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字词 代谢调节
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释义

代谢调节metabolic regulation

生物体对自身代谢过程的调控作用。生物对其体内错综复杂的代谢过程不断地进行调整和改变,建立新的代谢平衡,以满足自身生长发育的需要和适应外界环境的变化。生物进化程度愈高,其代谢调节机制就愈复杂和完善,对环境的适应能力也就愈强。可分为酶水平的调节、激素水平的调节和神经水平的调节。代谢过程是在酶催化下进行的,酶水平的调节是一切生物所共有的最基本的调节方式,即通过基因表达的调控而改变细胞内酶浓度,或通过代谢物改变酶活性来调节代谢过程。激素水平的调节是动物和植物都具有的调节方式,而神经水平的调节则为人和脊椎动物所特有。

代谢调节

代谢调节

在人类的生命过程中,人体内的新陈代谢是许多物质代谢通路的总和。这些物质代谢是由许多相关而非常复杂的代谢通路所组成。在这些代谢通路中有一系列由酶调节的生物化学反应,在人类生命的过程中,继续不断地有规律地按一定速度和质量变化进行,使人体能适应内外环境的变化而维持着体内各种物质的动态平衡。由于酶的调节,在正常人体内不致有某些代谢产物的不足或过剩,也不致发生某些原料的缺乏或积聚,因此各种物质在血或细胞内外体液中的浓度,人体内的总量均能保持在正常范围内。这种酶的调节是分子水平的代谢调节。
实际上代谢调节是生物界的普遍现象,是生物在进化过程中逐步形成的适应环境的能力。生物的进化愈高级,其代谢调节的机构愈复杂。在单细胞生物中仅能通过细胞内代谢产物浓度的变化调节酶的活性和生化反应,故仅有细胞水平的代谢调节。当生物界进化发展成多细胞生物,或发生了脏器,则有某些细胞和组织形成内分泌系统而分泌激素,从而调节酶或酶系,再间接调节代谢;当生物发展至高等动物时,更有神经系统的发生,于是在中枢神经系统的控制下,通过神经递质对内分泌系统的调节或直接对脏器或组织中的效应器发生调节作用,于是酶在神经体液系统的错综复杂调节作用下改变代谢反应,使高等动物更有效而灵敏地适应内外环境的瞬息多变。因此在人体内可大致分为三个水平的调节,其中最原始而基本的是细胞水平或分子水平的酶系调节 其次是激素水平的调节,最复杂的是整体的神经、内分泌(或体液)的调节。总称为代谢调节。
在人体的代谢过程中,某一代谢通路速度的改变并非取决于全部酶系的活性改变,仅与其中某些或一个酶的活性有关,这个酶称为关键酶或限速酶,其活性往往决定整个生化反应的总速度与方向。如在糖异生的一系列生化反应中,由于ATP/AMP的比值增加,激活果糖1,6-二磷酸酶是一个关键,使糖异生的生化反应顺利进行。同时还抑制磷酸果糖激酶与丙酮酸激酶,从而抑制糖酵解。这些酶都是决定生化反应速度与方向的关键酶。酶在细胞内可位于胞质中,如糖酵解中的多种酶和脂肪代谢中脂肪合成酶; 三羧酸循环、β-氧化和氧化磷酸化酶系则位于线粒体内; 核酸合成酶系则位于核内。这些酶与代谢产物相互调节使整个葡萄糖及脂肪代谢等顺利进行。
人体内细胞水平酶系调节有二种方式: 一种是快速调节,一般在数秒或数分钟内发生,是通过激活或抑制体内原有的酶调节酶促反应速度,在各种客观条件 (包括pH、温度、底物、辅酶、激活剂或抑制剂等)不变的情况下,酶促反应速度改变取决于酶分子结构的改变; 另一种是迟缓调节,一般需经数小时才能实现,这主要是通过改变酶分子合成或降解的速度而调节酶分子的含量。
