第15章代謝(劉建華)

1、BiochemistrySixth EditionChapter 15:Metabolism:Basic Concepts and DesignCopyright 2007 by W. H. Freeman and Company Berg Tymoczko Stryer 蜂鳥(hummingbirds)有驚人的耐力。例如，脖子處像紅寶石的蜂鳥所儲存的燃料能連續(xù)地飛過距離達500公里的墨西哥灣。原因在于蜂鳥能夠將燃料轉化成細胞可使用的ATP能源（結構如右圖），使之能夠飛躍如此距離。生物化學的基本問題：生物化學的基本問題：1. 細胞如何從環(huán)境獲取能量？2. 細胞如何制造生物大分子的合成原料，并用

2、這些原料合成自身的生物大分子？ 細胞將很多化學反應整合在一起構成化學反細胞將很多化學反應整合在一起構成化學反應網絡來執(zhí)行這些生物過程，這種反應網絡稱之應網絡來執(zhí)行這些生物過程，這種反應網絡稱之為代謝（為代謝（metabolism）或中間代謝）或中間代謝(intermediary metabolism)。 每種生物的細胞體內有1000多種化學反應。數(shù)量雖大，但有很多共同的特征。能源分子共同、活化中間體數(shù)量有限、化學反應的種類不多、反應機制也相當簡單、調節(jié)模式相同。15.1 代謝由很多偶聯(lián)的、相互關聯(lián)的化學代謝由很多偶聯(lián)的、相互關聯(lián)的化學反應構成反應構成生物需要連續(xù)輸入能量的目的是：（1）機械做功

3、（肌肉收縮和細胞運動）（2）分子和離子的主動運輸（3）利用簡單前體合成生物大分子和其 他生物分子。能量來源于環(huán)境能量來源于環(huán)境。光養(yǎng)生物(phototrophs)，攝取太陽能量獲得自由能；化學能養(yǎng)生物(chemotrphs)氧化光養(yǎng)合成的食物獲取自由能。圖15.1 葡萄糖代謝。經過10步反應葡萄糖代謝成丙酮酸。后者代謝成乳酸(厭氧條件)或乙酰-CoA （有氧條件）。隨后乙酰-CoA分子乙?；荚颖谎趸蒀O2。代謝途徑有產能反應和耗能反應代謝途徑有產能反應和耗能反應 代謝是從特定分子起始的一串相互關聯(lián)的化學反應，這串化學反應以特定方式將起始分子轉化成其他分子（圖15.1）。細胞有很多代謝途徑

4、（圖15.2）。這些代謝途徑相互依存，其中多數(shù)以別構酶調節(jié)的方式相互協(xié)調。圖15.2 代謝途徑。代謝途徑分為兩大類：代謝途徑分為兩大類：（1）分解代謝(catabolism, catabolic reactions) ：將燃料分子的能量轉化成生物體可以利用的能量形式； 燃料 分解代謝 CO2 + H2O + 可用能量（2）合成代謝(anabolism, anabolic reactions) ：需要輸入能量才能進行的代謝途徑。 可用能量+簡單前體 合成代謝 復雜分子 有些反應既在分解代謝又在合成代謝出現(xiàn)，屬于兼性代謝反應(amphibolic pathways)。具體出現(xiàn)于那種代謝途徑取決于細

5、胞的能量狀態(tài)。 代謝途徑一個重要的原則是合成途徑和降解途徑幾乎是完全不同的。從能源角度看，這種不同是必然的，也有助于代謝控制。利用有利反應驅動熱力學不利反應的進行利用有利反應驅動熱力學不利反應的進行 一個代謝途徑至少要滿足兩個標準：(1) 各個反應必須特異，和(2)構成一個代謝途徑的整套反應在熱力學上有利(即自由能變化量小于零)。 在A和B反應生成C和D的反應中，自由能的改變(G)可以用下列方程式計算： G = Go + RT ln CD/AB因此，自由能改變G取決于反應物合生成物的本質（即Go，是標準自由能的變化）以及它們的濃度。驅動熱力學不利反應進行的方法驅動熱力學不利反應進行的方法： 將

