代谢调节

代谢调节
代谢调节[1]是生物体为了适应内外环境变化而进行的基本活动。这一过程由身体各组织和细胞协同完成。

重要性

生命的存在依赖于代谢[2]的正常运作。机体的代谢途径极为复杂,即使是单个细菌细胞内部的代谢反应也可能超过一千种。正常的机体拥有精细的代谢调节机制,使得众多代谢反应能够有序进行。一旦任何一个调节机制失效,就会干扰代谢的正常运行,从而导致生理异常,引发疾病,甚至死亡。因此,代谢调节对于生命的存续至关重要。

分类

代谢调节可分为神经、激素和酶三个层次。其中,酶水平的调节是最基础也是最基本的。神经和激素水平的调节最终也会通过酶发挥作用。代谢调节遵循效率原则,产能分解代谢的速度不仅取决于细胞内燃料的浓度,还受到细胞能量需求的控制。例如,家蝇在高速飞行时,由于飞行肌肉对ATP的需求急剧增加,其氧气和燃料的消耗在一秒钟内可能增加一百倍。生物大分子和构建分子的合成也受到细胞即时需求的调节。在生长的大肠杆菌中,二十种基本氨基酸的合成速率和比例精确匹配当时的蛋白质组装需求,不会出现过剩或短缺的情况。许多动植物能够储存提供能量和碳的营养物质,如脂肪和多糖,但在需要时才会合成蛋白质、核酸或其他简单的构建分子。然而,植物种子和动物卵细胞通常包含大量的储藏蛋白质,作为胚胎生长所需的氨基酸来源。酶水平代谢调节主要包括激活或抑制酶的催化活性以及控制酶合成或降解的数量。具体实现方式包括: