物質(zhì)代謝又稱新陳代謝，是生物體內(nèi)各種化學(xué)變化的總稱，在體內(nèi)進(jìn)行的變化包括同化作用中的化學(xué)變化，也包括異化作用中的化學(xué)變化，同化作用意味著合成代謝，而異化作用意味著分解代謝。合成代謝是將從食物中得來(lái)的或體內(nèi)原有的小分子物質(zhì)合成為體內(nèi)結(jié)構(gòu)上的及功能方面的分子，一般多為大分子化合物；例如，氨基酸在有可利用的能量的條件下，縮合成為大分子的蛋白質(zhì)。而分解代謝的產(chǎn)物總是一些小分子，如大分子的糖原降解為葡萄糖，而葡萄糖又降解為二氧化碳，同時(shí)產(chǎn)生能量，暫時(shí)儲(chǔ)存于高能磷酸鍵的ATP中，供合成代謝及各種生理活動(dòng)之用。不論是合成代謝，還是分解代謝，都不是簡(jiǎn)單的過(guò)程，需要通過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)來(lái)逐步完成，而這些化學(xué)反應(yīng)是在體內(nèi)較溫和的環(huán)境中，在酶的催化下，以極高的速度進(jìn)行。這一系列的化學(xué)反應(yīng)依次銜接起來(lái)，就稱為代謝途徑。總之，物質(zhì)代謝就是生物體在其生命過(guò)程中，從其周?chē)h(huán)境中取得物質(zhì)，在體內(nèi)通過(guò)各種代謝途徑，最后將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)物，又交回環(huán)境的過(guò)程。
（一)物質(zhì)代謝的研究方法
體內(nèi)物質(zhì)代謝的途徑不只一種，而許多途徑中的化學(xué)反應(yīng)更是多且復(fù)雜，而且都在同一微小細(xì)胞內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，因此研究起來(lái)比較困難。隨研究方法的發(fā)展，現(xiàn)在對(duì)體內(nèi)許多重要代謝途徑已有一定了解。
1.完整動(dòng)物的飼養(yǎng)平衡實(shí)驗(yàn)：測(cè)定食物中的一種物質(zhì)的食進(jìn)量及其本身或其代謝產(chǎn)物的排出量，并用以推斷其在體內(nèi)的代謝情況。氮平衡實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)例子，雖然不能測(cè)出蛋白質(zhì)在體內(nèi)所經(jīng)過(guò)的代謝途徑中各個(gè)化學(xué)反應(yīng)，但可確定其利用率、需要量及生理價(jià)值。這種飼養(yǎng)平衡實(shí)驗(yàn)，對(duì)斷定其它物質(zhì)，如無(wú)機(jī)鹽等，是否是必需及其需要量無(wú)疑是有用的。此外，完整動(dòng)物的飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)多種維生素的發(fā)現(xiàn)，均作出了一定的貢獻(xiàn)。而某些維生素又是物質(zhì)代謝中不可缺的物質(zhì)。
2.器官灌流法：將一物質(zhì)注入某一器官的血液中，然后分析測(cè)定流出器官血液中該物質(zhì)的衍生物，當(dāng)可獲知該物質(zhì)在此器官中的代謝變化。例如，研究氨基酸在肝臟內(nèi)的變化時(shí)，在將氨基酸注入門(mén)靜脈后，分析肝靜脈血液中氨基酸衍生物，即可發(fā)現(xiàn)氨基酸經(jīng)氧化脫氨基而成為α酮酸，并放出氨，同時(shí)還可看出尿素的濃度在流出肝臟的血液中比進(jìn)入的要高。由此可以證明氨基酸的脫氨基作用是在肝臟中進(jìn)行的，而且脫下的氨在肝臟中轉(zhuǎn)變人尿素。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是所灌流的器官并未脫離動(dòng)物整體，一切生理?xiàng)l件均正常，尤其是神經(jīng)及激素的控制調(diào)節(jié)仍與正常動(dòng)物基本相同。