6、一個熱力學不利反應與一個熱力學有利反映偶聯(lián)，使整套反應的自由能變化總量低于零。實際上，整套反應的總自由能變化量是偶聯(lián)反應的各反應步驟自由能變化量的總和。例如 A B + C Go = + 21 kJ mol-1 B D Go = - 34 kJ mol-1 A C + D Go = -13 kJ mol-1 在標準狀態(tài)下，A不能自發(fā)地生成B。但是B能自發(fā)地生成D。由于自由能變化值能加合，A轉化成C + D的自由能變化值Go是負值，說明此反應在標準狀態(tài)下可以發(fā)生。因此，與一個熱力學有利反應偶聯(lián)能夠驅動熱力學不利反應的進行。 ATP是生物系統(tǒng)通用的能源分子ATP的三磷酸含有兩個高能磷酸酐鍵，所以當

7、ATP被水解成ADP（腺苷二磷酸）和Pi（磷酸）或者被水解成AMP（腺苷單磷酸）和PPi（焦磷酸）時，水解反應釋放大量的自由能。 ATP是高能分子。 在ATP分子中，最靠近核糖的磷原子叫Pa，中間的磷原子叫Pb，離核糖最遠的磷原子叫Pg。ATP + H2O ADP + Pi Go = -30.5 kJ mol-1ATP + H2O AMP + PPi Go = - 45.6 kJ mol-1 具體的Go 值受溶液的離子強度和Mg2+濃度的影響。在典型的細胞濃度下，這些水解反應的G值大約是 - 50 kJ mol-1。 ATP水解所釋放的自由能被用來 (harnessed)驅動需能反應（如肌肉

8、收縮）的進行。相應地，燃料分子 氧化所釋放的化學能或光養(yǎng)生物攝 取的光能將ADP和Pi轉化成ATP。 ATP-ADP循環(huán)是生物體內能量交換的基本模式。有些合成反應的直接能源是與ATP類似的其它核苷三磷酸(GTP, UTP, 和CTP)。核苷酸激酶(包括核苷單磷酸激酶和核苷二磷酸激酶)將一個ATP末端磷酸轉移到另一個核苷酸末端。這類酶的特異性比較寬泛。NMP + ATP 核苷單磷酸激酶 NDP + ADP NDP + ATP 核苷二磷酸激酶 NTP + ADP 必須注意，雖然所有的核苷三磷酸在能量水平上是等價的，但是ATP是細胞內主要的能量載體分子。此外，細胞內還有兩個重要的能量載體分子也是AT

9、P的衍生物。這兩個能量載體分子分別是NAD+和FAD。ATP在能量代謝轉化方面的作用最大。ATP水解使偶聯(lián)反應平衡轉變，驅使代謝進行水解使偶聯(lián)反應平衡轉變，驅使代謝進行 與ATP水解反應偶聯(lián)，熱力學不利的化學反應也可進行。假定物質A轉化成物質B的標準自由能變化是 + 16.7 kJ mol-1 （ A B Go = + 16.7 kJ mol-1）在25，反應平衡常數(shù) Keq = Beq / A eq = 10 -Go / 5.69 = 1.15 x 10-3 如果將這個反應與ATP水解反應偶聯(lián)，情況就不同。在標準條件下，ATP水解的自由能變化量Go 是 - 30 kJ mol-1，則總反應及

