1. 概要: 解糖系の調節
2. ヘキソキナーゼによる調節
3. ホスホフルクトキナーゼによる調節
4. ピルビン酸キナーゼによる調節
5. 糖新生の調節

概要: 解糖系の律速段階

下の図 (2) は 解糖系 および TCA 回路 の関係を示したものである。解糖系にはエネルギー的に不可逆な酵素反応が 3 つあり、その 3 つの酵素が律速酵素となりうる (1)。

3 つの反応とは、以下の酵素で触媒される反応である。

• ヘキソキナーゼ (hexokinase, HK)
• ホスホフルクトキナーゼ (phosphofrucutokinase, PFK)
• ピルビン酸キナーゼ (pyruvate kinase, PK)

これらの酵素の活性は、アロステリック制御リン酸化、転写調節など様々な方法で制御されている。しかし、実質的に解糖系の速度を制御しているのは PFK である。

ヘキソキナーゼによる調節

ヘキソキナーゼは解糖系の最初の反応を触媒する酵素で、グルコースを 6 位でリン酸化し、グルコース-6-リン酸 (G6P) を作る。上の図の HK である。

この反応は、以下の理由から解糖系の調節機構としてはあまり良くない (4)。

• グリコーゲン分解によって生じる G1P は、HK の下流から解糖系に入る。したがって HK では制御不能。

以下のように、ヘキソキナーゼは PFK の制御を受けていると考えるのが妥当である。すなわち、G6P は筋肉で HK を阻害する (1)。

G6P の細胞内濃度が増えるということは、次の律速段階である PFK の活性が低下しているということである。つまり、HX が PFK の制御を受けて、上流の流れをコントロールしていると解釈できる。

HK 活性制御の詳細は、ヘキソキナーゼのページにまとめている。このページの最初にある 3 つの酵素へのリンク からどうぞ。

ホスホフルクトキナーゼによる調節

このうち、PFK および PK の活性が多くの分子によって調節される。図 (3) に、代謝産物による PFK および PK の調節がまとめられている。

ピルビン酸キナーゼによる調節

更新予定。

糖新生の調節

また、糖新生 は基本的に解糖の逆経路であるが、エネルギー的に不可逆な HK, PFK, PK の反応では図のように迂回経路を通る。この迂回反応を触媒する酵素 fructose 1,6-bisphosphatase、PEPCK, ピルビン酸カルボキシラーゼの 3 つの酵素も、やはり複数の代謝産物による制御を受けている。

糖新生の最初のステップを触媒するピルビン酸カルボキシラーゼは、アセチル CoA によって活性化される。糖新生が必要となる状況 (基本的には絶食) では、脂肪の分解が進み細胞内にアセチル CoA が過剰な状態になっている。

References

1. Berg et al. 2006a. (Book). Biochemistry, 6th edition.

2. "TumorMetabolome" by Kathleen A Vermeersch, Mark P Styczynski - DOI: 10.4103/1477-3163.113622; PMID: 23858297. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons.
3. Regulation of Glycolysis & Gluconeogenesis Link. Labeled for "reuse" in Google image search.
4. Link: Last access 2020/04/05.

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アップデート前、このページには以下のようなコメントを頂いていました。ありがとうございました。