代謝調節

一切生物的生命都靠代謝的正常運轉來維持。機體的代謝途徑異常複雜，一個細菌細胞內的代謝反應已經在一千種以上，其它高級生物的代謝反應之複雜就可想而知了。正常機體有其精巧細緻的代謝調節機構，故能使錯綜複雜的代謝反應能按一定規律有條不紊的進行。如果有任何原因使任何調節機構失靈都會妨礙代謝的正常運轉，故而導致不同程度的生理異常，產生疾病，甚至死亡，所以代謝調節對生命的存亡關係極大。

根據生物的進化程度不同，代謝調節大體上可分神經、激素和酶三個水平，而最原始、也最基本的是酶水平的調節。神經和激素水平的調節最終也通過酶起作用。

代謝調節遵循最經濟的原則。產能分解代謝的總速度不是簡單地依細胞內燃料的濃度來決定，而受細胞需能量的控制。因此，在任一時期，細胞都恰好消耗適合能量需要的營養物。例如，家蠅全速飛行時，由於飛行肌對ATP突加的需要，其氧和燃料的消耗在1秒鐘內可增加百倍。生物大分子和構件分子的合成也受當時細胞需要的調節。生長中的大腸桿菌合成20種基本氨基酸中，每一種的速率和比例都正好符合那時組建新蛋白質的需要，任一種氨基酸的生產都不會過剩或不足。許多動植物能貯存供能和供碳的營養物如脂肪和多糖，但一般不能貯存蛋白質、核酸或簡單的構件分子，只在需要時才合成它們。但植物種籽和動物卵細胞常含有胚生長所需氨基酸來源的大量貯存蛋白質。酶水平代謝調節主要有兩種類型：一種是通過激活或抑制酶的催化活性，另一種是通過控制酶合成或降解的量。有下列幾種重要方式。

代謝途徑的速率和方向主要依賴調節酶的量和活性，必需的不可逆反應是控制部位。代謝途徑中第一個不可逆反應常是重要的控制因素，催化這些關鍵步驟的酶屬於別構酶。這類酶是複雜的寡聚蛋白質，含有好幾個亞基，它們除含催化部位外，還含有調節部位。一定的效應物與調節部位結合后可改變酶分子的構象，進而影響其催化活性。對酶的催化活性起激活作用的效應物稱作正效應物，起抑制作用的為負效應物。效應物可以是底物、產物、代謝途徑的終產物、核苷酸類化合物等。調節分解代謝的別構酶可被正效應物ADP或AMP激活而被負效應物ATP抑制。別構調節是最迅速的代謝調節方式，其中以終產物對代謝序列反應中早期步驟的抑制作用（反饋抑制）最為常見；如大腸桿菌中異亮氨酸抑制催化其合成代謝系列反應第一個步驟的酶。一條代謝途徑中的別構酶也可對其他代謝途徑的中間物或產物作出反應，不同酶系統的速度能用這種方式互相協調。

對酶分子的化學結構進行修飾也可影響酶的催化活性，其中最重要的是側鏈羥基的磷酸化。例如，在糖原降解代謝中很重要的糖原磷酸化酶有a、b兩種類型。a型有充分的催化活性，b型幾乎沒有催化活性。b型酶經蛋白激酶的作用在酶分子中某一特定的絲氨酸羥基上引入一個磷酸基，就轉變為a型。a型經蛋白磷酸酶水解脫去磷基團又可恢復成低活性的b型。生物可通過蛋白激酶和磷酸酶的作用影響磷酸化酶的活性，進而調節糖原的降解，蛋白激酶的活化又要經過幾個步驟。所以，這種調節方式有放大效應，十分敏感；很少的信號物質便可產生迅速而巨大的效應。如腎上腺素刺激糖原的降解。

調節酶的合成和分解也受到調控。主要方式是調控酶的合成量。這是激活或阻止酶基因表達的結果。如大腸桿菌通常以葡萄糖為碳源，在培養基中僅有乳糖而無葡萄糖時，乳糖可誘導大腸桿菌產生能分解乳糖為半乳糖和葡萄糖的β-半乳糖苷酶，從而使乳糖得以利用（見操縱子）。高等生物也有這種能力，如在飢餓狀態下糖異生途徑較活躍，此時該代謝途徑中丙酮酸羥化酶的合成量增加了10倍。

真核細胞含有膜包裹著的多種細胞器，使各種酶和酶系被隔離在細胞的不同區域。如糖酵解、戊糖磷酸途徑和脂肪酸合成的酶系存在於胞液中；而脂肪酸氧化、三羧酸循環和氧化磷酸化等過程在線粒體中進行。像糖異生和尿素合成這些過程又依賴胞液和線粒體兩個區域中的反應相互影響。一些特定分子的命運依賴它們存在於胞液還是線粒體中；因此，它們穿過線粒體內膜的轉運常被調節。例如，輸入線粒體的脂肪酸比在胞液中酯化或輸出的脂肪酸降解得更迅速。

人體中的代謝調節包括糖類、蛋白質、鈣、納等營養物質的代謝調節。其中，最受到醫學家關注的是糖類代謝異常，臨床表現為糖尿病等。如果有糖尿病相關癥狀，需及時就醫，科學飲食。

當人體器官發生功能性病變的時候，常常會產生代謝調節障礙問題，而導致相關疾病。例如apoB代謝調節障礙現被研究是否與冠心病有關。引起代謝調節障礙的原因和情況往往比較複雜，需要臨床分析。