[생물 임용 노트]대사 - 2) 대사 조절과 글리코젠 대사: 당분해와 포도당 신생성 통합 조절

당분해와 포도당 신생성의 통합적 조절에는 다음과 같은 조절 방식이 사용된다.

 

1. Hexokinase isoenzyme 조절

**Hexokinase는 포도당을 인산화시켜 G-6-P가 되는 과정을 촉매 하는 효소이다.

**G-6-Pase는 위의 역반응을 촉매 하는 효소이다.

 

1) [ATP] 감소, [AMP] 증가, 근수축 증가, 포도당 소모 증가는 HexokinaseⅣ 전사를 증가시킨다.

2) 저혈당, 글루카곤 작용 조건에서 G-6-Pase 전사 증가로 포도당 신생성이 증가한다.

 

Hexokinase는 4가지 동종 효소가 존재한다.

 1> Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ형 - 근육에 존재하며, 높은 포도당 친화력을 갖고 있다. G-6-P에 의한 가역적이고 일시적인 저해를 받는다.

 2> Ⅳ형 - 주로 간에 존재하며 높은 Km값을 갖고 있다. F-6-P에 의해 저해된다.

 

근육세포에서는 Km값이 매우 낮은 HexokinaseⅡ가 존재하므로 촉매반응은 거의 최대 값을 유지하고 있다. 하지만 세포 내 G-6-P 수준이 정상이 되면 가역적 저해를 받아 생성속도와 사용속도 간 균형을 이루게 한다.

 

간에서는 Km 값이 큰(정상 혈중 농도보다 높은 Km 값) HexokinaseⅣ가 존재하여 혈당 농도를 직접 조절 가능하다. 하지만 간세포 내에 F-6-P 농도가 증가하면 HexokinaseⅣ를 세포질에서 핵으로 이동시키고 활성이 감소한다. 이는 포도당과 F-6-P의 비율에 따라 달라진다.

→ [포도당] / [F-6-P]의 값이 감소하면 활성이 억제되며 + F-6-P는 HexokinaseⅣ 조절 단백질과 경쟁하여 조절 단백질 분리 시 억제가 일어난다.

 

2. PFK-1과 FBPase-1의 조절

**PFK-1(포스포프럭토카이네스-1)은 F-6-P를 인산화시켜 F-1,6-BP가 되는 과정을 촉매 하는 효소이다.

**FBPase-1은 위의 역반응을 촉매 하는 효소이다.

 

PFK-1에 의한 비가역적 대사 반응을 포도당을 당분해 과정으로 전환시키는 주요한 대사 과정이다.

PFK-1은 다음과 같이 조절이 이루어진다.

 1> 활성자리에 의한 조절 - ATP, F-6-P의 결합에 의해 조절된다.

 2> 입체 다른 자리 조절 자리에 의한 조절 - ATP(억제), AMP 또는 ADP(촉진), F26BP(촉진), 시트르산(억제)

 

이때 ATP는 낮은 농도에서는 조효소로 작용하고, 높은 농도에서는 억제자로 작용한다.

PFK-1과 FBPase-1의 조절 과정

이때 위에서 F-2,6-BP는 PFK-1, FBPase-1의 allosteric 조절자로 글루카곤과 인슐린에 의해 생성이 조절된다.

F-2,6-BP의 생성과 분해 과정

실제 PFK-2오 FBPase-2는 2가지 기능을 갖는 한 가지 단백질로 인슐린과 글루카곤에 의해 조절되는 효소이다.

 

PFK-2, FBPase-2의 활성 조절

AMPK, 인산단백질 포스파테이스(phosphatase)에 의한 인산화-탈인산화 과정으로 두 효소의 기능이 활성화 및 불활성화된다.

 1> 카이네이스(AMPK)에 의한 인산화 - PFK-2 활성, FPBase-2 불활성

 2> 포스파 테이스(phosphatase)에 의한 인산화 - PFK-2 불활성, FPBase-2 활성

 

3. ATP에 의한 파이루브산 카이네이스 조절

**파이루브산 카이네이스는 PEP의 인산기 하나를 ADP로 전달해 ATP를 합성시키는 효소이다.

파이루브산 카이네이스의 활성은 다음에 의해 조절된다.

 1> ATP, NADH, 아세틸-CoA, 지방산, 알라닌(Ala) - 저해

 2> ADP, F-1,6-BP  - 촉진

PEP와 Pyruvate의 생성 조절

파이루브산 카이네스는 근육과 간에서 형태가 다르다.

 1> 근육(M형) - 파이루브산 카이네이스의 인산화 및 탈인산화 기작이 일어나지 않는다.

 2> 간(L형) - 추가적인 인산화 및 탈인산화가 일어난다.

 

※ L형 파이루브산 카이네이스의 조절

 1> 글루카곤 존재 - PKA 활성화 - L형 파이루브산 카이네스의 인산화 - 카이네이스의 불활성화

 2> 글루카곤이 존재하지 않음 - 단백질 포스파테이스 활성화 -  L형 파이루브산 카이네스의 탈인산화 - 카이네이스의 활성화