生物化學(xué)代謝調(diào)節(jié)

生物化學(xué)代謝調(diào)節(jié)第一節(jié)概述一、代謝調(diào)節(jié)的意義：

使各代謝反應(yīng)能協(xié)調(diào)進(jìn)行，使代謝反應(yīng)的速度適應(yīng)體內(nèi)外環(huán)境的變化的調(diào)控稱為代謝調(diào)節(jié)。代謝調(diào)節(jié)機(jī)制對機(jī)體維持正常的生命活動是必需的，若某一環(huán)節(jié)發(fā)生障礙，則會引起代謝紊亂而發(fā)生疾病，甚者導(dǎo)致死亡。

二代謝調(diào)節(jié)的基本方式：

調(diào)節(jié)

單細(xì)胞生物的代謝調(diào)節(jié)僅限于細(xì)胞水平，而高等動物體內(nèi)存在著以下三個水平的代謝調(diào)節(jié)方式。細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)器官水平的調(diào)節(jié)

整體水平上的調(diào)節(jié)（一）細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)主要是通過細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的改變來調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)的速度，這是最原始的調(diào)節(jié)方式。（二）器官水平的調(diào)節(jié)內(nèi)分泌細(xì)胞所分泌的激素成為器官水平調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)。激素作用于靶細(xì)胞或靶器官，改變其中代謝物的濃度，或改變其中某些酶的催化能力或含量，從而影響代謝反應(yīng)的速度。（三）整體水平的調(diào)節(jié)：高等動物不但有完整的內(nèi)分泌系統(tǒng)而且有功能復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)。神經(jīng)系統(tǒng)可以釋放神經(jīng)遞質(zhì)，能直接影響組織中的代謝，又能影響內(nèi)分泌腺的活動，改變激素分泌的速度，間接地對機(jī)體代謝進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。后一種方式通常稱為神經(jīng)—體液調(diào)節(jié)。內(nèi)外環(huán)境的變化都可以通過神經(jīng)—體液活動的改變來影響代謝的速度，以使代謝速度適應(yīng)環(huán)境的變化。特點(diǎn)：當(dāng)細(xì)胞內(nèi)某種代謝物的濃度發(fā)生改變時，某種酶催化的酶促反應(yīng)速度也發(fā)生改變，因而對代謝速度起到調(diào)節(jié)作用。影響酶促反應(yīng)速度的方式：1.酶結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)：當(dāng)某種代謝物的濃度發(fā)生改變時，通過一定的作用使細(xì)胞內(nèi)原有的某種酶分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，以致其催化活性也發(fā)生改變，從而改變了酶促反應(yīng)速度。2.酶含量的調(diào)節(jié)：當(dāng)某種代謝物的濃度發(fā)生改變時，通過一定的作用使細(xì)胞內(nèi)其種酶分子的合成或降解的速度發(fā)生改變，以致細(xì)胞內(nèi)的酶含量發(fā)生變化，從而影響了酶促反應(yīng)的速度。第二節(jié)細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)限速酶（rate－limitingenzyme）：一個代謝途徑中受到調(diào)節(jié)的酶只是少數(shù)幾種甚至只有一種，通常稱這類酶為限速酶。特點(diǎn)：只催化單向反應(yīng)在整個代謝途徑中反應(yīng)速度較慢的一個環(huán)節(jié)活性的改變還可能影響整個反應(yīng)進(jìn)行的方向一、酶結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)：

