果糖1,6-二磷酸酯酶研究進(jìn)展

李清平，張秀飛，梁 明，郭 彥，趙慶臻

(1.聊城大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山東 聊城 252059；2. 聊城市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山東 聊城 252000)

0 引言

葡萄糖作為細(xì)胞的主要碳源,不僅為各種細(xì)胞組分提供能量,在細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)中也有著至關(guān)重要的作用。糖代謝的中心途徑是糖異生和糖酵解途徑,二者具有相同的中間產(chǎn)物,且其中大部分步驟為可逆反應(yīng),但有三個(gè)步驟是不可逆的,分別由不同的關(guān)鍵酶催化完成。其中,果糖-1,6-二磷酸酯酶(fructose-1,6-biphosphatase,FBPase)是糖異生途徑中的關(guān)鍵酶之一,它催化果糖-1,6-二磷酸(fructose-1,6-diphosphate,FDP)水解成果糖-6-磷酸(fructose-6-phosphate,F6P)和無(wú)機(jī)磷,而果糖-6-磷酸又是各種生物合成途徑中的重要前體,因此對(duì)于FBPase生理功能和代謝調(diào)控的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 FBPase的種類及結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)特征

1.1 酵母中的FBPase

酵母是一種單細(xì)胞真菌,早在1943年就已發(fā)現(xiàn)酵母中的FBPase(EC 3.1.3.11)[1],這也是最早被報(bào)道的FBPase,研究證明調(diào)節(jié)該酶的活性能夠?qū)崿F(xiàn)酵母細(xì)胞在糖酵解和糖異生途徑之間的切換,以保證細(xì)胞高效經(jīng)濟(jì)地利用能量[2]。

1.2 植物中的FBPase

植物中功能性的FBPase包括兩種類型,一種為細(xì)胞質(zhì)FBPase(cytosolic FBPase，cyFBPase),與酵母FBPase作用相同,是糖異生途徑的關(guān)鍵酶,同時(shí)也被認(rèn)為是蔗糖生物合成的關(guān)鍵酶,其表達(dá)和活性受到光照和干旱等環(huán)境因素的影響[3]。另一種類型是葉綠體FBPase(chloroplast FBPase，cpFBPase),它定位于類囊體基質(zhì)中,其催化的FDP與F-6-P之間的轉(zhuǎn)化是卡爾文循環(huán)及淀粉生物合成途徑的組成部分,因此也是綠色植物實(shí)現(xiàn)其自養(yǎng)功能的重要一環(huán)。研究發(fā)現(xiàn),硫氧還蛋白(thioredoxin,TRX)以及光照引起的pH和Mg2+濃度的變化能夠調(diào)節(jié)cpFBPase活性[4]；而后又在草莓中分離出一種新型的葉綠體FBPase-cpFBPaseII,它不受硫氧還蛋白的激活,已被證實(shí)可補(bǔ)充酵母細(xì)胞中FBPase的缺失和非發(fā)酵碳源的生長(zhǎng)缺陷,但對(duì)底物的親和力較低[5]。無(wú)論是葉綠體FBPase還是細(xì)胞質(zhì)FBPase,均不同程度地受到AMP和果糖-2,6-二磷酸的抑制。目前多種植物中的FBPase基因克隆及生化活性測(cè)定已完成,如蘋果、甘蔗、壇紫菜和油茶中的胞質(zhì)型FBPase[6-9]及馬鈴薯葉綠體FBPase[10],但它們具體的功能及調(diào)節(jié)機(jī)制還鮮有報(bào)道。

