糖酵解過程及中的重要酶類及其調控（二）

催化糖酵解第六步的酶是3-磷酸甘油醛脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，GAPDH）是巰基酶，所以碘乙酸是其不可逆抑制劑。NAD之間有負協同效應，當NAD＋不足時可以保證酵解仍可進行，而當NAD＋過多時也不會過度反應造成酸中毒。

GAPDH及其活性中心，引自PDB-101

反應可分為兩部分，放能的氧化反應偶聯推動吸能的磷酸化反應。砷酸鹽與磷酸競爭，可產生3-磷酸甘油酸，但沒有磷酸化，是解偶聯劑。

ATP和磷酸肌酸是GAPDH的非競爭抑制劑。肌肉收縮開始後，磷酸肌酸濃度迅速下降，使酶活升高。但隨著乳酸的積累，ATP的抑制增強，酶活下降。

GAPDH屬於管家基因，表達量相對恆定，在檢測基因表達時經常用作內參。但在細胞分化等過程中，其表達量也是會發生改變的，並非一直適用。

第八步的變位反應由磷酸甘油酸變位酶催化。2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）是其輔因子，機理是2,3-DPG的3位磷酸轉移到底物的2位。

磷酸甘油酸變位機制

除了輔助變位以外，2,3-DPG還可以調節血紅蛋白的攜氧能力。2,3-DPG特異性地與去氧血紅蛋白結合，並形成鹽鍵穩定構象，降低了血紅蛋白對氧的親和力，從而增加在組織中的氧釋放量。而在氧分壓較高的肺泡，血紅蛋白主要以氧合形式存在，所以對氧的親和力不變。紅細胞中大約有15-50%的1,3-DPG被轉化為2,3-DPG，以調節運氧能力。

DPG（箭頭處）可以與脫氧血紅蛋白結合

2,3-DPG是一個有趣的例子，表明一些代謝中間物可能具有額外的作用。生化書中有一些ATP、乙醯輔酶A等分子作為別構效應物或酶抑制劑的例子。但其實代謝物的功能比這複雜得多，有許多代謝物會「跨界」到其它領域發揮作用。

糖酵解過程中就有幾個這樣的代謝物。例如有研究發現，FBP通過減弱RANKL誘導的NF-κB/ NFATc-1來抑制破骨細胞生成（Inflamm Res. 2019 May;68(5):415-421.）；還有研究表明，甘油醛-3-磷酸可以修飾α-突觸核蛋白，防止其產生澱粉樣結構，從而防止帕金森症等神經退行性疾病（Biochim Biophys Acta Proteins Proteom. 2019 Apr;1867(4):396-404.）。

擬南芥中糖和能量感受信號通路，引自Arabidopsis Book. 2008;6:e0117.

不僅代謝物，酶的功能也可以是複雜多樣的。植物中的己糖激酶1（HXK1）可以進入細胞核，作為葡萄糖感受器（Arabidopsis Book. 2008;6:e0117.）。更加多功能的是GAPDH。GAPDH不僅可以進入細胞核，還能進入線粒體及多種膜結構，並可以與細胞骨架相互作用。GAPDH的非糖酵解功能包括細胞死亡、自噬、DNA修復、tRNA出核、膜融合和運輸、細胞骨架動力學等等，病理上則與癌症和神經退行性疾病等相關。

GAPDH的非糖酵解作用，引自Int J Mol Sci. 2019 Apr 26;20(9).

所以說，生物體是複雜的。我在《代謝與代謝途徑》一文中給出一張圖片，說代謝網絡是複雜的。其實，那張圖裡的每一條代謝途徑都是簡化的，甚至是殘缺的，細胞中實際的代謝情況要複雜得多。這就像，在啟動基因組計劃的時候很多人以為很快可以攻克癌症，結果卻發現還差得遠。好在，這本身就是一個進步。而且，我們一直在努力前行。

丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）控制酵解出口，也是一個關鍵酶，受到多種調控。PK也是別構酶，可被1,6-二磷酸果糖（FBP）激活，被脂肪酸、乙醯輔酶A、ATP和丙氨酸抑制。其表達受激素影響，胰島素可增加其合成。

PK的變構，引自PDB-101

PK有三種同工酶，像HK和PFK一樣，各有不同的組織分布和調控方式。L型存在於肝臟中，被二磷酸果糖激活，被脂肪酸、乙醯輔酶A、ATP和丙氨酸抑制；A型存在於脂肪、腎和紅細胞，被二磷酸果糖激活，ATP和丙氨酸抑制；M型存在於肌肉中，被磷酸肌酸抑制。