生物化學與分子生物學/酶含量調節

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生物化學與分子生物學

物質代謝調節
- 細胞水平的代謝調節
  - 細胞內酶的分隔分布
  - 酶分子結構的調節
  - 酶含量調節

除通過改變酶分子的結構來調節細胞內原有酶的活性外，生物體還可通過改變酶的合成或降解速度以控制酶的絕對含量來調節代謝。要升高或降低某種酶的濃度，除調節酶蛋白合成的誘導和阻遏過程外，還必須同時控制酶降解的速度，現分述如下：

(一)酶蛋白合成的誘導和阻遏

酶的底物或產物、激素以及藥物等都可以影響酶的合成。一般將加強酶合成的化合物稱為誘導劑(inducer)，減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor)。誘導劑和阻遏劑可在轉錄水平或翻譯水平影響蛋白質的合成，但以影響轉錄過程較為常見。這種調節作用要通過一系列蛋白質生物合成的環節，故調節效應出現較遲緩。但一旦酶被誘導合成，即使除去誘導劑，酶仍能保持活性，直至酶蛋白降解完畢。因此，這種調節的效應持續時間較長。

1.底物對酶合成的誘導作用　受酶催化的底物常常可以誘導該酶的合成，此現象在生物界普遍存在。高等動物體內，因有激素的調節作用，底物誘導作用不如微生物體內重要，但是,某些代謝途徑中的關鍵酶也受底物的誘導調節。例如，若鼠的飼料中酪蛋白含量從8%增至70%，則鼠肝中的精氨酸酶的活性可增加2?倍。在食物消化吸收後，血中多種胺基酸的濃度增加，胺基酸濃度的增加又可以誘導胺基酸分解酶體系中的關鍵酶，如蘇氨酸脫水酶和酪氨酸轉氨酶等酶的合成。這種誘導作用對於維持體內游離胺基酸濃度的相對恆定有一定的生理意義。

2.產物對酶合成的阻遏　代謝反應的終產物不但可通過變構調節直接抑制酶體系中的關鍵酶或起催化起始反應作用的酶，有時還可阻遏這些酶的合成。例如，在膽固醇的生物合成中，β－羥－β－甲基戊二醯輔酶A(HMgCoA)還原酶是關鍵酶，它受膽固醇的反饋阻遏。但這種反饋阻遏只在肝臟和骨髓中發生，腸粘膜中膽固醇的合成似乎不受這種反饋調節的影響。因此攝食大量膽固醇，漿膽固醇仍有升高的危險。此外，如δ-氨基-γ-酮戊酸(ALA)合成酶，它是血紅素合成酶系中的起始反應酶，它受血紅素的反饋阻遏。

3.激素對酶合成的誘導作用　激素是高等動物體內影響酶合成的最重要的調節因素。糖皮質激素能誘導一些胺基酸分解代謝中起催化起始反應作用的酶和糖異生途徑關鍵酶的合成，而胰島素則能誘導糖酵解和脂肪酸合成途徑中的關鍵酶的合成。

4.藥物對酶合成的誘導作用

很多藥物和毒物可促進肝細胞微粒體中單加氧酶(或稱混合功能氧化酶)或其他一些藥物代謝酶的誘導合成，從而促進藥物本身或其他藥物的氧化失活，這對防止藥物或毒物的中毒和累積有著重要的意義。其作用的本質，也屬於底物對酶合成的誘導作用。另一方面,它也會因此而導致出現耐藥現象。如，長期服用苯巴比妥的病人，會因苯巴比妥誘導生成過多的單加氧酶而使苯巴比妥藥效降低。氨甲喋呤治療腫瘤時，也可因誘導葉酸還原酶的合成而使原來劑量的氨甲喋呤不足而出現藥物失效現象。

(二)酶分子降解的調節

細胞內酶的含量也可通過改變酶分子的降解速度來調節。飢餓情況下，精氨酸酶的活性增加，主要是由於酶蛋白降解的速度減慢所致。飢餓也可使乙醯輔酶A羧化酶濃度降低，這除了與酶蛋白合成減少有關外，還與酶分子的降解速度加強有關。苯巴比妥等藥物可使細胞色素b5和NADPH－細胞色素P450還原酶降解減少，這也是這類藥物使單加氧酶活性增強的一個原因。

酶蛋白受細胞內溶酶體中蛋白水解酶的催化而降解，因此,凡能改變蛋白水解酶活性或蛋白水解酶在溶酶體內分布的因素，都可間接地影響酶蛋白的降解速度。有關情況尚了解不多。總之，通過酶降解以調節酶含量的重要性不如酶的誘導和阻遏作用。