灌流的方法也應(yīng)用于離體器官，如肝臟，心臟等，使被研究物質(zhì)的衍生物更易于辨認(rèn)及測(cè)定。在器官水平上，還可采用切除器官的辦法來(lái)確定某物質(zhì)在一器官中的代謝情況；如果將蛋白質(zhì)飼養(yǎng)去除肝臟的動(dòng)物，當(dāng)可發(fā)現(xiàn)其血液中氨基酸及氨（來(lái)自腸的吸收)的濃度均顯著升高，而尿素的含量則大量下降。這無(wú)疑能佐證器官灌流實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：那就是氨基酸在肝臟中被氧化脫去氨基及尿素在肝臟中合成以解除氨毒。
3.組織薄片法 用組織薄片來(lái)測(cè)定一種物質(zhì)的代謝途徑要比用器官更為便利和準(zhǔn)確。這種方法具有完全可靠的控制和對(duì)照。肝、腎、腦及其它組織均可切成約50μm 的薄片，使與浴液有充分的接觸面，讓營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與代謝產(chǎn)物的交換適宜，以便能維持組織中細(xì)胞活力長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)之久。將一定數(shù)量被研究物質(zhì)混于浴液中，保溫一定時(shí)間后，分析測(cè)定浴液中的各種物質(zhì)，便能推測(cè)或斷定被研究物質(zhì)的代謝途徑，例如，將銨鹽混于浴液中并與肝臟薄片保溫，數(shù)小時(shí)后，銨鹽逐漸減少，尿素隨之出現(xiàn)。這一結(jié)果證明氨在肝臟中轉(zhuǎn)變成尿素。
4.亞細(xì)胞水平法：為了確定化學(xué)反應(yīng)在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的部位，可將組織在勻漿器中研磨成勻漿，使細(xì)胞破裂。然后用差速離心法，可獲得各種亞細(xì)胞部分，如胞核、線粒體、微粒體、溶酶體、過(guò)氧化物酶體及質(zhì)膜等，微粒體一般指的是粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及高爾基體等的碎片；從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，還可分離出核蛋白體。這些亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)都各有所異。分別用不同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)作實(shí)驗(yàn)，即可證明此點(diǎn)。例如，線粒體可證明是生物氧化的場(chǎng)所，三羧循環(huán)、β氧化等均在其中進(jìn)行，將所產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存于ATP中，供生理活動(dòng)之用。又如，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核蛋白體已證實(shí)是合成蛋白質(zhì)的地方，而所合成的蛋白質(zhì)，通過(guò)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)而運(yùn)到高爾基體，并在其中加工改造后，再分泌于細(xì)胞外。再如，胞核已肯定為合成各種RNA的處所。用亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)水平的方法，不但能對(duì)物質(zhì)代謝途徑定位，而且還推動(dòng)了代謝途徑細(xì)節(jié)的研究。
