Фосфофруктокиназа в регуляции

Рис. 22.2. Ключевые ферменты, участвующие в регуляции гликолиза, глюконеогенеза и метаболизма гликогена в печени. Указанное на схеме место действия гормона не предполагает прямого влияния на соответствующий фермент. Влияние сАМР на фосфофруктокиназу-1 и на фруктозо-1,6-бисфосфатазу осуществляется путем сочетания ковалентной модификации и аллостерического эффекта (см. рис. 22.4). Аланин в высоких концентрациях ингибирует гликолиз на стадии, катализируемой пируваткиназой, и, таким образом, действует как сигнал глюконеогенеза .

Сахарный диабет. В регуляции гликолиза и глюконеогенеза большую роль играет инсулин. При недостаточности содержания инсулина возникает заболевание, которое носит название сахарный диабет повышается концентрация глюкозы в крови (гипергликемия), появляется глюкоза в моче (глюкозурия) и уменьшается содержание гликогена в печени. Мышечная ткань при этом утрачивает способность утилизировать глюкозу крови. В печени при общем снижении интенсивности биосинтетических процессов биосинтеза белков, синтеза жирных кислот из продуктов распада глюкозы—наблюдается усиленный синтез ферментов глюконеогенеза. При введении инсулина больным диабетом происходит коррекция метаболических сдвигов нормализуется проницаемость мембран мышечных клеток для глюкозы, восстанавливается соотношение между гликолизом и глюконеогенезом. Инсулин контролирует эти процессы на генетическом уровне как индуктор синтеза ключевых ферментов гликолиза гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Инсулин также индуцирует синтез гликогенсинтазы. Одновременно инсулин действует как репрессор синтеза ключевых ферментов глюконеогенеза. Следует отметить, что индукторами [c.359]

Рис. 15-16. Гидравлическая модель, поясняющая роль пункта перекреста в регуляции гликолиза, протекающего в мышце. Измерение концентраций последовательных промежуточных продуктов гликолиза в активной интактной мышце (А) и в мышце, находящейся в состоянии покоя (Б), позволяет выявить регулируемый этап этого процесса. Пункт перекреста-это реакция, катализируемая ферментом, для которого при переходе мышцы из активного состояния в состояние покоя концентрация субстрата возрастает, а концентрация продукта (продуктов) снижается. В данном случае пунктом перекреста служит реакция, катализируемая фосфофруктокиназой (ФФК), от которой зависит скорость образования пирувата.

Часто бывает также, что эта регуляция, которая может быть как положительной (активация), так и отрицательной (ингибирование), осуществляется одним из конечных продуктов данной цепи реакций. По этой причине ингибиторный тип регуляции был назван ингибированием по типу обратной связи, или ретроингибированием (см. рис. 15.9. Р А —> В Р —> В С). Такое ингибирование первых этапов катаболизма (или противоположный процесс — активация) основано на аллостерических эффектах. Примером аллостерического ингибирования являются ферменты, катализирующие ключевые этапы, например, изоцитратдегидрогеназа в цикле трикарбоновых кислот, фосфофруктокиназа в гликолизе, фосфори-бизилпирофосфатсинтетаза в синтезе пуриновых нуклеотидов и многие другие. [c.462]

Продолжение процесса - еще одно фосфорилирование с участием АТФ, - снова требует энергии, и к этому моменту уже затрачено 2 моль АТФ. Под влиянием фермента фосфофруктокиназы образуется фруктозо-1,6-дифосфат. Это - ключевая реакция процесса и от ее регуляции зависит скорость всего гликолиза в целом. [c.79]

Рис. 1 2. Регуляция активности мышечной фосфофруктокиназы.

