第五节 心肌细胞代谢的调节
心脏的代谢过程受多种因素的调节和控制，包括代谢底物、产物和辅助因子的影响，也有作用于代谢过程的特定酶的变构效应以及激素的调节作用。
一、代谢反应速度的调节
代谢反应速度的调节主要通过对关键酶的调节来进行。已知酵解过程中的己糖激酶、PFK、丙酮酸脱氢酶都有控制作用，其中PFK是酵解过程的最有力的控制点。许多因素对于PFK都有控制作用，如ADP、1，6-磷酸果糖、AMP、cAMP、Pi和
可提高PFK活性，H+、柠檬酸、ATP和CP则降低其活性。凡是影响上述各种因素的条件，都能通过PFK对酵解过程起调控作用。
除酵解途径外，糖的氧化代谢中的异柠檬酸脱氢酶的活性直接受磷酸化合物浓度的影响。ADP刺激异柠檬酸脱氢酶的活性，ATP则抑制该酶的活性，这是糖的有氧代谢的一个重要控制点。当能量不足时，刺激ATP生成；反之，则抑制ATP生成。
二、膜系统对代谢的调控
胞膜调节底物的供应，线粒体膜调节氧化还原当量的转运，这些都属于膜系统对于代谢的调控。已知细胞的组成成分在细胞内的分布很不均匀，细胞各分区的酶浓度也有很大差异。例如，线粒体中含氧化酶系统和氧化磷酸化体系的酶类，胞质中含有酵解酶类。由于功能上的需要，各分区间的代谢物要川流不息地进行交流活动，如磷酸甘油穿梭、苹果酸穿梭、脂肪酸穿梭等。
糖酵解过程中，受α-磷酸甘油脱氢酶催化产生的NADH不能透过线粒体膜，而它在胞质α-磷酸甘油脱氢酶催化下，与磷酸二羟丙酮作用生成的α-磷酸甘油可以通过线粒体膜。当磷酸甘油进入线粒体后，又在线粒体内膜上的α-磷酸甘油脱氢酶作用下重新生成磷酸二羟丙酮。同时，由α-磷酸甘油脱下的两个H+被α-磷酸甘油脱氢酶的辅基FAD接受，生成FADH，并进而将氢传递给CoQ，进入呼吸链，通过氧化磷酸化作用生成ATP。此时，所生成的磷酸二羟丙酮顺浓度差从线粒体回到胞质中。依靠α-磷酸甘油等中间产物在线粒体内外的往返移动沟通胞质和线粒体之间的代谢产物，起连接两个细胞分区的代谢环节的作用，称之为磷酸甘油穿梭作用。
在苹果酸脱氢酶的催化下，胞质中的NADH使草酰乙酸接受氢生成苹果酸。苹果酸能自由通过线粒体膜，再受线粒体内的苹果酸脱氢酶催化、脱氢，传给苹果酸脱氢酶、辅酶NAD+，又生成NADH与草酰乙酸，NADH进入呼吸链将氢传给氧，通过氧化磷酸化作用生成ATP。线粒体中苹果酸脱氢产生的草酰乙酸不能透过线粒体膜，所以不能直接回到胞质，要通过较复杂的反应才能实现。
线粒体内产生的草酰乙酸在线粒体谷草转氨酶的作用下先变成天门冬氨酸，然后才可以自由通过线粒体膜回到胞质中去。回到胞质的天门冬氨酸，再经胞质中的谷草转氨酶催化，重新变成草酰乙酸，又可以接受NADH上的氢变成苹果酸。如此循环反复，在胞质及线粒体苹果酸脱氢酶与谷草转氨酶的催化下形成一个循环，称为苹果酸-草酰乙酸循环。心肌细胞富含果酸-草酰乙酸循环的有关酶，这些酶所催化的反应是沟通心肌细胞线粒体和胞质间氢传递的主要途径。
心肌细胞的脂肪酸进入氧化分解之前，必须先行活化。脂肪酸的活化是由线粒体外的脂酰CoA合成酶催化和CoA、ATP的参与下完成的。脂肪酸的活化过程大部分在线粒体外面进行，而催化脂酰CoA氧化的酶全部分布在线粒体的基质上。活化的脂肪酸不能直接进入线粒体，需要有卡尼汀和两种卡尼汀脂酰转移酶（CPT-1和CPT-2）的帮助，才能将活化的脂肪酸带入线粒体内氧化。具体过程是：CPT-1位于线粒体内膜外侧，催化脂酰CoA为脂酰卡尼汀并移到膜内。CPT-2位于线粒体内膜内侧，催化脂酰卡尼汀重新变成脂酰CoA。在CPT-1 和CPT-2的联合作用下，将线粒体外的脂酰CoA转移到线粒体内进行氧化。
三、激素的调节作用
儿茶酚胺、胰高血糖素等物质都具有使心肌细胞cAMP含量增加的作用，从而使心肌收缩力加强，这是通过cAMP加强对Ca2+的跨膜离子转运系统的作用来完成的。肾上腺素、异丙肾上腺素和胰高血糖素都可以激活心肌细胞的腺苷酸环化酶，增加心肌细胞cAMP水平，并能激活磷酸化酶，促进糖原分解代谢。cAMP通过蛋白激酶影响肌浆网中的Ca2+的转运、储存和释放，在Ca2+内流增加时，心肌收缩加强，出现正性肌力作用。
四、反馈调节作用
正常组织氧化磷酸化及耗氧速率紧密地偶联于ATP的利用，而心室压的变化与心肌耗氧有密切关系。氧耗增加时通过电子传递链的电子流也增加，因而引起NADH/NAD比值的降低，导致通过三羧酸循环氧化乙酰CoA的速率、酰基CoA的β-氧化速率以及通过丙酮酸脱氢酶的电子流等均增加。在缺氧组织，能荷降低使糖酵解加速，这是通过激活葡萄糖的运输及磷酸果糖激酶而实现的。枸橼酸可以抑制磷酸果糖激酶，在心脏富氧条件下，这对限制糖酵解很重要，特别是在脂肪酸存在时。
正常心脏脂肪酸的氧化受线粒体及胞质内乙酰CoA/CoA比值的调控，线粒体基质中乙酰CoA水平增高则减少可供β-氧化的CoA水平。乙酰卡尼汀转移酶及转运系统在偶联胞质脂肪酸激活与线粒体乙酰CoA氧化速率间起关键作用，主要根据线粒体中乙酰CoA/CoA的比值变化，调节胞质乙酰CoA/CoA的比值。
糖酵解还受胞质氧化状态的调控。糖酵解产生的NADH，或通过苹果酸-天冬氨酸穿梭使还原当量进入线粒体而氧化，或通过乳酸脱氢酶使丙酮酸转变为乳酸。糖酵解增加时，3-磷酸甘油醛脱氢酶产生NADH也增加。NADH的增加与糖酵解速率成正比，这样自然会达到一个浓度限度，从而抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶，使糖酵解速率不再升高。
（颜凤）