别构调节是指酶的非催化部位与一些化合物结合后导致酶的空间构象发生改变,继而影响酶活性,别构酶催化的反应的产物通常可以充当这种别构调节的化合物,抑制酶的活性。共价修饰最常见的方式是磷酸化与去磷酸化——通过增添一个磷酸基团来抑制或增强酶的活性,水解这个磷酸基团后酶的活性又恢复。
本文只讨论对糖酵解糖异生调节的方法机制,至于何时启动何种调节,则是由外来信号决定的。我们将在后续细胞信号转导、激素、代谢总述等章节中讨论。本文我们只默认在某种外来信号的影响下,启动了特定的调节机制。
我们对糖酵解和糖异生的调节,是通过对其中三个关键步骤的调节来实现的,因为其它七个步骤都是可逆的——由相同的酶催化、经历相同(互逆)的反应历程,从热力学和动力学上说其反应进行的方向和速率都由相关底物和相同的酶来决定,我们无法对其进行选择性调节。而三个关键步骤分别由不同的酶来催化,我们便可通过抑制糖酵解的酶来促进糖异生,或抑制糖异生的酶来促进糖酵解,从而实现对两个过程的调节。
我们说到要在调节中抑制糖酵解促进糖异生,或抑制糖异生促进糖酵解,那么为何必须是一个促进一个抑制,而不能是同向的调节呢?从根本上说还是因为二者的生理功能是互逆的,两个互逆的功能叠加起来,就互相抵消相当于什么都没有发生。以一个具体步骤为例:
如果两个反应都相同程度地发生,那么总反应式:
相当于水解了ATP而没有做任何事,所释放的能量以热的形式释放,不仅造成了能量的浪费,而且产生的热也会对细胞造成损伤。因此,糖酵解和糖异生必须是一个强一个弱,在促进一个的同时必然要抑制另一个,这两个途径是协同调节的。
一、对“葡萄糖葡萄糖-6-磷酸”的调节
人体内不同组织细胞中总共包含有4中己糖激酶,分别称为己糖激酶一二三四,其中己糖激酶四又称为葡萄糖激酶,因为己糖激酶一二三不仅可以催化葡萄糖事实上也可以催化其它的六碳糖,而己糖激酶四只特异性催化葡萄糖反应。除此之外己糖激酶四(hexokinase IV, or glucokinase)与其它三种的显著区别是己糖激酶四的Km值非常大,而己糖激酶一二三的Km值都较小。Km值为反应速率达到Vmax的一半时的底物浓度,Km值大说明己糖激酶四与葡萄糖的亲和力很低,也说明己糖激酶四只在葡萄糖浓度很高的时候才发挥作用。这种酶存在于肝细胞(hepatocytes),因为正如在乳