5.純酶的應(yīng)用：從完整動(dòng)物發(fā)展到亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)水平的各種方法中，各種酶都是相互混雜，而且與生物體內(nèi)各種組成成分也未分開(kāi)。這對(duì)完全了解一化學(xué)反應(yīng)的細(xì)節(jié)是極其困難的。使用純酶不但能知道它所催化的確切反應(yīng)，而且還可詳細(xì)研究其促進(jìn)反應(yīng)的各個(gè)方面。將許多由純酶促進(jìn)的反應(yīng)依次拼湊起來(lái)，對(duì)一些重要物質(zhì)的代謝途徑，不論是合成的抑或是分解的，均可大體弄清。事實(shí)也是如此�，F(xiàn)在蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂類(lèi)、核酸、生物氧化，以及一些生物活性物質(zhì)等在體內(nèi)的轉(zhuǎn)變途徑，都已有一定的了解。
此外，在物質(zhì)代謝途徑的研究中，微生物也常被利用。從上面的敘述可以看出，在物質(zhì)代謝的研究中，就使用的材料而言，是由完整動(dòng)物逐漸發(fā)展到純酶。這一發(fā)展過(guò)程，正是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和儀器發(fā)展的結(jié)果。近代技術(shù)和儀器的發(fā)展不但能定位、分離、提純、追蹤、鑒別及測(cè)定代謝物及其產(chǎn)物，而且還能對(duì)參加物質(zhì)代謝中生物分子的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)型、構(gòu)象及其各種性質(zhì)等加以研究，而所得結(jié)果往往有可能用以解釋或確定其在物質(zhì)代謝中的功能。
(二)物質(zhì)代謝途徑
隨著研究方法的發(fā)展，物質(zhì)代謝的途徑逐漸為人們所了解。
生物體從環(huán)境中攝取的營(yíng)養(yǎng)素，以糖、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、核酸等為最多。進(jìn)入體內(nèi)后，各自進(jìn)入其代謝途徑。一個(gè)代謝途徑是由許多化學(xué)反應(yīng)有組織、有次序地一個(gè)接一個(gè)的發(fā)生和完成，絕大多數(shù)的反應(yīng)都是在較溫和的溫度、pH及離子濃度條件下，由酶促進(jìn)，以非常高的速度進(jìn)行。每一酶促反應(yīng)幾乎都是由一特異的酶所催化，而許多酶還有其必需的輔助因子。例如，進(jìn)入體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)素“甲”，在其代謝途徑中，將轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g產(chǎn)物“乙、丙、丁…”一直到最終產(chǎn)物“癸”，可圖示如下：
酶1 酶2 酶3
甲－－→乙－－→丙－－→丁 ……癸
輔1 輔2 輔3
圖中酶1、酶2、酶3等代表促進(jìn)每一步驟特異的酶，而輔1、輔2、輔3等為每一種酶所需要的輔助因子。這可用實(shí)例說(shuō)明，一個(gè)成年人食進(jìn)多于其一切活動(dòng)所需要的食物時(shí)，往往會(huì)發(fā)胖，這顯然是體內(nèi)將多余的食物儲(chǔ)存為脂肪，亦即脂肪酸的合成增多。脂肪酸的合成與蛋白質(zhì)、核酸及糖類(lèi)等相比，較為簡(jiǎn)單；所用原料為乙酸，但必須以其活潑衍生物，乙酰輔酶A的形式，進(jìn)入代謝途徑。乙酰輔酶A在體內(nèi)，來(lái)源甚廣，主要食物，如糖類(lèi)、脂類(lèi)及蛋白質(zhì)等在分解代謝中，均可生成乙酰輔酶A。在其進(jìn)入脂肪酸合成途徑之前，必須由�；D(zhuǎn)移酶催化，先與脂肪酰載體蛋白結(jié)合，然后再兩個(gè)碳原子兩個(gè)碳原子加上去，而每加上兩個(gè)碳原子，包括從乙酰輔酶A合成的主要原料丙二酸單酰輔酶A在內(nèi)，須經(jīng)七個(gè)步驟，需要七種不同的酶及三種不同的輔助因子。在乙酰輔酶A上，七次加上兩個(gè)碳原子（實(shí)際是丙二酸單酰輔酶A)之后，還須有軟脂酰脫酰酶的催化作用，才能完成一分子軟脂酸的合成。這一代謝途徑可用作合成主要偶數(shù)脂肪酸的例子，由于許多化學(xué)反應(yīng)不僅是進(jìn)行性的、逐步的，而且還是分階段來(lái)完成的，足見(jiàn)其復(fù)雜性。