注：選取不同物種FBPase的氨基酸序列,利用鄰接法構(gòu)建其系統(tǒng)進(jìn)化樹。 cyFBP:細(xì)胞質(zhì)FBPase; cpFBP:葉綠體FBPase;FBP1:肝型FBPase; FBP2:肌型FBPase.S.lycopersicum cyFBP:(番茄，XP_004252579.1); S.tuberosum cyFBP:(馬鈴薯，NP_001274842.1); V.vinifera cyFBP:(葡萄，XP_002269230.1); G.hirsutum cyFBP:(陸地棉，AGU12783.1); C.oleifera cyFBP:(油茶，QGW58450.1); S.oleracea cyFBP:(菠菜，XP_021857795.1); B.vulgaris cyFBP:(甜菜，prf||1906373A); M.domestica cyFBP:(蘋果，XP_008381814.2); A.thaliana cyFBP:(擬南芥，NP_175032.1); Z.mays cyFBP:(玉米，NP_001151106.2); S.officinarum cyFBP:(甘蔗，CAA61409.1); O.sativa cyFBP:(水稻，BAA25422.1); S.cerevisiae FBP:(釀酒酵母，QHB10516.1); P.haitanensis cyFBP:(壇紫菜，AIY29189.1); H.sapiens FBP1:(人，NP_000498.2); M.musculus FBP1:(家鼠，NP_062268.1); H.sapiens FBP2:(人，EAW92616.1); M.musculus FBP2:(家鼠，NP_032020.2)；S.lycopersicum cpFBP:(番茄，NP_001315602.1); S.tuberosum cpFBP:(馬鈴薯，XP_006349477.1); C.oleifera cpFBP:(油茶，QGW58457.1); S.oleracea cpFBP:(菠菜，AAD10207.1); A.thaliana cpFBP:(擬南芥，CAA41154.1); V.vinifera cpFBP:(葡萄，XP_002270826.2)。

1.3 動(dòng)物中的FBPase

與酵母中一樣,無(wú)脊椎動(dòng)物基因組中也只有一個(gè)FBPase位點(diǎn)[11]；而脊椎動(dòng)物中的FBPase則有肝型 FBPase(FBP1) 和肌型 FBPase(FBP2)兩種同工酶,其蛋白質(zhì)同源性約為77%[12]。其中FBP1主要分布在肝臟和腎臟,肝臟是糖異生的主要器官,參與機(jī)體血糖水平的調(diào)節(jié)；而腎臟在長(zhǎng)時(shí)間處于饑餓或患有糖尿病機(jī)體內(nèi)也會(huì)參與糖異生的調(diào)節(jié)。FBP2主要在非糖異生的細(xì)胞中廣泛表達(dá)[13],但具體功能尚不明確。

從酵母及部分動(dòng)植物FBPase的系統(tǒng)進(jìn)化樹(圖1)中可以看出,哺乳動(dòng)物肝型FBPase(FBP1)與肌型FBPase(FBP2)在進(jìn)化上均與酵母FBPase很接近,植物中胞質(zhì)FBPase(cyFBP)也是與酵母FBPase同源,而葉綠體FBPase(cpFBP)在進(jìn)化上與酵母FBPase的親緣關(guān)系較遠(yuǎn),可能是由其他如葉綠體祖先中的基因演變而來(lái)的。

1.4 FBPase的結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)特征

有關(guān)FBPase蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)特征主要是利用哺乳動(dòng)物肝腎中的FBP1分析的,但基于這兩種同工酶在催化位點(diǎn)和底物結(jié)合位點(diǎn)上的高度相似性,肌型和肝型FBPase的催化機(jī)制應(yīng)該完全相同。該酶是同源四聚體,單亞基分子量約為37 ku。每個(gè)單體蛋白由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：一個(gè)含有底物結(jié)合位點(diǎn),稱為FBP結(jié)構(gòu)域；另一個(gè)可變構(gòu)的結(jié)構(gòu)域可與AMP和NAD+相互作用,稱為AMP結(jié)構(gòu)域。AMP(可能還包括NAD+)能與AMP結(jié)構(gòu)域的結(jié)合,從而將FBPase穩(wěn)定在失活的“T-狀態(tài)”。而二價(jià)陽(yáng)離子如Mg2+、 Mn2+、 Co2+或Zn2+對(duì)于酶的催化活性是必須的,可使FBPase由無(wú)活性的“T-狀態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘摹癛-狀態(tài)”,這些離子可能結(jié)合于底物果糖-1,6-二磷酸的1位磷酸基團(tuán)上。而Ca2+則是肌型FBPase的強(qiáng)抑制劑,但對(duì)肝型FBPase影響很小。另外,肝型和肌型FBPase都能被某些一價(jià)陽(yáng)離子(如Na+、K+和NH4+)激活,也都會(huì)受到果糖-2,6-二磷酸的抑制,因?yàn)樗鼤?huì)與底物果糖-1,6-二磷酸競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合FBP結(jié)構(gòu)域[14]。

