酶的直接生物功能是催化反應。但對于生物體來說,酶的作用并不是簡單的加速反應,而是協(xié)調控制每一個代謝反應的速度,從而決定各個代謝途徑的相對流量,最終使整體代謝狀況與生理需求相一致。
例如,在運動時,骨骼肌中糖原分解相關的酶活性升高,糖原合成相關的酶活性降低,總體表現(xiàn)為糖原分解;運動后休息恢復時則相反,總體表現(xiàn)為糖原合成。所以人體中各種酶的活性和數(shù)量都是不斷變化的,通常也是相互協(xié)調的。
酶的調節(jié)機制有兩類,一類是對酶數(shù)量的調節(jié),另一類是對酶活性的調節(jié)。前者通過控制酶的合成與降解速度來控制酶量,作用緩慢而持久,稱粗調;后者改變酶的活性,效果快速而短暫,稱細調。這兩類調節(jié)方式共同決定酶的總活性,通常同時起作用,并且效應也基本一致。
酶數(shù)量的調節(jié)主要是合成與降解的調控。因為絕大多數(shù)酶是蛋白質,所以其合成調控主要在轉錄、轉錄后加工、翻譯、翻譯后加工以及運輸、定位、修飾等環(huán)節(jié)進行,與其它蛋白的調控類似。
生物體中有些酶的含量基本不變,稱為結構酶(structural enzyme)或組成酶(constitutive enzyme)。另一些酶稱為誘導酶(induced enzyme),其合成可以被特定誘導物誘導。它的含量在誘導物存在下顯著增高。誘導物一般是其底物或底物類似物。
誘導酶在微生物中較為常見,如大腸桿菌的半乳糖苷酶,在培養(yǎng)基中加入乳糖,則誘導產生,使細菌能利用乳糖。人體中的酶數(shù)量調控更加復雜,不像原核生物的誘導酶那么簡單,而是通過各種信號通路調控相關轉錄因子,但基本原則是一樣的,如果長時間大量需要某種酶,那么它的合成通常都會增加。
例如,經常攝入脂類食物,脂代謝相關酶類合成就會增加。長時間服用藥物或飲酒,肝臟中負責解毒的混合功能氧化酶數(shù)量也會增多。
結構酶和誘導酶的區(qū)分是相對的,只是數(shù)量的區(qū)別,不是本質的區(qū)別。酶的合成受基因和代謝物的雙重控制?;蚴切纬擅傅膬纫颍傅男纬蛇€受代謝物的調控,誘導物可增加酶量,酶的產物如果過多,也會產生阻遏作用,使酶的生成量減少。也就是說,代謝物可以控制酶的生成速度和數(shù)量。
酶量還可通過加快或減慢酶分子的降解來調節(jié),如在饑餓時,肝臟中的精氨酸酶降解速度減慢,酶量增多;Acetyl CoA carboxylase降解加快,酶量減少。通常代謝途徑中的關鍵酶壽命都比較短,有利于數(shù)量調控。
消化道中的消化酶可以通過消化道降解或排出。一些胞內酶通過泛素-蛋白酶體途徑降解。也有一些酶通過溶酶體等途徑降解。比較特別的如前列腺素合成的關鍵酶——脂肪酸環(huán)加氧酶通過自溶降解控制酶量。
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