代謝途徑的復(fù)雜性還表現(xiàn)在一種物質(zhì)在體內(nèi)可進(jìn)入多種代謝途徑，可進(jìn)入合成代謝途徑，也可進(jìn)入分解代謝途徑，有的即使是合成代謝抑或是分解代謝，其途徑也不只一種。例如乙酰輔酶A不僅可進(jìn)入三羧酸循環(huán)而被氧化以產(chǎn)生能量，而且在合成代謝方面，除合成脂肪酸之外，還是酮體及固醇類(lèi)物質(zhì)分子中碳原子的主要來(lái)源，也是合成一些氨基酸，如谷氨酸以及微生物體內(nèi)精氨酸、賴氨酸等的一種原料。此外，乙酰輔酶A在乙�；饔弥衅鹬鴱V泛的作用，如在乙酰氨基糖、乙酰膽堿、乙酰肉毒堿等的生成中。
（三)物質(zhì)代謝的調(diào)控
生物體的整體，或其器官組織和細(xì)胞，都必須有適宜的環(huán)境，方能使生命所需的物質(zhì)代謝正常進(jìn)行。一旦外環(huán)境有所改變，體內(nèi)的內(nèi)環(huán)境也必定有所反映，隨之物質(zhì)代謝就會(huì)有相應(yīng)的調(diào)節(jié)控制，使代謝途徑正確無(wú)誤，速度適宜，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)和代謝產(chǎn)物的應(yīng)用及消除得當(dāng)，才能維持生命的正常繼續(xù)。物質(zhì)代謝主要是在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，而外界的改變首先影響生物整體，隨之而來(lái)的則是內(nèi)環(huán)境的改變，這就使細(xì)胞受到影響，致使物質(zhì)代謝中的化學(xué)反應(yīng)必須有所調(diào)節(jié)。因此，物質(zhì)代謝的調(diào)控是在生物體的整體、細(xì)胞及分子水子上起作用的。
（一) 物質(zhì)代謝在整體水平的調(diào)控
一個(gè)生物體與其所生活的環(huán)境有著密切關(guān)系，其體內(nèi)的代謝必定因環(huán)境的不同而異，尤其受營(yíng)養(yǎng)素的供應(yīng)影響更為明顯。愛(ài)斯基摩人生活于寒冷北極地帶，主要只能食用獸、魚(yú)等動(dòng)物食品，其能量來(lái)源自然是脂肪及蛋白質(zhì)，因此其體內(nèi)的脂肪及蛋白質(zhì)的分解代謝必然旺盛。而居住于較溫和區(qū)域的人群，以含淀粉多的谷物為主食，體內(nèi)能量的產(chǎn)生就多來(lái)自糖的分解代謝。即使生活在同一地區(qū)，因食性不同或供應(yīng)短缺，往往會(huì)造成一種或幾種營(yíng)養(yǎng)素的不足，例如舊中國(guó)食米區(qū)因食用久磨精米而缺乏維生素B1。維生素B1以焦磷酸硫胺素的形式，是丙酮酸脫氫酶及α酮戊二酸脫氫酶的一種輔酶，故當(dāng)維生素B1 缺乏時(shí)，丙酮酸不能脫去羧基而進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化，因而堆集，以致引起腳氣病的一些癥狀。再者，食性的改變也能影響促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的酶在量方面的增減；例如嬰幼兒以奶為最主要的食品，故其胃粘膜分泌凝乳酶較多，而不食用或少食用奶的成年人胃中這種酶則幾近缺如，因此有些成年人在食用牛奶后，不能將其很好凝結(jié)而消化，以致腹瀉。