我們選取不同物種中有代表性且定位于細(xì)胞質(zhì)中的FBPase(分別來(lái)源于人類肝型FBPase、酵母FBPase及擬南芥胞質(zhì)FBPase),利用Swiss-model構(gòu)建了其三維結(jié)構(gòu)模擬圖,并以其中一個(gè)亞基為例將其配體位點(diǎn)標(biāo)示(圖2)。從圖中可以看出,與哺乳動(dòng)物FBP1的結(jié)構(gòu)相似,酵母與擬南芥胞質(zhì)FBPase也均為同源四聚體,這與FBPase功能的保守性是一致的。人類肝型FBPase的結(jié)構(gòu)研究較為清楚,可以確定其AMP的變構(gòu)位點(diǎn)及FBP與Mg2+的結(jié)合位點(diǎn)；而酵母及擬南芥胞質(zhì)FBPase目前只能確定金屬離子的結(jié)合位點(diǎn)。

注：(a) 人類肝型FBPase(NP_000498.2)；(b) 酵母FBPase(QHB10516.1)；(c) 擬南芥胞質(zhì)FBPase(NP_175032.1)。圖2 不同物種FBPase的三維結(jié)構(gòu)模擬圖

2 FBPase的生理功能及調(diào)控機(jī)理

2.1 酵母中FBPase的活性調(diào)節(jié)及降解機(jī)制

當(dāng)酵母細(xì)胞生長(zhǎng)在非發(fā)酵碳源(如乙醇)培養(yǎng)基上時(shí),FBPase開始合成并啟動(dòng)糖異生途徑,從而將無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟枪┘?xì)胞利用；一旦在培養(yǎng)基中添加葡萄糖,細(xì)胞中就會(huì)發(fā)生由糖異生向糖酵解途徑的快速轉(zhuǎn)變,以阻止ATP的無(wú)效循環(huán)水解,從而避免能量浪費(fèi)。關(guān)閉糖異生途徑的分子機(jī)制就是FBPase蛋白的代謝物失活和降解,主要包括其編碼基因FBP1的表達(dá)抑制,FBPase蛋白的磷酸化修飾及果糖-2,6-二磷酸和AMP的變構(gòu)抑制,隨之而來(lái)的即是FBPase的快速降解[5]。

在酵母細(xì)胞中FBPase蛋白的降解可以有不同的方式(圖3)。研究者首先發(fā)現(xiàn)FBPase的降解依賴于液泡,并分離了葡萄糖誘導(dǎo)下FBPase液泡輸入及降解缺陷的vid(vacuolar import and degradation)突變體[15]。除此之外,Wolf等人提出分解代謝物降解的另一種機(jī)制,他們認(rèn)為FBPase的代謝降解依賴于完整的蛋白酶體,而其降解的前提是FBPase的多聚泛素化[16]。有趣的是,FBPase的降解可以從蛋白酶體途徑轉(zhuǎn)移到液泡降解途徑,這個(gè)過(guò)程取決于酵母細(xì)胞葡萄糖饑餓的持續(xù)時(shí)間[17]。最近還發(fā)現(xiàn)甲醇酵母中FBPase的降解可能與自噬途徑相關(guān)[18]。

