибируется глюкозо-6-фосфатом (в отличие от гексокиназы мышц).

Такая регуляция фосфофруктокиназы логична, поскольку, если АТФ в клетке достаточно, то необходимости тратить глюкозу на синтез АТФ нет (при высоком уровне АТФ также снижается скорость цикла лимонной кислоты и дыхательной цепи). Можно израсходовать эту глюкозу в других метаболических путях или запасти в клетке. Иными словами, гликолиз ускоряется, когда в клетке мало энергии, и замедляется, когда её много.

Всё вышесказанное характерно и для фосфофруктокиназы печени. Однако она имеет и некоторые свои особенности: ингибируется цитратом (цитрат участвует в биосинтезе жирных кислот, повышение его концентрации говорит о достаточном количестве энергии в клетке) и активируется фруктозо-2,6-бисфосфатом¹, важным аллостерическим регулятором.

Пируваткиназа катализирует последнюю реакцию аэробного гликолиза. Мышечный изотип этого фермента ингибируется АТФ, ацетил-КоА и аланином, а активируется фруктозо-1,6-бисфосфатом и фосфоенолпируватом. Печёночная пируваткиназа дополнительно ингибируется путем фосфорилирования под действием глюкагона. Биохимический смысл этой реакции в том, чтобы снизить потребление глюкозы печенью в период голодания, когда глюкоза нужна мышцам и нервным клеткам.