在特殊情況下，如饑餓或應(yīng)激，體內(nèi)必須調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝，以應(yīng)變故。某些病現(xiàn)狀態(tài)可使病人不能進(jìn)食，若不及時(shí)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)素，尤其是葡萄糖，當(dāng)即造成體內(nèi)一種饑餓狀態(tài)。饑餓時(shí)，體內(nèi)物質(zhì)代謝必定發(fā)生變化，且隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸改變，這可從其血糖水平的變化看出一梗概。在饑餓期間，體外營(yíng)養(yǎng)素的供應(yīng)斷絕，但體內(nèi)不能無(wú)葡萄糖；雖然腦組織可以適應(yīng)或多或少的利用酮體，而紅細(xì)胞所需的ATP則完全依靠血糖在細(xì)胞內(nèi)的分解，所以其它器官組織中糖的分解代謝逐漸降低，而蛋白質(zhì)的分解加強(qiáng)以增加糖異生作用；同時(shí)三羧酸循環(huán)不能不運(yùn)行以產(chǎn)生ATP，因此大量動(dòng)用脂肪進(jìn)行分解，使體內(nèi)能量需求得到滿足。這些物質(zhì)代謝的改變都是由某些激素來(lái)調(diào)節(jié)的�，F(xiàn)將饑餓中一些代謝參數(shù)列于表2-4-2．從表2-4-1可以看到血中胰島素水平逐漸下降，胰高糖素有所提高；還可以看到酮體明顯增多，也可看到氨基酸水平下降。這無(wú)疑是脂肪分解及糖異生作用等增加的結(jié)果。
應(yīng)激就是機(jī)體對(duì)外界異常刺激的適應(yīng)。這樣的刺激可包括創(chuàng)傷、某些外科手術(shù)、腎衰竭、燒傷、感染、受凍及強(qiáng)烈情緒激動(dòng)等。出現(xiàn)任何一種這樣的情況時(shí)，體內(nèi)總的表現(xiàn)有血液中皮質(zhì)醇、胰高糖素、兒茶酚胺及生長(zhǎng)激素等升高；胰島素的分泌雖然不受影響，體內(nèi)的抗胰島素性明顯存在；結(jié)果脂肪分解增加，故許多組織內(nèi)脂肪的氧化代替了葡萄糖的氧化，因而加速了酮體的生成，使體內(nèi)能量代謝發(fā)生改變；同時(shí)蛋白質(zhì)代謝亦發(fā)生異常，總的看來(lái)，分解增加，合成減少，使絕大多數(shù)的氨基酸在肝內(nèi)脫去氨基，將生糖氨基酸的碳骨架經(jīng)糖異生途徑生成糖，并將氨基合成為尿素，因此造成患者體內(nèi)氮的負(fù)平衡，這可能與皮質(zhì)醇在應(yīng)激者體內(nèi)水平大量升高有關(guān)。
縱上所述，可見(jiàn)機(jī)體總是通過(guò)神經(jīng)體液來(lái)調(diào)節(jié)體內(nèi)的物質(zhì)代謝，以應(yīng)付所遭遇的異常情況。
（二)物質(zhì)代謝在細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)
1.作用于細(xì)胞的調(diào)節(jié)體系：體內(nèi)的物質(zhì)代謝是受機(jī)體所在環(huán)境的影響。外來(lái)的刺激因素首先影響神經(jīng)，然后傳導(dǎo)到內(nèi)分泌腺，以分泌激素，經(jīng)血流而達(dá)到各種組織細(xì)胞并調(diào)節(jié)其物質(zhì)代謝。激素是調(diào)節(jié)細(xì)胞中代謝的物質(zhì)。各種激素雖然與全身的細(xì)胞都有接觸，但只對(duì)其靶組織中的靶細(xì)胞起作用。
激素的調(diào)節(jié)也受反饋抑制的控制，例如下丘腦可分泌促甲狀腺激素釋放激素，促垂體前葉釋放促甲狀腺激素，以促進(jìn)甲狀腺合成甲狀腺球蛋白，作為合成甲狀腺素及三碘甲腺原氨酸的原料。但是血流中的甲狀腺素反過(guò)來(lái)可以抑制垂體前葉釋放促甲狀腺激素，也可以抑制下丘腦分泌促甲狀腺激素釋放激素。此外下丘腦及胰臟分泌的生長(zhǎng)激素釋放抑制素也抑制促甲狀腺激素釋放激素的分泌。
