La glucólisis es un proceso en el cual la glucosa se convierte en piruvato o lactato dependiendo de si se produce bajo condiciones aeróbicas o anaeróbicas. La regulación de esta vía ocurre en tres puntos clave donde las reacciones enzimáticas involucradas son irreversibles. Estas tres enzimas son hexoquinasa, fosfofructoquinasa y piruvato quinasa. La inhibición de la glucólisis es un mecanismo para conservar energía mediante la prevención de la descomposición del trifosfato de adenosina.

La acumulación de glucosa-6-fosfato

La enzima hexocinasa cataliza el primer paso de la glucólisis, en la que la glucosa se convierte en glucosa-6-fosfato. Las altas concentraciones de este producto inhiben la actividad de la enzima. Cuando se acumula, la glucosa-6-fosfato compite con la glucosa del sustrato para unirse al sitio activo de la enzima, así como a otro sitio alostérico. Esta unión inhibe la acción de la hexoquinasa.

Acción de la proteína reguladora de la glucocinasa

En el hígado, la conversión de glucosa a glucosa-6-fosfato ocurre por acción de una variante de hexocinasa llamada glucoquinasa. A diferencia de la hexoquinasa, la glucoquinasa no se ve afectada por las concentraciones de glucosa-6-fosfato y, por lo tanto, no se inhibe por ella. La acción de la glucoquinasa está modulada por la presencia de una proteína llamada proteína reguladora de la glucocinasa (GKRP). La unión de GKRP a la enzima glucoquinasa inhibe la glucólisis en el hígado.

Acumulación de ATP

En el ciclo de la glucólisis, la reacción catalizada por la fosfofructoquinasa es el paso limitante de la velocidad. Esta enzima cataliza la fosforilación de fructosa-6-fosfato por ATP para producir fructosa-1,6-bifosfato. En condiciones en las que hay una alta concentración de ATP, no hay ningún requisito adicional para la glucólisis. Este ATP se une a un sitio alostérico en la enzima fosfofructocinasa y causa un cambio en su conformación. Este cambio conformacional impide la unión del sustrato fructosa-6-fosfato y por lo tanto inhibe la actividad de la enzima, que a su vez inhibe la glucólisis.

Inhibición de la piruvato quinasa

La enzima piruvato quinasa es la tercera sitio de regulación de la glucólisis. La actividad de esta enzima se inhibe por la presencia de altas concentraciones de ATP. La presencia de alanina que se biosintetiza a partir de piruvato también actúa como un factor inhibidor. Tanto el ATP como la alanina se unen a un sitio alostérico en la enzima piruvato quinasa y provocan una reducción de su actividad. Cuando los niveles de azúcar en sangre descienden, se produce la fosforilación de la enzima piruvato quinasa, que inactiva la enzima, lo que inhibe la glucólisis.