10、其自由能變化量是： A + ATP + H2O B + ADP + Pi Go = -13.8 kJ mol-1在pH 7，此偶聯(lián)反應的平衡常數(shù)是 Keq = Beq / A eq ADPeq Pieq / ATPeq = 2.67 x 102即平衡常數(shù)從1.15 x 10-3（沒有與ATP水解偶聯(lián)）提高到2.67 x 102，達到105倍。在細胞內水解ATP的G是 -50.2 kJ mol-1，反應平衡常數(shù)增加的倍數(shù)達到108。 利用底物氧化產生的自由能或者光養(yǎng)生物攝取的光能，細胞維持高濃度ATP。在胞內，偶合一個ATP分子的水解的化學反應能夠使平衡條件下產物和反應物之間的比值增加108倍。

11、如果偶合n個ATP分子的水解，則反應產物和反應物之間的比值增加108n倍。因此，偶合足量ATP水解反應，能夠將熱力學上不利的反應次序變成熱力學有利的反應。 必須指出，偶合ATP水解才能執(zhí)行的A轉化成B的反應中，A和B不一定是不同的化學物質，也可能是同一物質不同的構型或不同的修飾狀態(tài)。也可以是細胞內外離子或分子的兩種濃度狀態(tài)?？缒a+-K+泵被ATP磷酸化后，能夠跨膜主動運輸Na+和K+。隨后去磷酸化。ATP具有很高的磷酸化能力的基礎在于其分子結構具有很高的磷酸化能力的基礎在于其分子結構ATP + H2O ADP + Pi Go = - 30.5 kJ mol-1甘油甘油3-磷酸磷酸 + H2

12、O 甘油甘油 + Pi Go = - 9.2 kJ mol-1 ATP分子的這種特性與分子自身結構密切相關。“共振穩(wěn)定”、“靜電斥力”、和“水合穩(wěn)定”對這種特性有重大貢獻。1 共振作用2 靜電斥力。在pH 7，ATP攜帶的三個磷酸帶有4個負電荷。這些電荷位置靠近相互排斥。當ATP水解，這些相互排斥力降低。3 水合穩(wěn)定。ADP和Pi結合的水分子比ATP的磷酸酐結合的水分子多，因此ADP和Pi比ATP穩(wěn)定。磷酸基團轉移是細胞能量轉化的一種重要形式磷酸基團轉移是細胞能量轉化的一種重要形式 水解磷酸基團所釋放的標準自由能常用來衡量磷酸化合物轉移磷酸基團的能力。這種比較顯示ATP不是唯一的具有高能力轉移

13、磷酸基團的化合物。實際上，生物體內還有比ATP轉移磷酸能力還要高的化合物。這些化合物包括磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），1,3-二磷酸甘油酸酐(1,3-BPG)，肌酸磷酸酐（圖15.6）。PEP能夠將磷酸基團轉移給ADP形成ATP。實際上這種轉移就是分解過程中形成ATP的方式之一。ATP轉移磷酸基團的能力居中有特別意義（表15.1）。ATP轉移磷酸能力的居中性使之能夠充當磷酸基團的有效載體。圖15.6 磷酸基團轉移能力很高的化合物。這些化合物轉移磷酸基團的能力比ATP還高，因此能被用來將ADP轉化成ATP。 肌肉的ATP量可維持1秒的肌肉收縮。脊椎動物肌肉的肌酸磷酸酐是高能磷酸庫，能夠將磷酸及時供

14、給ADP。在劇烈運動時，肌酸磷酸酐將ADP轉化ATP。該反應的催化劑是肌酸激酶。 creatine phosphate +ADP 肌酸激酶 ATP +creatine在pH 7，肌醇磷酸酐水解所釋放的自由能是 - 43.1 kJ mol-1，而ATP水解所釋放的自由能是 - 30.5 kJ mol-1。因此利用肌酸磷酸酐將ADP轉化成ATP反應的自由能變化量是 - 12.6 kJ mol-1，相應的反應平衡常數(shù)是162。 在休息狀態(tài)，肌肉內這些代謝物的典型濃度是ATP = 4 mM, ADP = 0.013 mM, creatine phsphate = 25 mM, creatine = 1