2.激素的受體：激素具有高度特異性，只作用于靶細(xì)胞，這就意味著靶細(xì)胞必定擁有使激素能識(shí)別的特殊結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)就是激素的受體，激素的受體有的是在細(xì)胞的表面上，也有的是在胞液中，在細(xì)胞表面者為水溶性的肽及胺類(lèi)激素的受體，而存在于胞液者則是易于通過(guò)質(zhì)膜的脂溶性類(lèi)固醇類(lèi)激素的受體。它們可能都是一些特定的糖蛋白，對(duì)于激素分子都具有高度的特異性及親和力。一種激素能選擇性地識(shí)別其特定的受體，并與其結(jié)合成復(fù)合物。這種復(fù)合物即會(huì)導(dǎo)致“第二信使”的生成或釋放。第二信使將激素與受體的復(fù)合物所攜帶的信息傳遞給特定的酶或分子體系，使激素所負(fù)的使命得以實(shí)現(xiàn)，這就是細(xì)胞內(nèi)的第二信使調(diào)節(jié)特定酶促反應(yīng)或使特定基因能夠表達(dá)。
導(dǎo)致生成 觸發(fā)
激素（第一信使)＋受體→激素受體復(fù)合物－－－→第二信使 －－→相應(yīng)的代謝途徑
或釋放
3.環(huán)磷酸腺苷的作用：在許多情況下，第二信使實(shí)際即是環(huán)3’，5’－磷酸腺苷，簡(jiǎn)寫(xiě)為cAMP。
cAMP如何觸發(fā)特定酶促反應(yīng)的問(wèn)題，可用糖原生成對(duì)糖原分解的作用來(lái)說(shuō)明。在肌肉活動(dòng)中腎上腺素與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合而激發(fā)cAMP的生成；而cAMP當(dāng)即觸發(fā)糖原分解的級(jí)聯(lián)反應(yīng)（圖2-4-4)，同時(shí)抑制糖原的生成。當(dāng)肌肉活動(dòng)減少時(shí)，磷酸已糖因無(wú)需用以生產(chǎn)ATP而累積，即會(huì)反過(guò)來(lái)將糖原合成酶b激活為糖原合成酶a以促進(jìn)糖原的生成，同時(shí)抑制磷酸化酶b轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峄竌。cAMP也可影響胞核，其作用是通過(guò)激活特定蛋白質(zhì)激酶，促使非組蛋白磷酸化而從與DNA的結(jié)合部位上脫落下來(lái)，從而使被阻遏的基因得以表達(dá)。
4.性激素對(duì)靶細(xì)胞的作用：雌激素及雄激素均為脂溶性類(lèi)固醇物質(zhì)，能透過(guò)質(zhì)膜而進(jìn)入細(xì)胞；其受體存在于胞液中，且不以cAMP為第二信使。例如，雌二醇在進(jìn)入子宮及乳腺的靶細(xì)胞后，在胞液中與一特定4s的蛋白質(zhì)（即受體)結(jié)合，經(jīng)轉(zhuǎn)變成5s的化合物（即第二信使)后而進(jìn)入胞核，并作用于染色體而促進(jìn)mRNA的生成，以合成特定的蛋白質(zhì)。。
(三)物質(zhì)代謝在分子水平的調(diào)節(jié)
物質(zhì)代謝中的各個(gè)化學(xué)反應(yīng)主要由酶促成，所以酶分子的結(jié)構(gòu)改變及合成、降解速度的增減乃是調(diào)節(jié)代謝最直接的因素。酶分子結(jié)構(gòu)改變甚為快速，其發(fā)生以分秒計(jì)，而合成及降解則較為緩慢，需數(shù)小時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)的改變包括分子的變構(gòu)及修飾，與機(jī)體的需要及內(nèi)環(huán)境有較大關(guān)系，至于合成及降解，尤其是合成則涉及基因的作用。