注：Fbp1是酵母果糖-1,6-二磷酸酯酶(FBPase)。Fbp1的26S蛋白酶體途徑降解首先由PKA催化其磷酸化修飾,而后在特定E2(Ubc8p/Gid3p)和E3(GID Complex)的作用下多聚泛素化修飾,然后送至26S蛋白酶體降解；其液泡降解途徑首先Fbp1在Vid22p、Sec28p及Vid30的參與下包裹入Vid囊泡,Vid28參與Vid囊泡的胞質(zhì)定位；Vid24p則參與了FBPase由Vid囊泡向液泡的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。另外Fbp1的降解可能與自噬途徑有關(guān)。

2.1.1 FBPase的液泡降解途徑。當(dāng)酵母細(xì)胞長(zhǎng)期處于葡萄糖饑餓狀態(tài)時(shí),FBPase會(huì)分泌到細(xì)胞周質(zhì)中。當(dāng)向培養(yǎng)基中添加葡萄糖時(shí),FBPase會(huì)首先包裹到Vid囊泡(vacuole import and degradation vesicle)/內(nèi)吞小體(endosome)中,隨后通過(guò)這種中間載體被送至液泡中進(jìn)行降解[19]。目前已鑒定出酵母細(xì)胞中多個(gè)參與FBPase液泡運(yùn)輸及降解的Vid基因,其在小鼠和人中的同源基因表明Vid基因在進(jìn)化上是高度保守的。如Vid24p/Gid4p是定位于含有FBPase的囊泡的膜外周蛋白,其缺失導(dǎo)致FBPase在這些小泡中積累,無(wú)法被運(yùn)送到液泡中降解[20]。定位于質(zhì)膜的Vid22p則參與了從胞漿到Vid囊泡的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程[21],FBPase包裹入Vid囊泡還需要內(nèi)吞途徑組分SEC28的參與[22]。肌動(dòng)蛋白聚合在細(xì)胞內(nèi)吞的早期步驟中起著重要的作用,Vid囊泡形成的早期也需與肌動(dòng)蛋白斑塊結(jié)合,Vid28對(duì)于這種結(jié)合以及Vid囊泡的胞內(nèi)定位起著關(guān)鍵作用[23]；Vid30則通過(guò)與Vid24p及Sec28p相互作用影響肌動(dòng)蛋白聚合及內(nèi)吞作用,從而調(diào)節(jié)FBPase的液泡降解途徑[24，25]。另外,還發(fā)現(xiàn)TORC1(target of rapamycin complex 1)復(fù)合體的組分TOR1過(guò)表達(dá)會(huì)抑制FBPase的磷酸化及隨后的液泡降解[26],但只有早期文章提及FBPase液泡降解之前需磷酸化修飾[27],但后續(xù)未見(jiàn)相關(guān)研究。