15、3 mM。由于肌酸磷酸酐轉移磷酸的能力比ATP還高，肌酸磷酸酐是磷酸基團的有效供給者。實際上，100米短跑（sprint）的前4秒時間內，ATP再生的磷酸來源主要是肌酸磷酸酐。肌酸磷酸能夠將ATP庫重新充滿，這就是運動員食品添加肌酸磷酸酐的基礎。食品添加肌酸磷酸酐有助于運動員短期劇烈運動的能量需要。當肌酸磷酸酐庫消耗完后，只有分解代謝制造ATP（圖15.7）。圖15.7 運動過程中ATP的來源。在運動過程中，最初的幾秒鐘使用機體現(xiàn)成的高能磷酸化合物ATP和肌酸磷酸酐。隨后需要經過代謝途徑補充ATP.燃料氧化是重要的細胞能源燃料氧化是重要的細胞能源 ATP是生物系統(tǒng)自由能的主要的即時供應者，但是

16、自由能的長期儲存不能以ATP形式。在細胞中，ATP形成不久就被消耗。雖然機體總ATP量限定在大約100g，但是ATP的轉化速度很快。例如，處于休息狀態(tài)的人24小時消耗的ATP約40 kg。劇烈運動著ATP的消耗速度可達0.5 kg /min，兩小時跑步要耗去60 kg ATP。很明顯，迅速再生ATP非常重要。運動、主動運輸、信號放大、和生物合成都需要將ATP持續(xù)不斷地轉化成ADP(圖15.8）。制造ATP是分解代謝的主要作用之一。燃料分子（如葡萄糖和脂肪）被氧化成CO2，所釋放的能量將ADP和Pi再生成ATP。圖15.8 ATP-ADP循環(huán)。該循環(huán)構成生物體內能量交換的基本模式。 有氧生物碳氧

17、化的最終電子受體是氧氣，氧化產物是CO2。因此，C的還原狀態(tài)愈高，在氧化過程中所釋放的自由能越多。下圖指出了一些一碳化合物有氧氧化所釋放的標準自由能Go。圖15.9 一碳化合物氧化所釋放的自由能。盡管有些燃料分子比一碳化合物復雜（圖15.10），但是在氧化過程中也會經過一碳化合物的氧化階段。碳氧化所釋放的自由能一部分用來制造高能磷酸轉移化合物，一部分用來制造離子通道。無論哪種情況，最后的落腳點是形成ATP。圖15.10 著名的燃料分子。脂肪比糖所的能量多，因為脂肪的碳原子還原程度比葡萄糖高。具有高能磷酸基團的化合物與碳氧化形成具有高能磷酸基團的化合物與碳氧化形成ATP的反的反應偶聯(lián)，應偶聯(lián)，

18、碳氧化所釋放的能量如何驅使ATP生成？如甘油醛3-磷酸（葡萄糖氧化的一個中間物質）的C-1是醛（紅色）。醛不是碳原子的最高氧化狀態(tài)，可以被進一步氧化成酸，同時釋放自由能。 但是，這種氧化不是直接發(fā)生，而是與磷酸反應產生1,3-二磷酸甘油酸、丟失的電子為NAD+捕獲。甘油醛3-磷酸氧化不是直接發(fā)生，而是與磷酸反應產生1,3-二磷酸甘油酸、丟失的電子為NAD+捕獲。1,3-二磷酸甘油酸有一個高能磷酸基團。這個基團轉移給ADP能合成ATP?？缒るx子梯度是能與跨膜離子梯度是能與ATP合成偶聯(lián)的一種重要的形合成偶聯(lián)的一種重要的形式細胞能量，式細胞能量， 電化學勢能是儲存自由能的有效方式。實際上，燃料分子