Подавление брожения в аэробных условиях носит название эффекта Пастера. Он связан, видимо, с различием энергетического заряда клеток в аэробных и анаэробных условиях. Дыхательная система и субстратное фосфорилирование конкурируют за АДФ. Кроме того, значение имеет аллостерическая регуляция фосфофруктокиназы. Фермент ингибируется АТФ и активируется АМФ. В анаэробных условиях содержание АТФ низкое, а активность фермента высока, в аэробных — отношение АТФ АМФ повышается и активность фосфофруктокиназы снижается. Известно также, что аллостерическим ингибитором фосфофруктокиназы является цитрат — промежуточный продукт ЦТК- [c.419]

Стадии, в к-рых осуществляются необратимые р-ции (П-IV), играют существ, роль в регуляции скорости Г. Наиб. важный регуляторный фермент-фосфофруктокиназа, катализирующая р-цию III ее активность ингибируется [c.580]

Важно иметь в виду и два других обстоятельства, касающихся регуляции гликолиза и вообще любого метаболического пути. 1) Регулируемые этапы какого-либо метаболического пути при внутриклеточных условиях обычно необратимы. Фосфорилаза, гексокиназа, фосфофруктокиназа и пируваткиназа-все эти ферменты катализируют реакции, сопровождающиеся в условиях клетки значительным уменьшением свободной энергии и потому практически необратимые. [c.468]

Р с, 15-15. Некоторые факторы, от которых зависит аллостерическая регуляция фосфофруктокиназы мышц. А. Влияние концентрации АТР и фруктозо-6-фосфата на скорость фос-фофруктокиназной реакции. При низких концентрациях АТР величина фосфофружтоки-назы для фруктозо-6-фосфата сравнительно невелика, и потому этот фермент даже при относительно низких концентрациях фруктозо-6-фосфата может функционировать с большой скоростью. При высоких концентрациях АТР Км фермента для фруктозо-6-фосфата резко возрастает, о чем свидетельствует S-образная форма кривой. Б. Влияние АМР, цитрата и фруктозо-1,6-дифосфата. Фруктозо-1,6-дифосфат является мощным активатором, но для максимальной стимуляции ему требуется присутствие АМР. Цитрат же действует как мощный ингибитор. [c.466]

Если регуляция осуществляется по тому же принципу, как в случае фосфофруктокиназы, то говорят, что здесь действует механизм обратной связи. Молекулы эффектора (в данном случае АТФ и АМФ) связываются с участком фермента, отделенным [c.405]

Регуляция активности фосфофруктокиназы фруктозо-2,6-дифосфатом. [c.77]

Регуляция скорости гликолиза осуществляется путем изменения активности двух ферментов фосфорилазы и фосфофруктокиназы. Фосфорилаза катализирует первую реакцию распада гликогена - отщепление от него глюкозо-1-фосфата. Этот фермент активируется адреналином, АМФ и ионами кальция, а ингибируется глюкозо-6-фосфатом и избытком АТФ. Второй регуляторный фермент гликолиза - фосфофруктокиназа - активируется АДФ и особенно АМФ, а тормозится избытком АТФ и лимонной кислотой (лимонная кислота - промежуточный метаболит цикла трикарбоновых кислот). Наличие таких регуляторных механизмов приводит к тому, что в покое гликолиз протекает очень медленно, при интенсивной мышечной работе его скорость резко возрастает и может увеличиваться по сравнению с уровнем покоя почти в 2000 раз, причем повышение скорости гликолиза может наблюдаться уже в предстартовом состоянии за счет выделения адреналина. [c.145]

Глюконеогенез. Аденилаты АТР, ADP, АМР и СоА-производные жирных кислот оказывают регулирующее воздействие на многие реакции, участвующие в катаболизме гексоз, в промежуточном обмене и в синтезе запасных веществ. Регуляция фосфофруктокиназы служит, по-видимому, тем главным клапаном, с помощью которого регулируется поток субстрата, направляемый по фруктозобисфосфатному пути. Соответствующий фермент, контролирующий у некоторых бактерий расщепление субстрата по 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатному пути,-это, очевидно, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа. Ее тоже в сильной степени ингибируют АТР и NADHj. [c.495]

Важно подчеркнуть, что, хотя известные нам обходные пути приводят в физиологическом смысле к обращению прямых гликолитических реакций, в химическом отношении это, конечно, совершенно разные реакции. При этом существование, например, фруктозодифосфатазы и фосфофруктокиназы в одном и том же компартменте клетки создает здесь потенциальную возможность короткого замыкания как в обмене углеродсодержащих соединений, так и в энергетическом обмене одновременное функционирование обоих ферментов приводило бы к бесполезной циркуляции углерода с затратой АТФ. Очевидно, что в тканях, осуществляющих глюконеогенез, регуляция активности этих двух ферментов должна быть тесно интегрирована. Совершенно аналогичная проблема замыкания возникает всегда и везде, если два противоположно направленных пути реакций оказываются в одной клетке. Взаимопревращения глюкоза глюкозо-6-фосфат и фосфоеиолпируват пируват — вот еще два примера той же проблемы замыкания обмена углерода и энергии в таких тканях, как печень и почка. Все подобные проблемы разрешаются в принципе одинаково внутриклеточные условия, благоприятствующие катализу в катаболиче-ском направлении, весьма неблагоприятны для катализа в анаболическом направлении, и наоборот. [c.55]