1.通過(guò)酶分子變構(gòu)的調(diào)節(jié)：一個(gè)代謝途徑的發(fā)生或消失及進(jìn)行速度的增減，取決于其調(diào)節(jié)酶的活性。而酶的活性，在溫度、pH、作用物及輔助因子等恒定的情況下，又取決于其分子的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)酶具有變構(gòu)的性質(zhì)，故常稱為變構(gòu)酶。變構(gòu)酶往往位于代謝途徑的開(kāi)端處或其附近，其所促進(jìn)的多為一重要而不可逆的反應(yīng)，其分子結(jié)構(gòu)可為一些激動(dòng)或抑制效應(yīng)分子所改變。變構(gòu)酶的分子具有一些特定的結(jié)構(gòu)部位，可與某些小分子結(jié)合，如與作用物、終未產(chǎn)物、代謝中間產(chǎn)物或甚至其它代謝途徑的產(chǎn)物結(jié)合；一經(jīng)結(jié)合，酶分子的構(gòu)象即會(huì)發(fā)生改變而影響其活性；結(jié)合不同的分子，產(chǎn)生不同的結(jié)果。在分解代謝中，例如在糖酵解中，ATP是磷酸果糖激酶的作用物，也是其變構(gòu)調(diào)節(jié)劑。當(dāng)體內(nèi)需要進(jìn)行糖酵解以供給能量時(shí)，ATP與磷酸果糖激酶結(jié)合而促進(jìn)酵解的進(jìn)行，但在ATP水平升高到超過(guò)需要時(shí)，它又有抑制磷酸果糖激酶的作用，從而使酵解減慢或停止。檸檬酸鹽也是磷酸果糖激酶的抑制劑，有降低酵解速度的作用。
變構(gòu)酶可與多種小分子物質(zhì)結(jié)合，但與代謝途徑的終未產(chǎn)物結(jié)合是其特有的性質(zhì)。當(dāng)終未產(chǎn)物超過(guò)需要時(shí)，即與酶分子結(jié)合而改變其構(gòu)象，因而抑制其活性；這就是反饋抑制。變構(gòu)反饋抑制的例子很多，其最早發(fā)現(xiàn)者為細(xì)菌中促進(jìn)L蘇氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)異亮氨酸的酶體系。這一體系由五種酶組成，以蘇氨酸脫水酶為這一轉(zhuǎn)變開(kāi)端的酶。蘇氨酸脫水酶可被轉(zhuǎn)變過(guò)程的終末產(chǎn)物，異亮氨酸所抑制；這當(dāng)然是異亮氨酸生成過(guò)多時(shí)發(fā)生。異亮氨酸是蘇氨酸脫水酶的特異抑制劑，并不抑制體系其它酶，同時(shí)其它的中間產(chǎn)物對(duì)蘇氨酸脫水酶無(wú)抑制作用。異亮氨酸與蘇氨酸脫水酶以非共價(jià)鍵與酶分子形成可逆性結(jié)合，故在需要時(shí)異亮氨酸又可脫離結(jié)合部位，恢復(fù)酶的活性。由此可見(jiàn)，反饋抑制顯然是通過(guò)酶分子的變構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)代謝。
2.通過(guò)酶分子修飾的調(diào)節(jié)：酶分子含有多種基團(tuán)，有的可以去除或加上，也有的可以交互改變；通過(guò)這種修飾作用以影響酶的活性，如加上或去掉磷酸及硫氫基與二硫鍵的互相轉(zhuǎn)變等都是對(duì)酶分子修飾的常見(jiàn)例子。精原的合成與分解就是通過(guò)糖原合成酶與糖原磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸作用來(lái)調(diào)節(jié)的。糖原合成酶以I及D兩種型式存在；I型為去掉磷酸并具有活性者，但經(jīng)蛋白質(zhì)激酶的磷酸化作用則成為無(wú)活性的D 型。糖原分解中的磷酸化酶則以a及b兩種形式存在，其本身的磷酸化或脫磷酸在活性上則與糖原合成酶的正好相反；磷酸化酶a是磷酸化型，在受磷酸化酶磷酸酶水解而脫去磷酸后，即成為無(wú)活性的b型。