19、氧化或光合成攝取的能量產生的跨膜離子梯度是電化學勢能，能驅使細胞內大多數(shù)ATP的合成。通?？缒るx子梯度與熱力學不利反應偶聯(lián)并驅使這種反應進行的方式多種多樣。動物氧化燃料產生跨膜質子梯度合成了細胞內90%以上的ATP（圖15.11）。這個過程叫氧化磷酸化氧化磷酸化（18章）。 ATP水解能用來形成不同類型的跨膜離子濃度梯度，有不同的功能。例如Na+跨膜梯度開孔（使之順梯度移動）以便細胞將Ca2+泵出細胞或者將營養(yǎng)物質（如葡萄糖和氨基酸）泵入細胞。圖15.11 質子梯度。經過特定的質子泵作用，將燃料氧化產生的能量轉化成跨膜質子梯度。這些質子梯度在質子回流經過生物膜的ATP合成酶時驅動ATP合成。經

20、過三個階段獲取食物的能量經過三個階段獲取食物的能量Hans Krebs將食物氧化產生能量的過程分成三個階段（右圖）。Stage 1，消化。將食物大分子斷裂成較小的分子。屬于能量抽取的準備階段，沒有捕獲有用的能量。Stage 2，將各種較小分子進一步降解成少數(shù)幾種在代謝中起中心作用的簡單單元(simple units)。如糖、脂肪酸、和一些氨基酸被轉化成乙酰輔酶A。同時產生一些ATP，但合成量比后續(xù)的第三階段少得多。Stage 3，檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化。屬于燃料分子氧化的最后階段，產生大量ATP。15.4 代謝途徑有很多反復出現(xiàn)的模式1 活化載體是代謝途徑經常使用的一種模式活化載體是代謝途徑經

21、常使用的一種模式（1）磷酸基團轉移反應能夠改變蛋白構型的能量、驅動需能反應(endergonic reactions)、作為信號改變一個蛋白的活性等。在這些反應中，磷酸基團來源于ATP。換句話，ATP是磷酸基團的活化載體(因為ATP進行磷酸基團轉移是放能反應)。采用活化載體是生化中反復使用的一種模式。這類活化載體的很多成分起輔酶作用。（2） 燃料氧化的電子載體。在有氧生物，燃料氧化的最終電子受體是O2。但是，電子不能直接從燃料傳遞給氧氣，而是經過電子載體傳遞的。這類電子載體要么是吡啶類核苷酸（pyridine nucleotides)，要么是吡啶類黃素(pyridine flavins)。這些

22、化合物的還原形式能夠將高能電子傳遞給氧氣。圖15.13 氧化型煙酰胺類電子載體的結構。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）是著名的高能電子載體。NAD+分子中，R是H；NADP+分子中，R是PO32-。圖15.14 氧化型黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的結構。電子載體有一個黃素單核苷酸（FMN）單位（藍色）和一個AMP單位（黑色）?；罨碾娮虞d體用于生物合成的還原反應活化的電子載體用于生物合成的還原反應。 由于前體的氧化程度比產物高，因此大多數(shù)氧化反應需要高能電子。除了需要ATP外，合成反應還需要還原。例如，在脂肪酸合成過程中，加入的二碳單位的酮基需要幾步還原

23、反應產生次甲基。此反應需要輸入4個電子。 大多數(shù)還原性合成的電子供體是NADPH 。NADPH的腺嘌呤核苷酸2-OH被磷酸化，而NADH的腺嘌呤核苷酸該位點是2-OH。NADPH攜帶電子的方式與NADH相同。但是NADPH幾乎只用于還原性只用于還原性生物合成反應，而NADH主要用于生產ATP。NADPH多余的磷酸基團(與NADH相比)是區(qū)分合成代謝用高能電子和分解代謝用高能電子的標簽。（3） 二碳單位的活化載體 輔酶A(簡稱CoA)是代謝途徑的另一個中心分子。輔酶A是乙?；d體（圖15.16）。乙酰基是分解代謝(如脂肪酸氧化）和合成代謝(如脂質合成）的重要組分。CoA末端巰基是反應位點。乙酰基

