请论述酶的磷酸化共价修饰在糖原代谢、葡萄糖降解的EMP途径及葡萄糖异生中所起的调节作用。
 
【正确答案】[答题要点] (1)糖原合成与糖原分解过程是分别在糖原合酶和糖原磷酸化酶的作用下完成的。这两个酶都受到磷酸化与脱磷酸化的共价修饰调节。 糖原合酶和糖原磷酸化酶的磷酸化和脱磷酸过程受到相同酶的催化,如图所示。当外界信号传递给激酶,则该酶催化糖原合酶和糖原磷酸化酶同时磷酸化。但是,磷酸化形式的糖原合酶没有活性,不能合成糖原,而磷酸化形式的糖原磷酸化酶却活性较高,催化糖原的降解;反之,当磷酸酶催化两者脱磷酸化时,脱磷酸化的糖原合酶有活性,催化糖原的合成,而脱磷酸化的糖原磷酸化酶没有活性,不降解糖原。这种共价修饰保证了生物体内糖原合成和降解两个过程不同时进行,避免无效循环。 (2)葡萄糖代谢EMP途径调控的关键酶是磷酸果糖激酶Ⅰ,2,6-二磷酸果糖是该酶的别构激活剂,同时2,6-二磷酸果糖又是葡萄糖异生途径的调节酶果糖-1,6-二磷酸酶的别构抑制剂。2,6-二磷酸果糖是由磷酸果糖激酶Ⅱ催化生成的,该酶的活性是通过磷酸化与脱磷酸化的共价修饰方式进行调节的。 磷酸果糖激酶Ⅱ有两种活性,如图所示。当该酶被蛋白激酶A催化而磷酸化后发挥 2,6-二磷酸果糖酯酶的活性,水解2,6-二磷酸果糖,降低其含量,从而抑制EMP途径,同时促进葡萄糖异生途径;当该酶脱磷酸化后发挥磷酸果糖激酶的活性,促使6-磷酸果糖产生2,6-二磷酸果糖,提高其含量,从而促进EMP途径,同时抑制葡萄糖异生途径。EMP途径的调节酶除磷酸果糖激酶Ⅰ外还包括丙酮酸激酶。丙酮酸激酶同样受到磷酸化与脱磷酸化的共价修饰调节。丙酮酸激酶在磷酸化时活性较差,而脱磷酸化时活性较高,而且丙酮酸激酶的磷酸化也受到蛋白激酶A的催化,因此外界信号可以通过调节磷酸果糖激酶Ⅰ和丙酮酸激酶两个酶的活性来调节EMP途径。
【答案解析】糖代谢的调节。 [知识扩展] 酶的共价调节方式是酶调节较为普遍的形式之一,在代谢调节中起非常重要的作用。本考题是结合这些内容,考查学生对糖代谢中糖原合成与降解、EMP途径以及葡萄糖异生途径酶共价修饰调节的掌握。该题要求学生在了解单个途径调节的基础上,找到共性调节方式——酶的磷酸化修饰调节。同学们可以根据相似的思路自己比较总结,以便对相似的题目给出明确的答案。