兩種形式：別構(gòu)調(diào)節(jié)酶蛋白的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)酶結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)，一般在數(shù)秒鐘或數(shù)分鐘內(nèi)即出現(xiàn)效應(yīng)，稱為快速調(diào)節(jié)。（一）別構(gòu)調(diào)節(jié)（allostericregulation）：概念：有些酶分子在空間至少有兩個不同的部位，一個為催化部位，一個為調(diào)節(jié)部位。某些物質(zhì)可以與這種酶的調(diào)節(jié)部位相互作用而使酶分子構(gòu)象發(fā)生改變，進(jìn)而使催化部位受到影響，導(dǎo)致酶的催化活性改變，這種現(xiàn)象稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié),或稱別位調(diào)節(jié)、變構(gòu)調(diào)節(jié)。別構(gòu)激活劑（allostericeffector）：凡能使酶分子發(fā)生此種構(gòu)象變化的物質(zhì)稱為別構(gòu)效應(yīng)劑，其中能引起酶活性增高者。別構(gòu)抑制劑：引起酶活性降低者別構(gòu)酶（allostericenzyme）：具有別構(gòu)調(diào)節(jié)作用的酶腺苷酸對磷酸果糖激酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)：磷酸果糖激酶是糖酵解途徑中重要的限速酶。ATP是該酶的別構(gòu)抑制劑，而ADP、AMP和磷酸是該酶的別構(gòu)激活劑。細(xì)胞內(nèi)ADP、AMP和磷酸的濃度總是與ATP的濃度呈相反的變化。糖氧化分解ATP濃度升高ADP等濃度下降

磷酸果糖激酶活性降低

糖分解變慢或停止

細(xì)胞活動增加ATP濃度下降而ADP等濃度升高磷酸果糖激酶活性增加糖分解加快

嘌呤核苷酸對酰胺轉(zhuǎn)移酶的反饋抑制：酰胺轉(zhuǎn)移酶是嘌呤核苷酸合成代謝途徑的第一個酶，而是嘌呤核苷酸是該途徑的終產(chǎn)物。多種嘌呤核苷酸是酰胺轉(zhuǎn)移酶的別構(gòu)抑制劑。

嘌呤核苷酸濃度增高酰胺轉(zhuǎn)移酶被抑制嘌呤核苷酸的合成速度減慢

嘌呤核苷酸濃度下降

酰胺轉(zhuǎn)移酶活性增高嘌呤核苷酸的合成速度加快（二）酶蛋白的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)：概念：酶蛋白分子上的化學(xué)基團(tuán)在另一種酶的催化下發(fā)生一定的化學(xué)變化，稱為酶蛋白的化學(xué)修飾。通過化學(xué)修飾，酶的活性也發(fā)生變化。

酶化學(xué)修飾的特點(diǎn)：①被修飾的酶在細(xì)胞內(nèi)有兩種形式，一種形式有催化活性，一種形式在一般情況下沒有活性。②酶的兩種形式，通過酶促化學(xué)修飾互相轉(zhuǎn)變，而且它們互變的正逆兩向反應(yīng)由不同的酶催化。③催化化學(xué)修飾的酶受其它調(diào)節(jié)物的調(diào)節(jié)。④化學(xué)修飾是酶催化的反應(yīng)，催化劑量的調(diào)節(jié)物就足以使全部被修飾的酶改變活性，其效率常比別構(gòu)調(diào)節(jié)高。而且化學(xué)修飾多在多級酶促反應(yīng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，故有放大作用。

變構(gòu)調(diào)節(jié)與化學(xué)修飾調(diào)節(jié)只是調(diào)節(jié)酶活性的兩種不同方式，細(xì)胞內(nèi)同一酶可受這兩種調(diào)節(jié)方式雙重調(diào)節(jié)，二者相輔相成，對細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)的順利進(jìn)行及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定具有重要意義。例如磷酸化酶b既可受AMP及Pi的變構(gòu)激活和ATP與cAMP的變構(gòu)抑制，又可通過磷酸化酶b激酶的磷酸化共價修飾而被激活，或受磷蛋白磷酸酶的脫磷酸作用而失活。二酶含量的調(diào)節(jié)：

除了通過改變酶分子的結(jié)構(gòu)以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的酶活性之外，機(jī)體還可以通過改變酶蛋白合成或降解的速度，即改變細(xì)胞內(nèi)酶的含量來調(diào)節(jié)代謝速度。這種調(diào)節(jié)方式見效較慢，通常在數(shù)小時以上才出現(xiàn)效應(yīng)。但一經(jīng)見效，持續(xù)時間較長，故稱為遲緩調(diào)節(jié)。（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏：