В головном мозге, как и в других тканях, в регуляции скорости фосфорилирования фруктозо-6-фосфата принимают участие одновременно несколько механизмов, однако их относительная роль в том или ином органе различна. Фосфофруктокиназа представляет собой поливалентный аллостерический фермент, активность которого подавляется АТФ и цитратом и стимулируется АДФ. Действие этих основных регуляторных факторов дополняется другими. В частности, АМФ и неорганический фосфат снимают ингибирующее действие АТФ аналогичным образом влияет продукт реакции — фруктозодифосфат. [c.159]

Быстрой и "тонкой" регуляцией является так называемая аллостери-ческая регуляция активности фермента посредством веществ, воздействующих на аллостерический центр фермента и изменяющих их конформацию. Как правило, такой фермент расположен в начале метаболического пути. Однако он может ингибироваться конечным продуктом данного обмена при его накоплении или несколькими метаболитами — его аллостерическими регуляторами. Примером может служить ключевой фермент гликолиза — фосфофруктокиназа (ФФК), имеющий около 10 аллостерических регуляторов, от взаимодействия с которыми изменяется его активность. Это такие вещества, как АТФ, АДФ, АМФ, Фн, лимонная кислота, жирные кислоты, а также pH и другие факторы. В состоянии относительного покоя ФФК в скелетных мышцах не активна, так как ингибируется высокими концентрациями АТФ и лимонной кислоты. При интенсивной мышечной деятельности концентрация АТФ снижается, а концентрация АДФ и АМФ повышается. Это активирует ФФК и скорость гликолиза. Когда же баланс АТФ в мышцах восстанавливается, что происходит при улучшении снабжения кислородом, активность ФФК снижается и скорость гликолиза падает. Мышцы переключаются на аэробный механизм энергообразования с постепенным переходом на утилизацию жиров. [c.269]

Скорость превращения веществ в альтернативных метаболических путях, а значит и их предпочтительная направленность решающим образом зависят от особенностей функционирования ферментов субстратного цикла. Для таких ферментов характерна, как правило, реци-прокная регуляция с участием аллостерических эффекторов. В случае рассматриваемого субстратного цикла эффекторами являются АМФ — ингибитор фруктозо-1,6-дифосфатазы и активатор фосфофруктокиназы, а также цитрат-ион, являющийся активатором фруктозо-1,6-дифосфатазы и ингибитором фосфофруктокиназы. [c.354]

Регуляция фруктозодифосфатазы и фосфофруктокиназы. Как влияет повышение концентраций АТР и АМР на каталитическую активность фруктозодифосфатазы и фосфофруктокиназы Как сказываются эти эффекты на относительной величине потока метаболитов в глюконеогенезе и гликолизе [c.619]

Важным регуляторным ферментом гликолиза является 6-фосфофруктокиназа (КФ 2.7.1.11). Этот фермент активируют многие регуляторы, например фосфат, АМР, ADP, сАМР, фрук-тозо-6-фосфат и фруктозо-1,6-бисфосфат, но АТР (в комплексе с Mg2+) и цитрат ингибируют его. Активный фермент из мышц млекопитающих имеет мол. массу около 360 000 (хотя он может существовать и в виде полностью активных агрегатов) и является тетрамером, состоящим из четырех идентичных субъединиц (каждая из которых, однако, может состоять из двух полипептидных цепей). Все лиганды, за исключением АТР, присоединяются к ферменту в стехиометрических соотношениях, т. е. по четыре молекулы на тетрамер, и каждая субъединица, по-видимому, имеет центр связывания для каждой присоединяющейся молекулы. Таким образом, фосфофруктокиназа отличается от аспартат — карбамоилтрансферазы, у которой за связывание субстрата и за связывание регулятора отвечают разные субъединицы. Точный механизм регуляции активности фосфофруктокиназы не установлен, но известен факт перехода в физиологических условиях активного тетрамера в неактивный димер, и это обстоятельство частично проливает свет на возможный механизм регуляции. Различные активаторы фермента стабилизируют тетрамер, но цитрат, являющийся ингибитором, способствует реакции диссоциации (см. рис. 4.5). В присутствии ингибиторов кривая связывания субстрата, фруктозо-6-фосфа-та, становится S-образной, но в присутствии активаторов она принимает форму гиперболы, что указывает на уменьшение кооперативности при переходе фермента в тетрамерную форму. [c.126]