酶结构的调节控制有二种方式:
❶别位调节: 又称变构调节,是酶蛋白分子受到代谢产物影响而发生空间构型的改变,进而改变酶的活性、这些酶称为别位酶。凡能使酶分子发生变构作用的物质称为变构剂。如变构后使酶激活称为激活变构剂;反之使酶抑制或降解,称为抑制变构剂。如在糖酵解过程中磷酸果糖激酶为别位酶,AMP、ADP、FDP、Pi为激活变构剂,ATP、柠檬酸与异柠檬酸为抑制变构剂。
❷酶蛋白的化学修饰调节: 是酶蛋白肽链上的某些基因可在另一种酶的催化下发生的化学变化,如磷酸化或SH基和—S—S—基互变等,这种作用称为酶的化学修饰,通过此作用而改变酶活性,是人体内另一种快速代谢调节方式。
酶含量的调节是指通过改变酶的合成或降解速度调节细胞内酶含量,从而调节代谢速度。酶蛋白合成的调节有诱导与阻抑二方面,与诱导合成有关的因素有底物浓度、激素与某些药物等,与阻抑合成有关的因素有产物浓度等。受酶作用的底物可诱导该酶的合成,如进食后血中氨基酸浓度升高,可诱导此种氨基酸分解酶系中催化起始反应的酶,如酪氨酸转氨酶、鸟氨酸转氨酶、苏氨酸脱水酶、色氨酸吡咯酶等,促进氨基酸代谢,从而维持这些游离氨基酸的血浓度等相对恒定。激素对酶的合成亦有诱导作用,如糖皮质激素能诱导一些氨基酸分解代谢的起始反应酶与糖异生代谢中关键酶,而胰岛素能诱导糖酵解与脂肪合成的关键酶等。许多药物对酶合成的诱导有促进作用,如很多药物和毒物可促使肝细胞微粒体内混合功能氧化酶等代谢酶的诱导合成,从而促进本身或其他药物的氧化失活,这是属于底物对酶合成的诱导作用,对防止药物或毒物的积聚中毒有重要意义。许多代谢产物往往不仅可通过别位调节直接抑制关键酶,包括催化起始反应的酶,而且可阻抑这些酶合成,如β羟、β甲戊二酰辅酶A(HMGCoA) 还原酶是胆固醇生物合成通路中的关键酶,受到胆固醇的反馈阻抑,故进食的胆固醇可抑制内源性胆固醇的合成,使体内胆固醇维持于恒定水平。
调节酶蛋白合成的物质可分二大类,促进酶合成者称为诱导剂,抑制酶合成者称阻抑剂。此二者可在转录水平或翻译水平影响酶蛋白合成,尤以影响转录为较常见。由于调节作用须通过酶蛋白合成,故调节效应出现较迟。
酶分子降解的调节,也是迟缓调节细胞内酶含量的另一方式。但其重要性不及调节酶合成,如溶酶体中蛋白质水解酶能催化酶蛋白降解,对酶分子起调节作用。
综上所述均属细胞水平的酶系调节。人体内激素对代谢的调节是高等动物体内重要调节方式。接受激素的部位可位于细胞膜、胞质或核内,称为激素受体。通过细胞膜受体起作用者为肽类、蛋白质类、儿茶酚胺类 (包括肾上腺素与去甲肾上腺素)以及前列腺素(E1)。通过细胞质与核内受体起作用者为类固醇激素、维生素D,通过核内染色体起作用者为甲状腺激素,主要为T3及T4的代谢产物。激素对代谢的调节作用和激素作用原理详见内分泌总论。
在人体生命过程中,调节代谢总的功能是由神经与体液系统(包括内分泌)相互协调、相互制约基础上达到整体调节的,使人体代谢能适应内外多变的环境而维持内环境的相对恒定,如饥饿、应激、运动,各种精神刺激、温度改变、气压改变等等复杂条件下的适应能力,均取决于神经与内分泌的相互关系及其对代谢调节。

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