生物化学代谢调节

生物化学代谢调节第一节概述一、代谢调节的意义：

使各代谢反应能协调进行，使代谢反应的速度适应体内外环境的变化的调控称为代谢调节。代谢调节机制对机体维持正常的生命活动是必需的，若某一环节发生障碍，则会引起代谢紊乱而发生疾病，甚者导致死亡。

二代谢调节的基本方式：

调节

单细胞生物的代谢调节仅限于细胞水平，而高等动物体内存在着以下三个水平的代谢调节方式。细胞水平的调节器官水平的调节

整体水平上的调节（一）细胞水平的调节细胞水平的调节主要是通过细胞内代谢物浓度的改变来调节酶促反应的速度，这是最原始的调节方式。（二）器官水平的调节内分泌细胞所分泌的激素成为器官水平调节的重要物质。激素作用于靶细胞或靶器官，改变其中代谢物的浓度，或改变其中某些酶的催化能力或含量，从而影响代谢反应的速度。（三）整体水平的调节：高等动物不但有完整的内分泌系统而且有功能复杂的神经系统。神经系统可以释放神经递质，能直接影响组织中的代谢，又能影响内分泌腺的活动，改变激素分泌的速度，间接地对机体代谢进行综合调节。后一种方式通常称为神经—体液调节。内外环境的变化都可以通过神经—体液活动的改变来影响代谢的速度，以使代谢速度适应环境的变化。特点：当细胞内某种代谢物的浓度发生改变时，某种酶催化的酶促反应速度也发生改变，因而对代谢速度起到调节作用。影响酶促反应速度的方式：1.酶结构的调节：当某种代谢物的浓度发生改变时，通过一定的作用使细胞内原有的某种酶分子的结构发生改变，以致其催化活性也发生改变，从而改变了酶促反应速度。2.酶含量的调节：当某种代谢物的浓度发生改变时，通过一定的作用使细胞内其种酶分子的合成或降解的速度发生改变，以致细胞内的酶含量发生变化，从而影响了酶促反应的速度。第二节细胞水平的调节限速酶（rate－limitingenzyme）：一个代谢途径中受到调节的酶只是少数几种甚至只有一种，通常称这类酶为限速酶。特点：只催化单向反应在整个代谢途径中反应速度较慢的一个环节活性的改变还可能影响整个反应进行的方向一、酶结构的调节：

两种形式：别构调节酶蛋白的化学修饰调节酶结构的调节，一般在数秒钟或数分钟内即出现效应，称为快速调节。（一）别构调节（allostericregulation）：概念：有些酶分子在空间至少有两个不同的部位，一个为催化部位，一个为调节部位。某些物质可以与这种酶的调节部位相互作用而使酶分子构象发生改变，进而使催化部位受到影响，导致酶的催化活性改变，这种现象称为酶的别构调节,或称别位调节、变构调节。别构激活剂（allostericeffector）：凡能使酶分子发生此种构象变化的物质称为别构效应剂，其中能引起酶活性增高者。别构抑制剂：引起酶活性降低者别构酶（allostericenzyme）：具有别构调节作用的酶腺苷酸对磷酸果糖激酶的别构调节：磷酸果糖激酶是糖酵解途径中重要的限速酶。ATP是该酶的别构抑制剂，而ADP、AMP和磷酸是该酶的别构激活剂。细胞内ADP、AMP和磷酸的浓度总是与ATP的浓度呈相反的变化。糖氧化分解ATP浓度升高ADP等浓度下降

磷酸果糖激酶活性降低

糖分解变慢或停止

细胞活动增加ATP浓度下降而ADP等浓度升高磷酸果糖激酶活性增加糖分解加快

嘌呤核苷酸对酰胺转移酶的反馈抑制：酰胺转移酶是嘌呤核苷酸合成代谢途径的第一个酶，而是嘌呤核苷酸是该途径的终产物。多种嘌呤核苷酸是酰胺转移酶的别构抑制剂。

嘌呤核苷酸浓度增高酰胺转移酶被抑制嘌呤核苷酸的合成速度减慢

嘌呤核苷酸浓度下降

酰胺转移酶活性增高嘌呤核苷酸的合成速度加快（二）酶蛋白的化学修饰调节：概念：酶蛋白分子上的化学基团在另一种酶的催化下发生一定的化学变化，称为酶蛋白的化学修饰。通过化学修饰，酶的活性也发生变化。

