第十三章代谢的调节控制
第一节概述
一切生物的生命都靠代谢的正常运转来维持。机体的代谢途径异常复杂，细胞作为生命活动的基本单位，它具有复杂的、精确的、有效的代谢调控系统，来维持代谢平衡。
代谢调节是指生物体根据环境的变化、生理活动的需要，自身对代谢反应速度进行调节和对代谢途径方向加以控制的机能。
不同的生物体代谢调节机制不同，生物体的代谢调节系统随着进化程度越高，变得越精细、越复杂。代谢的调节可以在不同水平上发生：
神经水平的调节
激素水平的调节
细胞水平的调节
前两种存在于高等生物，微生物中只存在细胞水平的调节。
本章仅介绍细胞水平的调节，这种调节存在于各种生物中。
中间代谢的一切反应几乎都是酶催化的反应，细胞调节主要是对酶的调节，它主要是通过调节细胞中酶分子的活性和数量来实现的。细胞水平的调节是高级水平调节的基础。
在一定意义上，酶是细胞调节的核心，代谢物（底物、产物）是调节因子，细胞本身的膜结构起着代谢定位和控制反应条件的保证作用。这几种要素共同构成了细胞调节的三种调节机制。细胞水平调节的三种调节机制
1、以膜结构和膜功能为基础的细胞结构效应；
2、以代谢途径和酶分子结构为基础的酶活性调节，它包括底物对酶的激活和终产物对酶的反馈
抑制；
3、以酶的合成系统为基础的酶量调节，它包括底物对酶合成系统的诱导作用和产物对酶合成系
统的阻遏作用。
第二节酶活性的调节
一、调节酶
调节酶的功能：①催化代谢途径中的特定反应。②它是一种调控元件，调节代谢速度和方向。根据功能不同，酶可分为：
静态酶：只具催化功能，不具调节功能，催化的反应一般是可逆的，反应速度快，能迅速达到平衡点。
调节酶：酶活性受调节因子的影响，催化的反应速度相对较慢，又称为限速酶或关键酶。
由限速酶催化的反应一般处于一条代谢途径的起始步骤或分支点、转换点上。
D E
A B C
F G H
e1往往是整个途径的调节酶，e3是分支途径1的调节酶，e5是分支途径2的调节酶。
如：在EMP途径中，催化第一步反应Glc→6-P-G的己糖激酶就是调节酶。
二、调节酶的种类和酶活调节机理
根据调节酶的活性调节机理和调控代谢的功能特点，调节酶的种类可分为：共价修饰酶、变构酶、同功酶、多功能酶等。
各种调节酶都具有无活性（低活性）和有活性（高活性）形式，在调节因子（又称效应物）作用下，调节酶可以在不同的活性形式之间发生可逆转化。
酶活性的基本调节机理可分为：变构调节，共价修饰调节，解聚、聚合调节
某种调节酶可能有一种以上的调节机理，而其中的一种调节机理是主要的。如变构酶以变构调节为主，有时也伴随发生解聚、聚合调节。
三、变构酶与酶活的变构调节机理
变构酶：是能在一些调节因子的影响下，通过构象的变化，引起酶活改变的酶。它可以调节代谢速度和代谢方向。
变构作用可分为：
变构激活：代谢底物作用于酶分子，使本来无活性或低活性的酶分子发生结构变化，成为有活性或高活性状态的酶。
变构抑制：通常是产物的反馈抑制。当终产物在细胞内积累到一定浓度时，会反作用于代谢途径的限速酶，使酶分子结构改变，活性降低，从而减慢代谢速度。
（一）变构酶的结构、性质特点
一般具有多亚基、多配基结合位点。
配基：能够与酶分子结合的物质（如：底物、激活剂、抑制剂、产物等）通称为酶的配基。
变构酶都是寡聚蛋白，四级结构是变构调节的结构基础。
酶分子除了有与底物结合的活性中心，还有与调节因子结合的调节中心（别构中心）。由相同亚基组成的变构酶，活性中心和调节中心在同一个亚基上；由不同亚基组成的变构酶，活性中心和调节中心不在同一个亚基上。
变构酶的变构作用具有协同效应。
协同效应：酶的一个亚基与配基结合，所发生的变构作用会影响整个酶分子的其它亚基发生相应的变化，改变其它亚基对后继配基分子的亲和力，这种现象称为协同效应。
协同效应可分为：正协同效应
负协同效应
（二）变构酶的动力学特征
能够满足米氏方程的酶称为米氏酶，由一条多肽链组成的静态酶属于米氏酶。而多数变构酶的v～[S]关系不符合米氏方程，不呈双曲线。例如，具有正协同效应的变构酶的v～[S]曲线呈S形。S形动力学曲线是正协同性质的反应。
对于米氏酶，v从10％Vmax增至90％Vmax时，[S]从0.11增至9，增加了81倍；对于正协同效应的变构酶，v从10％Vmax增至90％Vmax时，[S]从3增至9，仅增加3倍。由此可见，正协同效应的变构酶在一定的浓度范围内对[S]的变化很敏感，其v可以灵活调节。
有变构激活剂存在时，S形曲线中段变陡，表明酶对[S]变化的敏感性提高了，但敏感范围变窄；有变构抑制剂存在时，S形曲线中段变平坦，表明酶对[S]变化的敏感性减弱了，但敏感范围变宽。
利用v=90%Vmax时的[S]0.9与v=10%Vmax时的[S]0.1的比值可以区分三类酶：
正常情况下(米氏酶)：[S]0.9/[S]0.1=81
具有正协同效应的变构酶：[S]0.9/[S]0.1<81
具有负协同效应的变构酶：[S]0.9/[S]0.1>81
四、共价修饰酶及调节机理
又称共价调节酶。这类酶也有无活性和有活性两种基本形式。这类酶通过其他酶（修饰酶）的催化作用，在其酶蛋白的某些氨基酸残基上可逆的引入或去除共价修饰基团，从而发生分子共价结构和构象的变化，实现活性形式与非活性形式的互相转变。
共价修饰酶的化学修饰类型有：
磷酸化/去磷酸化
乙酰化/ 去乙酰化
腺(尿)苷酸化/去腺(尿)苷酸化
甲基化/去甲基化
S－S / SH 等等
酶酶－P
去磷酸化形式磷酸化形式
磷酸化增加活性的酶磷酸化降低活性的酶
糖原磷酸化酶糖原合成酶