24、與CoA末端巰基結合形成硫脂。與CoA連接的乙?；Q為乙酰單位，產物是乙酰-CoA。泛酸 乙酰-CoA水解反應釋放大量自由能，其Go是 -31.4kJ mol-1。 Acetyl-CoA + H2O = Acetate + CoA + H+硫脂易于水解，是熱力學有利的化學反應。原因在于硫脂分子中，羰基的氧原子與硫原子不能形成共振結構，因此硫脂沒有含氧脂穩(wěn)定（后者能形成共軛結構）。結果，乙酰輔酶A是高能乙?；鶖y帶者，易于將乙?；D移給其他分子（這點與ATP是高能磷酸攜帶者轉移磷酸類似）。代謝途徑利用活化載體的優(yōu)勢：代謝途徑利用活化載體的優(yōu)勢：（1）沒有催化劑，NADH、NADPH、和FADH2與

25、氧氣反應非常慢；ATP和乙酰-CoA水解速度也非常緩慢(幾小時甚至幾天)。動力學很穩(wěn)定。因此，利用活化載體能夠控制能量和還原能力的流動。（2）代謝過程中活化基團的大多數(shù)交換是用很少的幾種載體完成的（表15.2）。所用生物反復使用這幾種載體使生物化學采用統(tǒng)一的模式。進而能夠用這些模式來闡明代謝過程。少數(shù)幾種載體分子執(zhí)行不同的任務。這種設計模式和經營方式使我們易于理解掌握代謝的各種途徑。很多活化載體是維生素衍生物很多活化載體是維生素衍生物 幾乎所用起輔酶作用的活化載體都是維生素衍生物。維生素是高等動物飲食中需要的、含量很少的有機物。表15.3列出了起輔酶作用（圖15.17）的維生素。這類維生素屬于

26、B類維生素。注意這些維生素必需經過修飾才能執(zhí)行相應的輔酶功能。我們已經談到煙酸、核黃素、和泛酸（pantothenate）的作用。在生物化學中我們還會多次遇到這三種維生素和其他B類維生素。圖15.17 一些維生素B的結構。 幾乎所有生物中，維生素所起的作用都是相同的。但是高等動物在進化過程中丟失了自主合成維生素的能力。例如大腸桿菌能夠用葡萄糖和無機鹽就能存活，但是人類飲食中至少要添加12種維生素。維生素的生物合成途徑很復雜。因此，生物直接從事物攝取維生素比合成相應的酶來自己制造維生素更有效。這種有效的代價是對其他生物合成維生素的依賴性。實際上，缺乏維生素會導致疾?。ū?5.3和表15.4）。

27、維生素C，即抗壞血酸，使抗氧化劑。缺乏維生素C者患壞血病，其病癥是膠原變形、皮膚有缺陷、血管易脆。維生素K是正常凝血必需的。維生素A（視黃醇，retinol）是視黃醛(retinal)的合成前體。視黃醛是視紫質和其他視覺色素的光敏基團（32.3節(jié)）。視黃酸是重要的信號分子。沒有這種維生素則患夜盲癥。此外，幼年動物的生長需要維生素A。缺乏維生素E（生育酚，a-tocopherol)的大鼠不能生育。維生素E與活性氧反應，使活性氧失活，從而阻止活性氧（如羥基自由基）氧化膜脂質的不飽和脂肪酸鏈，保護細胞結構。維生素D是調節(jié)鈣磷代謝的激素。缺乏維生素D會損傷生長動物的骨骼形成。代謝過程中反復使用的關鍵反