酶化学修饰的特点：①被修饰的酶在细胞内有两种形式，一种形式有催化活性，一种形式在一般情况下没有活性。②酶的两种形式，通过酶促化学修饰互相转变，而且它们互变的正逆两向反应由不同的酶催化。③催化化学修饰的酶受其它调节物的调节。④化学修饰是酶催化的反应，催化剂量的调节物就足以使全部被修饰的酶改变活性，其效率常比别构调节高。而且化学修饰多在多级酶促反应的基础上进行，故有放大作用。

变构调节与化学修饰调节只是调节酶活性的两种不同方式，细胞内同一酶可受这两种调节方式双重调节，二者相辅相成，对细胞水平代谢调节的顺利进行及内环境的稳定具有重要意义。例如磷酸化酶b既可受AMP及Pi的变构激活和ATP与cAMP的变构抑制，又可通过磷酸化酶b激酶的磷酸化共价修饰而被激活，或受磷蛋白磷酸酶的脱磷酸作用而失活。二酶含量的调节：

除了通过改变酶分子的结构以调节细胞内的酶活性之外，机体还可以通过改变酶蛋白合成或降解的速度，即改变细胞内酶的含量来调节代谢速度。这种调节方式见效较慢，通常在数小时以上才出现效应。但一经见效，持续时间较长，故称为迟缓调节。（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏：

诱导酶（inducedenzyme）：在某种化合物作用下合成速度加快的酶。通常是催化分解代谢的酶。诱导剂（inducer）：能加速酶合成的化合物，在单细胞生物中通常是诱导酶的底物，在人和高等动物体内激素是一些酶的重要的诱导剂。阻遏剂（repressor）：能减少酶合成的化合物，可受阻遏的酶通常是催化生物合成的酶。在单细胞生物中，阻遏剂通常是一条代谢途径的终产物。在人和高等动物体内激素是一些酶的重要阻遏剂。

举例：（1）人和高等动物体内的底物对酶合成的诱导：Hela细胞的培养基中加入精氨酸，可使精氨酸酶的合成增快3～5倍（2）人和高等动物体内终产物对酶合成的阻遏作用，通常也是作用于催化起始反应的限速酶：如人体内β-羟β-甲基戊二酰辅酶A还原酶（3）人和高等动物体内，激素调节酶的合成：胰岛素能诱导糖酵解途径中三个限速酶的合成胰岛素又能阻遏糖异生途径中四个限速酶的生成

（4）药物和毒物对酶合成的诱导作用：苯巴比妥可促进肝细胞微粒体上混合功能氧化酶的诱导生成苯巴比妥还能诱导肝细胞微粒体上葡萄糖醛酸转移酶的合成苯巴比妥能促进未结合胆红素转变为结合胆红素，有利于体内胆红素的排泄（二）酶蛋白降解的调节：改变酶蛋白的降解速度，也可调节细胞内酶的含量。如饥饿时精氨酸酶的降解速度减慢，从而使该酶的活性增高。另外，溶酶体内的蛋白水解酶可使细胞内的酶降解。因此，影响蛋白水解活性的因素以及影响溶酶体酶释放的因素均可影响酶蛋白的降解速度。第三节激素对代谢调节作用的机理组织特异性

效应特异性

当激素与靶细胞受体结合后，将信号传入细胞内，转化为一系列的化学反应，最终表现出激素的生理效应。激素调节特点一激素通过细胞膜受体调节代谢的机理：

1.细胞膜通透性的改变：影响某些化合物的转运过程，使细胞内代谢发生改变。2.细胞膜上酶活性的改变：引起细胞内一系列的代谢改变，并出现相应的生理效应。3.细胞内酶活性的改变：激素信号传入细胞内，引起细胞内酶的化学修饰，使酶活性发生改变。二激素通过细胞内受体调节代谢的机理：

不同的激素—受体复合物活化不同的基因，最后合成的蛋白质也不相同。如子宫是雌二醇的靶细胞，雌二醇作用于子宫后诱导生成一种能活化RNA聚合酶的蛋白质。由于RNA聚合酶活性增加，便促进核内各种RNA的合成，进一步加速多种蛋白质的合成，最终导致子宫肥大，代谢增强。小结：

代谢调节可分为三级水平，即细胞水平调节、激素水平调节和以中枢神经系统为主导的整体调节。细胞水平调节主要通过改变关键酶的活性来实现。酶活性的