2.1.2 FBPase的26S蛋白酶體降解途徑。當(dāng)酵母細(xì)胞從非發(fā)酵培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到含有葡萄糖的培養(yǎng)基中時(shí),FBPase除了會(huì)通過(guò)Vid途徑運(yùn)送至液泡中降解,還可以通過(guò)26S蛋白酶體途徑快速降解[16，28]。該途徑是所有真核生物體內(nèi)均具有的高度選擇性的蛋白質(zhì)降解途徑,其中泛素化修飾是底物蛋白被送入26S蛋白酶體中降解的前提條件。泛素化修飾是通過(guò)泛素激活酶E1(ubiquitin activating enzyme)、泛素耦合酶E2(ubiquitin conjugating enzyme)和泛素連接酶E3(ubiquitin ligase)的依次級(jí)聯(lián)反應(yīng)完成的[29，30]。酵母基因組中E1、E2和E3的編碼基因數(shù)量分別為1、11和超過(guò)600個(gè)。E1的功能比較通用,底物蛋白的特異性主要由E3決定,而E2會(huì)影響所產(chǎn)生的泛素化修飾鏈的具體構(gòu)型[31]。特定的E2-E3組合能夠調(diào)控特異底物蛋白發(fā)生特定類型的泛素化修飾,從而決定該底物蛋白的命運(yùn)[32]。雖然大部分底物蛋白泛素化修飾的特定E2-E3尚需解析,作用于酵母FBPase的E2和E3已經(jīng)確定。Wolf 實(shí)驗(yàn)室鑒定了一系列的酵母Gid(Glucose induced degradation)基因,發(fā)現(xiàn)由Ubc8p/ Gid3p作為E2[33],由7個(gè)Gid蛋白組成的GID復(fù)合物作為泛素連接酶E3[2，34]，共同參與了FBPase的泛素化修飾。生化分析表明,GID復(fù)合物中的兩個(gè)亞基Gid2和Gid9具有非經(jīng)典的RING結(jié)構(gòu)域,承擔(dān)其E3活性[2],而Gid4則是在添加葡萄糖后才結(jié)合到由其他6個(gè)亞基組成的復(fù)合體中,組成具有E3活性的完整的GID復(fù)合體[34]。另外,還發(fā)現(xiàn)HSP70類分子伴侶Ssa1在快速清除糖異生酶包括FBPase的泛素蛋白降解途徑中起著重要作用[35]。

2.2 FBPase對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

綠色植物通過(guò)光合作用將大氣中CO2首先固定成磷酸三碳糖,而葉綠體中的磷酸三碳糖有兩種去向：一是運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)中合成蔗糖,二是在葉綠體中轉(zhuǎn)變成淀粉。細(xì)胞質(zhì)型和葉綠體型FBPase分別是蔗糖和淀粉合成的關(guān)鍵酶,葉綠體FBPase同時(shí)還是卡爾文循環(huán)的關(guān)鍵酶,因此這兩種FBPase在光合碳同化和分配過(guò)程中起重要作用。

科學(xué)家們嘗試通過(guò)改變基因表達(dá)量來(lái)分析植物中這兩種FBPase的功能。將胞質(zhì)FBPase與磷酸三碳糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(triose-phosphate translocater,TPT)同時(shí)過(guò)表達(dá)的擬南芥,表現(xiàn)出比野生型蓮座葉大、鮮重提高等生長(zhǎng)更旺盛的表型,轉(zhuǎn)基因植物中光合碳同化速率及可溶性糖(蔗糖、葡萄糖和果糖)含量也明顯提高,證明胞質(zhì)型FBPase的確是蔗糖合成的關(guān)鍵酶[36]；但擬南芥胞質(zhì)FBPase突變體與野生型并無(wú)明顯差異,其體內(nèi)蔗糖含量沒(méi)有降低的原因可能是由葉綠體輸出的己糖或己糖磷酸鹽補(bǔ)償了胞質(zhì)中(由于cyFBPase缺失導(dǎo)致的)通過(guò)糖異生途徑生成六碳糖的缺陷[37]；馬鈴薯中也有類似的結(jié)果,利用反義技術(shù)降低其胞質(zhì)FBPase的活性雖然會(huì)導(dǎo)致蔗糖合成速率有所降低,但對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育和塊莖幾乎沒(méi)有影響[38]。但水稻中胞質(zhì)FBPase突變體的光合速率明顯降低,蔗糖合成受損,出現(xiàn)了嚴(yán)重的生長(zhǎng)遲緩現(xiàn)象甚至導(dǎo)致死亡[39],這種單雙子葉植物表現(xiàn)出的差異還需進(jìn)一步分析。