28、應代謝過程中反復使用的關鍵反應 代謝過程的化學反應可以歸為六類。如同活化載體，一些關鍵反應在代謝途徑中反復使用。使學生需要學習的反應數(shù)量大為降低。1. 氧化-還原反應是很多代謝途徑的基本成分。碳化合物氧化產生可用的能量。2. ATP裂解所提供的能量協(xié)助連接反應。反應3表示依賴于ATP水解形成C-C化學鍵。連接反應是小分子形成大分子必需的。丙酮酸與CO2連接形成草酰乙酸（oxaloacetate）。草酰乙酸進入三羧酸循環(huán)或轉化成氨基酸（如天冬氨酸）。3. 異構化反應在分子內部重排特定原子。異構反應的作用是為后續(xù)反應（如氧化-還原反應）準備原料。 反應4也是檸檬酸循環(huán)的一個組分。這種異構化反應將第

29、3位碳原子上的羥基移至第2位碳原子上，產物是后續(xù)的氧化合脫羧反應的原料。4. 基團轉移反應的作用多樣。反應5是磷酸基團從ATP轉移給葡萄糖分子，是糖酵解途徑的第一步。此反應將葡萄糖限定在細胞內，以利于后續(xù)分解代謝。ATP合成也是磷酸轉移反應。在信號傳導過程中也有很多基團轉移反應的實例。5. 水解反應是加入水，斷裂相應化學鍵的化學反應。水解是斷裂大分子的常用方式。這種斷裂要么有助于進一步代謝，要么是為了重新利用這些物質的相應組分來進行生物合成。蛋白質用水解反應降解。反應6表示多肽術界城兩個更小肽段的化學反應。6. 從單鍵移去化學基團形成雙鍵，或者將化學基團加入雙鍵位置將雙鍵轉化成單鍵。催化這類反

30、應的酶屬于裂合酶(lyases)。反應7就是這類反應的一個例子。六碳分子的1,6-二磷酸果糖轉化成兩個三碳產物，即磷酸二羥基丙酮和甘油醛 3-磷酸。講到此脫水作用（在紅色化學鍵處）形成雙鍵，如2-磷酸甘油酸脫水形成磷酸烯醇式丙酮酸（反應8）就屬于這類反應的重要成員 此脫水反應為后續(xù)的高能磷酸基團自PEP轉移給ADP，形成ATP奠定基礎。代謝過程調節(jié)的三個途徑代謝過程調節(jié)的三個途徑 很明顯，代謝過程必須受到嚴格調節(jié)。同時，這些調節(jié)必須靈活，使細胞的代謝活性適應經常變化的外部環(huán)境。通過控制下面三個方面實施代謝過程的調節(jié)。這三個方面分別是(1) 酶量、(2) 催化活性、和 (3)底物的可接近性。控制

31、酶量控制酶量。特定酶的數(shù)量取決于這個酶的合成速度和降解速度。很多酶的含量水平主要受這些酶的編碼基因的轉錄速度控制轉錄速度控制。例如在大腸桿菌，乳糖能夠在幾分鐘內將b-乳糖苷酶的合成速度增加50倍以上。b-乳糖苷酶是裂解乳糖必需的一種酶?？刂拼呋钚钥刂拼呋钚??？刂泼富钚缘姆绞接袔追N，其中特別重要的是別構調節(jié)。很多生物合成途徑的第一個反應常受該途徑的最終產物抑制。如天冬氨酸轉氨甲酰酶受胞嘧啶核苷三磷酸抑制。另一種頻繁使用的機制是可逆共價修飾。例如，在缺乏葡萄糖時，糖原磷酸化酶(催化糖原斷裂的第一個酶) 的絲氨酸磷酸化(被活化)刺激糖原降解。激素常常通過關鍵酶的可逆修飾來協(xié)調不同組織之間的代謝關系。例如腎上腺素啟動肌肉組織的信號傳導級聯(lián)反應，導致關鍵酶的磷酸化（活化）、迅速將糖原轉化成葡萄糖，進一步降解制造ATP供肌肉收縮。很多激素通過細胞內的信使分子（如c