结构推理
在糖代谢中,相反代谢途径的控制都是交互的(reciprocal),即处在关键控制部位的酶的活性刺激或关闭控制代谢物流动的方向。就一对相反代谢途径而言,这种交互控制是通过不同的酶的活性控制、还是同一种酶的活性控制实现的?交互控制的意义是什么?
【正确答案】就一对相反代谢途径而言,交互控制既可能是通过两种不同的酶的活性变化实现的,也可能是通过一种酶的不同活性变化实现的。
糖原的降解与合成是一对相反的过程,糖原磷酸化酶和糖原合成酶分别处在两个相反过程的关键控制部位上。当糖原磷酸化酶被磷酸化而激活时,同时伴随着糖原合成酶的磷酸化而失去活性。在这种情况下有利于糖原的降解而抑制了糖原的合成。相反,当这两种酶去磷酸化时,它们的活性即发生变化,而有利于糖原合成。这是通过两种不同酶的活性变化实现的交互控制的例子。
糖酵解和糖异生也是相反的代谢途径,磷酸果糖激酶和果糖二磷酸酶也分别处在两个相反过程的控制点上。当细胞需要能量时,[AMP]/[ATP]比例升高,AMP刺激磷酸果糖激酶的活性,同时抑制果糖二磷酸酶的活性,从而有利于糖酵解而抑制糖异生。当细胞含有丰富的能量时,其信号是ATP、柠檬酸水平升高。ATP和柠檬酸是磷酸果糖激酶的别构抑制剂,同时又是果糖二磷酸酶的别构激活剂。在这种情况下糖酵解被抑制而有利于糖异生。
已知果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶最重要的激活剂,同时也是果糖二磷酸酶抑制剂。果糖-2,6-二磷酸是由磷酸果糖激酶-2催化合成,但也可被果糖二磷酸酶催化降解。磷酸果糖激酶-2和果糖二磷酸酶是同一种酶蛋白的两种不同的酶活性。当葡萄糖不足时,胰高血糖素产生级联效应导致这个双功能酶磷酸化。这种共价修饰激活了果糖二磷酸酶而抑制了磷酸果糖激酶-2,从而降低了果糖-2,6-二磷酸的水平,此时有利于糖异生而不利于糖酵解。相反,当葡萄糖很丰富时,这个双功能酶去磷酸化,磷酸果糖激酶-2的活性恢复而抑制了果糖二磷酸酶的活性。于是果糖-2,6-二磷酸水平升高,有利于糖酵解而不利于糖异生。这是交互控制通过一种酶的两种活性变化而实现的例子。
综上所述,交互控制的意义是显而易见的。当一个过程需要时,另一个相反的过程就不需要。由于交互控制是同时发生的,因而对相反过程的控制是简单而有效的。
【答案解析】