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第四节 酶的调节
酶的活性和含量可受多种因素的调节。机体可通过对各条代谢途径中关键酶的调节而实现对物质代谢总反应速率的控制。
一、酶活性的调节
细胞对现有酶的活性调节包括酶的别构调节和酶的化学修饰，都属于对酶促反应速率的快速调节。
（一）别构调节
一些代谢物能与某些酶的活性中心外的某个部位以非共价键可逆地结合，使酶的构象发生改变，进而改变酶的活性，这种调节方式称为酶的别构调节（allostericregulation）。受别构调节的酶称为别构酶（allosteric enzyme），引起别构效应的物质称为别构效应剂。根据别构效应剂对别构酶调节效果又分为别构激活剂和别构抑制剂。别构效应剂可以是代谢途径的终产物、中间产物或酶的底物。酶与别构效应剂结合的部位称为调节部位。
物质代谢途径中的关键酶大多是别构酶，因此别构酶对代谢的速率和方向起着重要的控制作用。别构效应剂可通过改变代谢中关键酶的构象变化，影响其活性，从而改变物质代谢的速率和代谢途径的方向。
（二）酶的化学修饰
酶蛋白肽链上的某些基团可在其他酶的催化下，与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这种调节方式称为酶的化学修饰（chemical modification）或共价修饰（covalent modification）。 酶的化学修饰可使酶发生无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种形式的互变。酶的化学修饰有多种形式，其中最常见的形式是磷酸化与脱磷酸化（见第十章）。
（三）酶原与酶原激活
有些酶在细胞内合成或初分泌时，没有催化活性，这种无活性的酶前体称为酶原（zymogen）。酶原在一定条件下转变为有活性酶的过程称为酶原激活。酶原激活的实质是酶分子内部一个或多个肽键断裂，分子构象改变，酶活性中心形成或暴露的过程。例如，胰蛋白酶原进入小肠后，在Ca 2+存在下受肠激酶的作用，从N端水解掉一个6肽片段，使肽链分子空间构象发生改变，形成了酶的活性中心，从而成为有催化活性的胰蛋白酶（图3-9）。
图3-9 胰蛋白酶原的激活
胃蛋白酶、弹性蛋白酶及凝血和纤溶系统的酶类等，它们在初分泌时均以无活性的酶原形式存在，在一定的条件下水解掉一个或几个短肽，才能转变成相应的酶。
酶原的存在以及酶原的激活有重要的生理意义。消化道的蛋白酶以酶原形式分泌，既可避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，又可使酶在特定部位或环境中发挥其催化作用。生理条件下，血液中的凝血酶和纤维蛋白溶解系统的酶类最初都是以酶原的形式存在的，这样才能保证血流畅通，一旦需要便转化为有活性的酶，对机体起保护作用。
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急性胰腺炎
急性胰腺炎是多种病因导致各种胰酶在胰腺内被错误激活，继而引起胰腺组织自身消化、水肿、出血甚至坏死的炎症反应。
急性胰腺炎的发病机制尚未完全阐明。已达成共识的机制是，在病理情况下，胰腺组织中的各种消化酶原（磷脂酶A 2、激肽释放酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和脂肪酶等）被提前激活，这些消化酶共同作用，造成胰腺及邻近组织的病变。近年来的研究揭示，急性胰腺炎时，胰腺组织的损伤过程中产生一系列炎性介质（氧自由基、血小板活化因子、前列腺素、白细胞三烯等），这些炎性介质和血管活性物质（如NO、血栓素等）可导致胰腺血液循环障碍，并可通过血液循环和淋巴管输送到全身，引起多脏器损害，成为急性胰腺炎的并发症和致死原因。
二、酶含量的调节
生物体除对酶的活性进行调节外，细胞也可通过改变酶蛋白合成与分解的速率来调节酶的含量，进而影响酶促反应速率。
（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏
某些底物、产物、激素以及药物等都可以影响酶的合成。一般将促进酶合成的化合物称为诱导剂，所产生的作用为诱导作用（induction）；减少酶合成的化合物称为阻遏剂，所产生的作用称为阻遏作用（repression）。诱导剂和阻遏剂一般是在转录水平或翻译水平上影响酶的合成，但以影响转录过程较为常见。诱导剂对酶的诱导作用是要经过酶生物合成的一系列环节，一般需要几个小时以上方可见效，故其调节效应出现较迟缓。但一旦酶被诱导合成，即使去除诱导因素，酶的活性仍能保持。可见，这种酶的调节方式的所产生的效应持续时间较长。因此，酶蛋白合成的诱导和阻遏是一种缓慢而长效的调节。
（二）酶的降解
酶是机体的组成成分，也在不断地自我更新。酶的降解速率与酶的结构密切相关。细胞内的酶都有其最稳定的分子构象，一旦此构象被破坏，酶便易受蛋白酶的攻击而降解。细胞内酶的降解速率也与机体的营养和激素的调节有关。酶的降解大多在细胞内进行。细胞内存在两种蛋白质降解途径。溶酶体蛋白酶降解途径是由溶酶体内的组织蛋白酶催化水解细胞外来的蛋白质和长半寿期的蛋白质。依赖ATP的泛素-蛋白酶体途径则在胞质中对细胞内异常蛋白质和短半寿期的蛋白质进行泛素标记，然后被蛋白酶所水解。