Вопрос о связи между действием фосфофруктокиназы и фруктозо-1,6-дифосфатазы [уравнение (11-19), стадия г рис. 11-11] остается нерешенным. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется и дает фруктозодифосфат, который в свою очередь гидролизуется, вновь превращаясь в фруктозо-6-фосфат. В результате получается бесполезный цикл (часто называемый бессмысленным циклом или субстратным циклом), который по существу ничем не завершается, кроме расщепления АТР до ADP и Р (АТРазная активность). Циклы этого типа часто встречаются в метаболизме, однако обычно они не приводят к гибельно быстрой потере АТР из-за четкого контроля метаболических процессов. В принципе в данный момент времени полностью активируются только один из двух ферментов, катализирующих стадию г [уравнение (11-19)]. В зависимости от метаболического состояния клетки может активно протекать процесс распада при небольшом биосинтезе или активный процесс биосинтеза при слабом распаде. Некоторые из механизмов контроля показаны на рис. 11-11. Содержание АТР и АМР играет при этом наиболее важную роль—низкая концентрация АМР включает киназу и выключает фосфатазу. У разных видов ингибирующее действие по типу обратной связи может оказывать АТР, РЕР или цитрат. Не исключено, что в будущем будут обнаружены новые механизмы регуляции фруктозо-1,6-дифосфатазой. [c.513]

Фосфофруктокиназа (ФФК)-это сложный аллостерический фермент, управляемый многими положительными и отрицательными модуляторами. Механизмам его регуляции (у разных клеток различным) посвящены десятки научных статей. В скелетных мыщцах активность фосфофруктокиназы определяется концентрациями субстратов этого фермента (АТР и фруктозо-6-фосфата) и его продуктов (ADP и фруктозо-1,6-дифосфата) все эти соединения играют роль аллостерических регуляторов. Очень важны также в качестве регуляторов АМР, цитрат, ионы Mg , фосфат и некоторые другие метаболиты, присутствующие в мышечной ткани (табл. 15-1). Однако, хотя регуляции ФФК зависит от сложного взаимодействия ряда факторов, главными отрицательными модуляторами этого фермента являются АТР и цитрат, а самыми активными положительными модуляторами-АМР и фруктозо-1,6-дифосфат. Всякий раз, когда при очень активном мыщечном сокращении концентрация АТР падает, а энергии требуется больше, фосфофруктокиназная активность усиливается, даже если концентрация фрукто-зо-6-фосфата очень низка (об этом свидетельствует тот факт, что зависимость [c.465]

Второй участок регуляции скорости гликолиза находится на уровне фосфофруктокиназы. Фермент аллостерически ингибируется высокой концентрацией АТР и активируется неорганическим фосфатом и ADP. Ингибирование АТР предотвра-гцает развитие реакции в обратном направлении при высокой концентрации фруктозо-6-фосфата. Кроме того, фермент подавляется продуктом цикла Кребса — цитратом и через положительную обратную связь активируется собственным продуктом — фруктозо-1,6-дифосфатом (самоусиление). [c.169]

Рис. 2-39. Внезапное добавление глюкозы к экстракту, содержащему ферменты и коферменты гликолиза, может вызвать значительные флуктуации в концентрации определенных промежуточных продуктов, например NADH. Такие метаболические колебания могут быть, в частности, обусловлены регуляцией гликолитического фермента фосфофруктокиназы по принципу положительной обратной связи.