3.通過(guò)基因的調(diào)節(jié)：體內(nèi)的酶與其它物質(zhì)一樣，也有其合成及分解代謝，通過(guò)酶蛋白的代謝，即可影響細(xì)胞內(nèi)酶的含量，進(jìn)而調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的速度及存在。酶的半壽期甚短，如無(wú)合成，細(xì)胞內(nèi)酶的含量即將逐漸下降，影響酶合成的因素有作用物、代謝產(chǎn)物、激素及藥物等。這些因素都是通過(guò)基因來(lái)調(diào)節(jié)酶的合成。作用物影響酶合成的例子很多，例如食用低蛋白質(zhì)高糖類(lèi)膳食的人，其肝臟中分解氨基酸的酶的含量必定很低，因體內(nèi)對(duì)無(wú)多大用處的酶，不必大量合成。一旦改食高蛋白質(zhì)膳食時(shí)，一日之內(nèi)肝臟中分解氨基酸的含量必定增高。這表明，肝細(xì)胞內(nèi)酶的合成當(dāng)視膳食所供給營(yíng)養(yǎng)素的性質(zhì)而定，實(shí)際是作用物作用于基因而使所需要的酶得以合成；一般稱這種作用為酶的誘導(dǎo)(圖2-4-7)。
基因因作用物A的影響而生成A的代謝途徑中所需要的酶E 1、E 2及E 3等，將A 依次轉(zhuǎn)變?yōu)锽、C及D。酶的誘導(dǎo)生成，在細(xì)菌中亦是常見(jiàn)的，例如，在含葡萄糖的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的大腸桿菌不能使乳糖發(fā)酵，而在含乳糖或甲基半乳糖的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)者則能；這是因?yàn)槿樘腔蚣谆肴樘亲饔糜诨蚨T導(dǎo)生成β半乳糖苷酶的結(jié)果。
代謝產(chǎn)物通過(guò)基因?qū)γ傅鞍缀铣傻恼{(diào)節(jié)，最常見(jiàn)的是反饋抑制。當(dāng)一代謝途徑的終未產(chǎn)物超過(guò)需要時(shí)，即與調(diào)節(jié)酶結(jié)合而造成反饋抑制，致使這一代謝途徑中酶的合成減少。
高等動(dòng)物體內(nèi)影響蛋白質(zhì)合成的激素將信息依次傳遞給細(xì)胞的受體、第二信使及基因，然后由基因調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成。例如，胰島素對(duì)蛋白質(zhì)有促進(jìn)合成并抑制分解的作用，這就極有可能使糖酵解及脂肪酸合成等代謝途徑中的酶在細(xì)胞內(nèi)的含量有所增加，又如糖皮質(zhì)激素促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)的分解，由此產(chǎn)生的氨基酸在肝細(xì)胞中通過(guò)糖異生作用而生成糖，所以這個(gè)激素的作用是導(dǎo)致氨基酸分解代謝及糖異生作用中酶的合成。
絕大多數(shù)藥物及毒物都是異生物質(zhì)，均能誘導(dǎo)生成分解它們的的酶，以解除其不利于生命的作用。藥物及毒物多在肝中進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化；促進(jìn)生物轉(zhuǎn)化的酶，常稱為微粒體酶，都不是潛在的或已有酶前身物的激活，而是經(jīng)異生物質(zhì)的誘導(dǎo)而重新合成的。這無(wú)疑是通過(guò)基因的一種調(diào)節(jié)作用。就現(xiàn)在所知，藥物及毒物誘導(dǎo)劑大致可分為苯巴比妥及多環(huán)烴兩種類(lèi)型，前者所能激起微粒體酶的種類(lèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。
縱觀上述，物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)雖然分為整體、細(xì)胞及分子三種水平來(lái)討論，但實(shí)際上體內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)總是依次通過(guò)神經(jīng)、激素及基因，最后落實(shí)到酶分子上來(lái)實(shí)現(xiàn)。
