代谢调节

（metabolicregulation）生物代谢不断经受多种形式的调节以适应内外环境的变化。根据生物的进化程度不同，代谢调节大体上可分神经、激素和酶三个水平，而最原始、也最基本的是酶水平的调节。神经和激素水平的调节最终也通过酶起作用。代谢调节遵循最经济的原则。产能分解代谢的总速度不是简单地依细胞内燃料的浓度来决定，而受细胞需能量的控制。因此， 在任一时期，细胞都恰好消耗适合能量需要的营养物。例如，家蝇全速飞行时，由于飞行肌对 ATP 突加的需要，其氧和燃料的消耗在 1 秒钟内可增加百倍。生物大分子和构件分子的合成也受当时细胞需要的调节。生长中的大肠杆菌合成 20 种基本氨基酸中，每一种的速率和比例都正好符合那时组建新蛋白质的需要，任一种氨基酸的生产都不会过剩或不足。许多动植物能贮存供能和供碳的营养物如脂肪和多糖，但一般不能贮存蛋白质、核酸或简单的构件分子，只在需要时才合成它们。但植物种籽和动物卵细胞常含有胚生长所需氨基酸来源的大量贮存蛋白质。酶水平代谢调节主要有两种类型：一种是通过激活或抑制酶的催化活性，另一种是通过控制酶合成或降解的量。有下列几种重要方式。

别构调节 代谢途径的速率和方向主要依赖调节酶的量和活性，必需的不可逆反应是控制部位。代谢途径中第一个不可逆反应常是重要的控制因素，催化这些关键步骤的酶属于别构酶。这类酶是复杂的寡聚蛋白质，含有好几个亚基，它们除含催化部位外，还含有调节部位。一定的效应物与调节部位结合后可改变酶分子的构象，进而影响其催化活性。对酶的催化活性起激活作用的效应物称作正效应物，起抑制作用的为负效应物。效应物可以是底物、产物、代谢途径的终产物、核苷酸类化合物等。调节分解代谢的别构酶可被正效应物 ADP 或 AMP 激活而被负效应物 ATP 抑制。别构调节是最迅速的代谢调节方式，其中以终产物对代谢序列反应中早期步骤的抑制作用（反馈抑制）最为常见；如大肠杆菌中异亮氨酸抑制催化其合成代谢系列反应第一个步骤的酶。一条代谢途径中的别构酶也可对其他代谢途径的中间物或产物作出反应，不同酶系统的速度能用这种方式互相协调。

共价修饰 对酶分子的化学结构进行修饰也可影响酶的催化活性，其中最重要的是侧链羟基的磷酸化。例如，在糖原降解代谢中很重要的糖原磷酸化酶有 a、b 两种类型。a 型有充分的催化活性，b 型几乎没有催化活性。b 型酶经蛋白激酶的作用在酶分子中某一特定的丝氨酸羟基上引入一个磷酸

基，就转变为 a 型。a 型经蛋白磷酸酶水解脱去磷基团又可恢复成低活性的 b 型。生物可通过蛋白激酶和磷酸酶的作用影响磷酸化酶的活性，进而调节糖原的降解，蛋白激酶的活化又要经过几个步骤。所以，这种调节方式有放大效应，十分敏感；很少的信号物质便可产生迅速而巨大的效应。如肾上腺素刺激糖原的降解。

酶量调节 调节酶的合成和分解也受到调控。主要方式是调控酶的合成量。这是激活或阻止酶基因表达的结果。如大肠杆菌通常以葡萄糖为碳源， 在培养基中仅有乳糖而无葡萄糖时，乳糖可诱导大肠杆菌产生能分解乳糖为半乳糖和葡萄糖的β-半乳糖苷酶，从而使乳糖得以利用（见操纵子）。高等生物也有这种能力，如在饥饿状态下糖异生途径较活跃，此时该代谢途径中丙酮酸羟化酶的合成量增加了 10 倍。

区域化 真核细胞含有膜包裹着的多种细胞器，使各种酶和酶系被隔离在细胞的不同区域。如糖酵解、戊糖磷酸途径和脂肪酸合成的酶系存在于胞液中；而脂肪酸氧化、三羧酸循环和氧化磷酸化等过程在线粒体中进行。像糖异生和尿素合成这些过程又依赖胞液和线粒体两个区域中的反应相互影响。一些特定分子的命运依赖它们存在于胞液还是线粒体中；因此，它们穿过线粒体内膜的转运常被调节。例如，输入线粒体的脂肪酸比在胞液中酯化或输出的脂肪酸降解得更迅速。