Обобщая механизмы межорганной регуляции гликолиза и глюконеогенеза, следует отметить, что объектом регуляции являются ферменты необратимых (специфических) реакций. Для гликолиза (мыщцы, печень, жировая ткань) — это гексокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа, для глюконеогенеза (печень) — это пируват-карбоксилаза и фосфатаза Ф-1,6-БФ. [c.166]

Такая сопряженная регуляция начальных, лимитирующих этапов ЦТК и тесная зависимость их скорости от соотношения основных компонентов адениннуклеотидной системы обусловливает существование в головном мозге более жесткой корреляции между интенсивностью энергетического обмена и скоростью ЦТК. Эта характерная особенность позволяет рассматривать цитратсинтазу и НАД-изоцитратдегидрогеназу в митохондриях мозга как единый функциональный комплекс, подобно тому как по предложению У.Лоури и соавторов объединены в аналогичный функциональный комплекс два важнейших фермента, определяющие скорость гликолиза в головном мозге, — гексокиназа и фосфофруктокиназа. [c.176]

В регуляции соотношения между ПФП и гликолизом принимает участие ряд интермедиатов неорганический фосфат, 6-фосфоглюконовая кислота, эритрозо-4-фосфат. Недостаток неорганического фосфата подавляет гликолиз и активирует ПФП. 6-Фосфоглюконовая кислота служит ингибитором гликолитического фермента фосфофруктокиназы (глюкозофосфатизомеразы), что способствует функционированию ПФП. Эрит-розо-4-фосфат, являясь субстратом транскетолазной и транс-альдолазной реакций, может тормозить активность ферментов гликолиза и тем самым переключать превращения углеводов с гликолитического на пентозофосфатный путь. [c.170]

Эта гипотеза основывается на том, что аденилаты составляют общий пул взаимосвязанных конечных продуктов и поэтому могут регулировать различные ключевые реакции, регенерирующие энергию (Р-реакции) и утилизирующие ее (У-реакции), как показано на рис. 18.4. АТР — это конечный продукт Р-реакций, а ADP и АМР — конечные продукты У-реакций. Первый тин реакций характеризуется высоким энергетическим зарядом, а второй — низким. Считается, что регуляция таких ферментов, как фосфофруктокиназа, пируваткиназа и цитратсинтетаза происходит с участием энергетического заряда. [c.410]

Таким способом по описанной выше методике рекомендуется определять фосфофруктокиназу. Для сравнения можно использовать другой фермент, заведомо нечувствительный к регуляции с помощью энергетичекого заряда. Эти эксперименты не относятся к разряду простых и быстрых экспериментов, которые можно проводить для удовлетворения любопытства. Они могут служить информативным и полезным средством приобретения опыта изучения ферментов и уточнения некоторых контрольных параметров. [c.411]

Исследования Singh и соавт. (1974, 1976) показали, что активность гексокиназы и фосфофруктокиназы не является ограничивающим фактором для гликолиза активность этих ферментов гораздо выше, чем исходный уровень гликолиза в нормальных и трансформированных клетках. Эти изменения могут быть адаптивными и возникать в результате ускорения начальных реакций, протекающих с использованием энергии, как это предположили Fagan и Ra ker (1978). Несомненно, преимущество таких адаптивных изменений заключается в том, что они, вероятно, обеспечивают с помощью аллостериче-ской регуляции ферментов большую приспособляемость клетки к ее изменяющимся потребностям в АТФ при трансформации. [c.161]

Далее следует еще одно фосфорилирование, осуществляемое АТР оно катализируется фосфофрук-токиназой (фосфофруктокиназа-1) с образованием фруктозо-1,6-бисфосфата. Фосфофруктокиназа также является индуцируемым ферментом считается, что она играет главную роль в регуляции скорости гликолиза. Реакция, катализируемая фосфофрукто-киназой, также является необратимой при физиологических условиях [c.182]

Фосфофруктокиназа (фосфофруктокиназа-1) является еще одним ферментом, регуляция которого осуществляется по принципу обратной связи. Этот фермент играет ключевую роль в регуляции гликолиза. Фосфофруктокиназа-1 ингибируется цитратом и АТР и активируется АМР. Последний функционирует как своего рода индикатор энергетического состояния клетки. Благодаря присутствию аденилатки-назы в клетках печени и многих других тканей быстро достигается,равновесие в реакции [c.218]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология