細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)

　　一、細(xì)胞內(nèi)酶的分隔分布

　　從物質(zhì)代謝過程中可知，酶在細(xì)胞內(nèi)是分隔著分布的。代謝上有關(guān)的酶，常常組成一個酶體系，分布在細(xì)胞的某一組分中，例如,糖酵解酶系和糖元合成、分解酶系存在于胞液中；三羧酸循環(huán)酶系和脂肪酸β-氧化酶系定位于線粒體；核酸合成的酶系則絕大部分集中在細(xì)胞核內(nèi)。這樣的酶的隔離分布為代謝調(diào)節(jié)創(chuàng)造了有利條件，使某些調(diào)節(jié)因素可以較為專一地影響某一細(xì)胞組分中的酶的活性，而不致影響其他組分中的酶的活性，從而保證了整體反應(yīng)的有序性。一些代謝物或離子在各細(xì)胞組分間的穿梭移動也可以改變細(xì)胞中某些組分的代謝速度。例如，在胞液中生成的脂酰輔酶A主要用于合成脂肪；但在肉毒堿的作用下，經(jīng)肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶的催化，脂酰輔酶A可進(jìn)入線粒體，參與β-氧化的過程。又如，Ca＋＋從肌細(xì)胞線粒體中出來,可以促進(jìn)胞液中的糖元分解，而Ca＋＋進(jìn)入線粒體則有利于糖元合成。

　　物質(zhì)代謝實質(zhì)上是一系列的酶促反應(yīng)，代謝速度的改變并不是由于代謝途徑中全部酶活性的改變，而常常只取決于某些甚至某一個關(guān)鍵酶活性的變化。此酶通常是整條通路中催化最慢一個反應(yīng)的酶，稱為限速酶。它的活性改變不但可以影響整個酶體系催化反應(yīng)的總速度，甚至還可以改變代謝反應(yīng)的方向。如，細(xì)胞中ATP/AMP的比值增加，可以抑制磷酸果糖激酶(和丙酮酸激酶)的活性，這不但減慢了糖酵解的速度，還可以通過激活果糖-1，6-二磷酸酶而使糖代謝方向傾向于糖異生。因此，改變某些關(guān)鍵酶的活性是體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)的一種重要方式。醫(yī)學(xué)全在線www.med126.com

　　人體代謝的細(xì)胞水平調(diào)節(jié)，從速度方面來說有兩種方式，一種是快速調(diào)節(jié)，一般在數(shù)秒或數(shù)分鐘內(nèi)即可發(fā)生。這種調(diào)節(jié)是通過激活或抑制體內(nèi)原有的酶分子來調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)速度的，是在溫度、pH、作用物和輔酶等因素不變的情況下，通過改變酶分子的構(gòu)象或?qū)γ阜肿舆M(jìn)行化學(xué)修飾來實現(xiàn)酶促反應(yīng)速度的迅速改變的。另一種是遲緩調(diào)節(jié)，一般經(jīng)數(shù)小時后才能實現(xiàn)。這種方式主要是通過改變酶分子的合成或降解速度來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶分子的含量�，F(xiàn)將這兩類調(diào)節(jié)作用分述如下：

　　二、酶分子結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)

　　(一)變構(gòu)調(diào)節(jié)

　　1.變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念　某些物質(zhì)能與酶分子上的非催化部位特異地結(jié)合，引起酶蛋白的分子構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變酶的活性，這種現(xiàn)象稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)或稱別位調(diào)節(jié)(allosteric regulation)。受這種調(diào)節(jié)作用的酶稱為別構(gòu)酶或變構(gòu)酶(allosteric enzyme)，能使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)稱為變構(gòu)效應(yīng)劑(allosteric effector);如變構(gòu)后引起酶活性的增強(qiáng)，則此效應(yīng)劑稱為激活變構(gòu)劑(allosteric activator)或正效應(yīng)物；反之則稱為抑制變構(gòu)劑(allosteric inhibitor)或負(fù)效應(yīng)物。變構(gòu)調(diào)節(jié)在生物界普遍存在，它是人體內(nèi)快速調(diào)節(jié)酶活性的一種重要方式。現(xiàn)將某些代謝途徑的變構(gòu)效應(yīng)劑列表如下：��

表9-1　糖和脂肪代謝酶系中某些變構(gòu)酶及其變構(gòu)效應(yīng)劑

　　2.變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義　變構(gòu)效應(yīng)在酶的快速調(diào)節(jié)中占有特別重要的地位。在前面已經(jīng)提及，代謝速度的改變，常常是由于影響了整條代謝通路中催化第一步反應(yīng)的酶或整條代謝反應(yīng)中限速酶的活性而引起的。這些酶對底物不遵守米曼氏動力學(xué)原則。它們往往受到一些代謝物的抑制或激，這些抑制或激活作用大多是通過變構(gòu)效應(yīng)來實現(xiàn)的。因而,這些酶的活力可以極靈敏地受到代謝產(chǎn)物濃度的調(diào)節(jié)，這對機(jī)體的自身代謝調(diào)控具有重要的意義。例如，變構(gòu)酶對于人體能量代謝的調(diào)節(jié)具有重要意義。在休息狀態(tài)下，機(jī)體能量消耗降低，ATP在細(xì)胞內(nèi)積聚，而ATP是磷酸果糖激酶的抑制變構(gòu)劑，所以導(dǎo)致F－6－P和G－6－P的積聚，G－6－P又是已糖激酶的抑制變構(gòu)劑，從而減少葡萄糖的氧化分解。同時，ATP也是丙酮酸激酶和檸檬酸合成酶的抑制變構(gòu)劑，更加強(qiáng)了對葡萄糖氧化分解的抑制，從而減少了ATP的進(jìn)一步生成。反之，當(dāng)體內(nèi)ATP減少而ADP或AMP增加時，AMP則可抑制果糖��1，6－二磷酸酶，降低糖異生，同時激活磷酸果糖激酶和檸檬酸合成酶等酶，加速糖的分解氧化，利于體內(nèi)ATP的生成。這樣，通過變構(gòu)調(diào)節(jié)，使體內(nèi)ATP的生成不致過多或過少，保證了機(jī)體的能源被有效利用。

圖9－1　變構(gòu)酶的底物濃度曲線

　　3.變構(gòu)調(diào)節(jié)的機(jī)理　目前已知，能受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶，常常是由兩個以上亞基組成的聚合體。有的亞基與作用物結(jié)合，起催化作用，稱為催化亞基；有的亞基與變構(gòu)劑結(jié)合，發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，稱調(diào)節(jié)亞基。但也可在同一亞基上既存在催化部位又存在調(diào)節(jié)部位。變構(gòu)劑與調(diào)節(jié)亞基(或部位)間是非共價鍵的結(jié)合，結(jié)合后改變酶的構(gòu)象(如,變?yōu)槭杷苫蚓o密)，從而使酶活性被抑制或激活。變構(gòu)酶與米－曼氏酶不同，其動力學(xué)不符合米曼氏方程式：酶促反應(yīng)速度和作用物濃度的關(guān)系曲線不呈矩形而常常呈S形，S形曲線與氧合血紅蛋白的解離曲線相似(圖9－1)。

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