En las vías metabólicas, las reacciones catalizadas por diversas enzimas tienen diferentes efectos sobre toda la vía metabólica. En reacciones irreversibles, el flujo de metabolitos se controla regulando la actividad y la cantidad de enzimas clave. Toda la vía metabólica es unidireccional y el catabolismo y el anabolismo en el cuerpo tienen sus propias vías. Este mecanismo permite que la biosíntesis y la degradación estén en estados termodinámicos, respectivamente. La biosíntesis es principalmente una reacción que consume energía, a menudo acompañada de hidrólisis de ATP, mientras que el catabolismo es principalmente una reacción que libera energía.
Las enzimas clave en la ruta metabólica tienen las siguientes características: 1. Cataliza la reacción más lenta y, por tanto, determina la velocidad general de toda la vía metabólica. 2. Generalmente cataliza reacciones unidireccionales, por lo que su actividad determina la dirección de la vía metabólica. 3. Los oligosacáridos son enzimas clave y su actividad está regulada por varias formas. 4. La primera enzima de la vía metabólica y la primera enzima después de la ramificación suelen ser enzimas clave.
En reacciones irreversibles, la regulación de actividades enzimáticas clave se puede dividir a grandes rasgos en dos métodos: regulación rápida y regulación lenta.
La regulación retardada regula principalmente la concentración de moléculas enzimáticas intracelulares cambiando la inducción y represión de la síntesis enzimática (que afecta a la transcripción y represión) o la velocidad de degradación de proteínas enzimáticas y conversión de zimógeno. La inducción y represión enzimática puede explicarse mediante el modelo de operón. Los genes procarióticos pueden formar un operón como una unidad coordinada de expresión genética, que incluye genes estructurales funcionalmente relacionados y sitios de control (promotores y operadores), y pueden aceptar el papel de productos genéticos reguladores (represores). Por ejemplo, el operón inducible lactosa y el operón represor trp.
La regulación rápida se produce principalmente a través de la modificación de la valencia (como la fosforilación/desfosforilación), los efectos no valencianos de los activadores o inhibidores de las enzimas (regulación alostérica) y la polimerización y despolimerización de las subunidades para cambiar la estructura de las enzimas. molécula de enzima. Los efectos reguladores de los sustratos y metabolitos metabólicos sobre la actividad de enzimas clave (enzimas alostéricas) en el proceso metabólico son de retroalimentación y retroalimentación respectivamente, ya sea activación (efecto positivo) o inhibición (efecto negativo). ATP/ADP no sólo regula el metabolismo como estado energético celular, sino que también son efectores alostéricos de muchas enzimas clave.
Por ejemplo, las tres reacciones irreversibles de la glucólisis son catalizadas por tres enzimas clave: 1. Hexoquinasa; 2. Fosfohexoquinasa-1; 3. Piruvato quinasa; Las tres enzimas clave anteriores son todas enzimas oligoméricas y enzimas alostéricas, que se ven afectadas principalmente por el ATP/ADP (AMP) de la energía intracelular. La hexoquinasa es la primera enzima en la vía metabólica y la glucosa 6-fosfato es su inhibidor alostérico. La piruvato quinasa también regula su actividad de dos maneras: una es la modificación * * *: pierde actividad después de la fosforilación, la otra es la polimerización y despolimerización (en presencia de activadores, el equilibrio tiende a formar tetrámeros y la actividad aumenta, los inhibidores pueden; estabilizar la conformación del dímero). La activación de la piruvato quinasa por la glucosa 6-fosfato es una retroalimentación positiva. En la vía de la glucólisis, el ATP, como uno de los productos finales, no inhibe directamente la primera enzima clave, sino que primero inhibe la fosfofructoquinasa, lo que inevitablemente conduce a la acumulación de glucosa 6-fosfato, que inhibe la hexoquinasa en una retroalimentación escalonada. comentario.
En la síntesis de ácidos grasos, las altas concentraciones de acetil-CoA inhiben la enzima clave acetil-CoA carboxilasa, que es una retroalimentación negativa que la acumulación de ácidos grasos en el producto final inhibe directamente la acetil-CoA carboxilasa; .