研究表明,改變?nèi)~綠體FBPase表達(dá)水平對(duì)植物的光合作用和淀粉及可溶性糖的分配都有著重要影響。利用反義RNA技術(shù)降低擬南芥葉綠體FBPase的表達(dá)量,會(huì)使植物中蔗糖含量提高,同時(shí)氮代謝也發(fā)生了改變[40]；在其基因功能完全敲除的突變體中,光合作用和CO2固定速率等許多過(guò)程都受到影響,突變體比野生型明顯生長(zhǎng)遲緩；胞質(zhì)型和葉綠體型FBPase的雙突變體則表現(xiàn)為葉綠體FBPase突變體的表型[37]。抑制番茄葉綠體FBPase活性,其果實(shí)的重量平均減少20%[41]。綜合不同物種中下調(diào)cpFBPase活性的結(jié)果,可以看出葉綠體FBPase的不同表達(dá)量對(duì)光合碳同化產(chǎn)生不同的影響：當(dāng)葉綠體FBPase的活性被抑制20%以內(nèi)會(huì)促進(jìn)光合作用和碳同化,而被抑制80%以上將會(huì)對(duì)植物造成傷害[42]。葉綠體FBPase的活性受f型及m型硫氧還蛋白調(diào)節(jié)[43，44],豌豆中還發(fā)現(xiàn)S-亞硝基化也是影響葉綠體FBPase活性的因素[45]；在擬南芥細(xì)胞質(zhì)中過(guò)表達(dá)藍(lán)藻FBPaseII,由于碳分配的改變影響了生長(zhǎng)素和獨(dú)腳金內(nèi)酯等激素代謝和響應(yīng)過(guò)程,進(jìn)而促進(jìn)了植物側(cè)根的生長(zhǎng)[46]。

2.3 動(dòng)物中FBPase的生理功能及抑制劑研究

2.3.1 肝型FBPase是調(diào)節(jié)糖代謝的關(guān)鍵酶。FBPase是調(diào)節(jié)糖異生途徑的關(guān)鍵酶,在動(dòng)物內(nèi)源性葡萄糖的合成、輸出及調(diào)控中發(fā)揮重要作用。肝型FBPase即 FBP1主要在糖異生器官如肝臟、腎臟中表達(dá),在葡萄糖和糖原合成中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[14]。雖然糖異生途徑的酶一般都定位于細(xì)胞質(zhì)中,但肝型FBPase也發(fā)現(xiàn)有細(xì)胞核定位[47]。糖異生途徑異常是人類 2 型糖尿病的主要原因,研究發(fā)現(xiàn),在肥胖和胰島素抵抗動(dòng)物模型中,FBPase及其調(diào)節(jié)的糖異生作用均增加；在小鼠中過(guò)表達(dá)人類肝型FBPase也導(dǎo)致其葡萄糖水平增高[48]。因此,FBPase 成為人類糖尿病治療的靶點(diǎn)之一,其抑制劑的研究成為新藥研發(fā)的一個(gè)重要方向。FBPase有兩種內(nèi)源性生理抑制劑,一種是底物 FDP的類似物果糖-2,6-二磷酸(fructose-2,6-diphosphate),它與 FDP 競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合于 FBPase 的激活位點(diǎn),抑制其活性；另一種則是與 FBPase 變構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合的 AMP,可使 FBPase 處于失活狀態(tài)[49]。近年來(lái),許多靶向AMP位點(diǎn)的FBPase抑制劑被開發(fā),然而這些抑制劑均沒(méi)有表現(xiàn)出合適的效力和藥物性。最近,研究者發(fā)現(xiàn)幾個(gè)硝基苯乙烯化合物共價(jià)結(jié)合在FBPase上的C128位點(diǎn)上,顯示出對(duì)FBPase的強(qiáng)大抑制作用[50],起到有效的降血糖作用,但后續(xù)研究尚未報(bào)道。另外,肝型FBPase缺乏還是引起孩童復(fù)發(fā)性低血糖和酸中毒的重要原因[51]；最新證據(jù)還表明FBP1在幾種癌癥的腫瘤起始和進(jìn)展中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用[12，52]。

