속도 제한 효소의 조절

4가지 조절 효소

 

헥소키네이스, 글루코키네이스, 포스포프럭토키네이스-1, 피루브산 키네이스이다. 해당과정을 통한 흐름은 세포 내부 및 외부 조건에 따라 조절된다. 해당 과정을 조절하는 내부 요인은 주로 세포의 필요에 따라 적절한 양의 ATP를 공급하는 것이다. 외부 요인은 주로 식사 후에 혈액에서 많은 양의 포도당을 이동시킬 수 있는 간, 지방 조직, 근육에 작용한다(조직 유형에 따라 과량의 포도당을 지방 또는 글리코젠으로 저장하여 고혈당을 방지한다). 간은 또한 식사 사이, 단식 중이나 운동 중에 글리코젠 분해 및 포도당 신생합성을 통해 혈액으로 포도당을 방출하여 저혈당을 방지할 수 있다.

동물에서는 간과 이자에서 혈당량을 조절하는 것이 항상성 유지의 중요한 부분이다. 이자의 β 세포는 혈당 농도에 민감하다.  혈당 농도가 상승하면 인슐린이 혈액으로 방출되어 특히 간에 영향을 미치고, 지방세포와 근육세포는 혈액으로부터 포도당을 흡수한다. 혈당량이 떨어지면 이자의 β 세포가 인슐린 생성을 멈추고, 인접한 이자의 α 세포에서 혈액으로 글루카곤을 방출하도록 자극한다. 이것은 저장되어 있는 글리코젠 분해와 포도당 신생합성을 통해 간에서 혈액으로 포도당을 방출하게 한다. 혈당량의 저하가 급격하거나 심하면 다른 포도당 센서로 인해 부신 속질에서 혈액으로 에피네프린이 방출된다. 에피네프린은 포도당 대사에서 글루카곤과 동일한 작용을 하지만 그 효과는 더욱 두드러진다. 글루카곤과 에피네프린은 간에서 해당 과정, 지방산 합성, 콜레스테롤 합성, 포도당 신생합성, 글리코젠 분해 대사 경로에서 핵심적인 속도 제한 효소들의 인산화를 일으킨다. 인슐린은 이러한 효소들에 대해 반대되는 효과를 나타낸다. 이러한 효소들의 인산화와 탈인산화(궁극적으로 혈당량에 반응함)는 간, 지방세포 및 근육세포에서 이들 대사 경로들이 조절되는 지배적인 방식이다. 따라서 포스포프럭토키네이스-2(PFK-2)의 인산화는 해당 과정을 억제하고, 인슐린의 작용을 통한 포스포프럭토키네이스-2의 탈인산화는 해당 과정을 촉진한다. 

또한 헥소키네이스와 글루코키네이스는 다른 조직세포로 포도당의 흡수 조절에 호르몬 작용과는 별개로 작동한다. 헥소키네이스는 세포의 포도당 6-인산의 양에, 글루코키네이스는 혈당량에 반응하여 다른 조직에서 해당 과정의 세포 내 조절을 수행한다.

포도당이 헥소키네이스나 글루코키네이스에 의해 포도당 6-인산(G6P)로 전환될 때 포도당 6-인산은 글리코젠 합성을 위해 포도당 1-인산(G1P)으로 전환되거나, 해당과정에 의해 피루브산으로 전환되어 미토콘드리아로 들어가 아세틸-CoA로 전환된 다음 시트르산으로 대사된다. 과량의 시트르산은 미토콘드리아에서 ATP 시트르산 분해효소가 아세틸-CoA와 옥살아세트산을 재생성하는 장소인 세포질로 다시 내보내 진다. 아세틸-CoA는 지방산 합성 및 콜레스테롤 합성에 사용되며, 혈당량이 높을 때 과량의 포도당을 이용하는 두 가지 주요 방법이 있다. 이러한 반응을 촉매 하는 속도 제한 효소는 간세포에서 인슐린의 작용을 통해 탈인산화될 때 기능을 수행한다. 식사 사이에, 또는 단식 중이거나 운동 중일 때 또는 저혈당 상태일 때는 글루카곤과 에피네프린이 혈액으로 방출된다. 이로 인해 간에 저장된 글리코젠은 다시 포도당 6-인산으로 전환된 다음 간에 존재하는 특이적인 효소인 포도당 6-인산가수분해효소에 의해 포도당으로 전환되어 혈액으로 방출된다. 또한 글루카곤과 에피네프린은 포도당 신생합성을 촉진하여 비탄 수화물 기질을 포도당 6-인산으로 전환하고, 글리코젠 분해에서 유래한 포도당 6-인산을 합류시키거나 간에 저장된 글리코젠이 고갈될 때 이를 대체한다. 뇌는 대부분의 조건에서 에너지원으로 포도당을 사용하기 때문에, 포도당은 뇌 기능에 있어 중요하다. 포스포프럭토키네이스와 피루브산 키네이스에 대한 조절은 해당 과정이 포도당 신생합성이나 글리코젠 분해와 동시에 일어나는 것을 방지한다.