誘導(dǎo)酶（inducedenzyme）：在某種化合物作用下合成速度加快的酶。通常是催化分解代謝的酶。誘導(dǎo)劑（inducer）：能加速酶合成的化合物，在單細(xì)胞生物中通常是誘導(dǎo)酶的底物，在人和高等動物體內(nèi)激素是一些酶的重要的誘導(dǎo)劑。阻遏劑（repressor）：能減少酶合成的化合物，可受阻遏的酶通常是催化生物合成的酶。在單細(xì)胞生物中，阻遏劑通常是一條代謝途徑的終產(chǎn)物。在人和高等動物體內(nèi)激素是一些酶的重要阻遏劑。

舉例：（1）人和高等動物體內(nèi)的底物對酶合成的誘導(dǎo)：Hela細(xì)胞的培養(yǎng)基中加入精氨酸，可使精氨酸酶的合成增快3～5倍（2）人和高等動物體內(nèi)終產(chǎn)物對酶合成的阻遏作用，通常也是作用于催化起始反應(yīng)的限速酶：如人體內(nèi)β-羥β-甲基戊二酰輔酶A還原酶（3）人和高等動物體內(nèi)，激素調(diào)節(jié)酶的合成：胰島素能誘導(dǎo)糖酵解途徑中三個限速酶的合成胰島素又能阻遏糖異生途徑中四個限速酶的生成

（4）藥物和毒物對酶合成的誘導(dǎo)作用：苯巴比妥可促進(jìn)肝細(xì)胞微粒體上混合功能氧化酶的誘導(dǎo)生成苯巴比妥還能誘導(dǎo)肝細(xì)胞微粒體上葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶的合成苯巴比妥能促進(jìn)未結(jié)合膽紅素轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合膽紅素，有利于體內(nèi)膽紅素的排泄（二）酶蛋白降解的調(diào)節(jié)：改變酶蛋白的降解速度，也可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量。如饑餓時精氨酸酶的降解速度減慢，從而使該酶的活性增高。另外，溶酶體內(nèi)的蛋白水解酶可使細(xì)胞內(nèi)的酶降解。因此，影響蛋白水解活性的因素以及影響溶酶體酶釋放的因素均可影響酶蛋白的降解速度。第三節(jié)激素對代謝調(diào)節(jié)作用的機(jī)理組織特異性

效應(yīng)特異性

當(dāng)激素與靶細(xì)胞受體結(jié)合后，將信號傳入細(xì)胞內(nèi)，轉(zhuǎn)化為一系列的化學(xué)反應(yīng)，最終表現(xiàn)出激素的生理效應(yīng)。激素調(diào)節(jié)特點(diǎn)一激素通過細(xì)胞膜受體調(diào)節(jié)代謝的機(jī)理：

1.細(xì)胞膜通透性的改變：影響某些化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，使細(xì)胞內(nèi)代謝發(fā)生改變。2.細(xì)胞膜上酶活性的改變：引起細(xì)胞內(nèi)一系列的代謝改變，并出現(xiàn)相應(yīng)的生理效應(yīng)。3.細(xì)胞內(nèi)酶活性的改變：激素信號傳入細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞內(nèi)酶的化學(xué)修飾，使酶活性發(fā)生改變。二激素通過細(xì)胞內(nèi)受體調(diào)節(jié)代謝的機(jī)理：

不同的激素—受體復(fù)合物活化不同的基因，最后合成的蛋白質(zhì)也不相同。如子宮是雌二醇的靶細(xì)胞，雌二醇作用于子宮后誘導(dǎo)生成一種能活化RNA聚合酶的蛋白質(zhì)。由于RNA聚合酶活性增加，便促進(jìn)核內(nèi)各種RNA的合成，進(jìn)一步加速多種蛋白質(zhì)的合成，最終導(dǎo)致子宮肥大，代謝增強(qiáng)。小結(jié)：

代謝調(diào)節(jié)可分為三級水平，即細(xì)胞水平調(diào)節(jié)、激素水平調(diào)節(jié)和以中樞神經(jīng)系統(tǒng)為主導(dǎo)的整體調(diào)節(jié)。細(xì)胞水平調(diào)節(jié)主要通過改變關(guān)鍵酶的活性來實(shí)現(xiàn)。酶活性的