2.3.2 肌型FBPase的生理功能。研究表明收縮肌中糖酵解產(chǎn)生的乳酸有多達(dá)50%可以在肌肉中轉(zhuǎn)變成糖原,而不是經(jīng)血液運(yùn)送到肝臟中通過(guò)糖異生途徑生成葡萄糖[53],這說(shuō)明肌肉中的FBP2一定是有活性的。對(duì)其機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn),肌型FBPase即FBP2能夠與肌型醛縮酶ALDOA(糖酵解關(guān)鍵酶,催化果糖-1,6-二磷酸與磷酸三碳糖之間的相互轉(zhuǎn)換)結(jié)合,它們以代謝物依賴的方式形成一個(gè)底物通道[54，55]。通過(guò)這個(gè)通道,ALDOA催化反應(yīng)的產(chǎn)物果糖-1,6-二磷酸(FDP)可以直接轉(zhuǎn)移至糖原合成途徑,因此可以保護(hù)FDP,避免其被糖酵解途徑降解。目前認(rèn)為這是使得肌纖維能夠從碳水化合物前體合成糖原的基本機(jī)制[56]。FBP2-ALDOA復(fù)合物定位于橫紋肌Z-線的兩側(cè),其穩(wěn)定性受Ca2+調(diào)節(jié)。肌肉收縮時(shí)伴隨著鈣離子濃度的升高,刺激了FBP2從FBP2-ALDOA-Z-線復(fù)合物中解離出來(lái),位于細(xì)胞質(zhì)中游離的FBP2立即被AMP和Ca2+抑制,這就避免了細(xì)胞中由于糖異生和糖酵解同時(shí)發(fā)生而導(dǎo)致的能量浪費(fèi)。在胰島素促進(jìn)糖酵解速率增加時(shí)也是通過(guò)相同的機(jī)制完成對(duì)糖異生的抑制[57]。近年還發(fā)現(xiàn)FBP2而非FBP1對(duì)線粒體的ATP合成有保護(hù)作用,這兩種FBPase似乎都有抑癌作用[14]。

3 結(jié)語(yǔ)

FBPase是一種進(jìn)化上非常保守的碳水化合物代謝途徑中的關(guān)鍵酶,其催化的反應(yīng)決定了該酶的功能在細(xì)胞代謝中的重要性。早在1943年就發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)FBPase,但近一個(gè)世紀(jì)以來(lái),對(duì)FBPase的研究大部分停留在它是糖代謝的調(diào)控因子,側(cè)重于研究其酶促動(dòng)力學(xué)及酶的蛋白結(jié)構(gòu)等方面。近年來(lái)動(dòng)物中FBP1除了糖異生途徑關(guān)鍵酶的細(xì)胞質(zhì)定位,還被發(fā)現(xiàn)其存在于細(xì)胞核中；FBP2更是在多種組織中有非常廣泛的表達(dá),包括神經(jīng)元這種一般認(rèn)為不會(huì)發(fā)生從碳水化合物前體合成糖原的部位。這些信息表明FBPase在細(xì)胞中的功能不僅僅是糖代謝調(diào)控這一個(gè)方面,更有可能通過(guò)多個(gè)途徑參與細(xì)胞命運(yùn)的調(diào)節(jié),具有比我們現(xiàn)在所認(rèn)識(shí)到的更加重要的生物學(xué)功能,目前這方面的研究還處在起步階段[14]。綠色植物特有的葉綠體FBPase是卡爾文循環(huán)及淀粉合成的關(guān)鍵酶,它與在細(xì)胞質(zhì)中參與糖異生途徑的胞質(zhì)FBPase都在光合碳同化和分配中起重要的調(diào)控作用,因此對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要,但它們本身的調(diào)控機(jī)制還知之甚少。目前酵母中FBPase降解的機(jī)制研究得較為清楚,但動(dòng)植物中還沒(méi)有相關(guān)方面的報(bào)道,這應(yīng)是今后研究FBPase作用機(jī)制的主要方向之一。