代谢的调节与控制

1、第第九章九章 代谢的调节与控制代谢的调节与控制脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮脂肪酸脂肪酸丙二酸丙二酸单单酰辅酶酰辅酶A乙酰辅酶乙酰辅酶A柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A -酮酮戊二酸戊二酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖淀粉、糖原淀粉、糖原葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸胆固醇胆固醇1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖核酸核酸核苷酸核苷酸5-磷酸核糖磷酸核糖蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸甘氨酸甘氨酸半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸天冬

2、酰氨天冬酰氨异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸生酮氨基酸生酮氨基酸亮氨酸亮氨酸赖酰胺赖酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸天冬酰氨天冬酰氨乙酰乙酰辅酶乙酰乙酰辅酶A 生物体内的代谢既是错综复杂的，也是有序的；生物体内的代谢既是错综复杂的，也是有序的； 单细胞和多细胞生物都能对各类代谢过程及其相互间的单细胞和多细胞生物都能对各类代谢过程及其相互间的关系进行全面而精确的调节，保持机体处于正常状态。关系进行全面而精确的调节，保持机体处于正常状态。微生物：细胞调节高等动物和人类：细

3、胞调节、 激素调节、 神经调节第第一一节节 酶酶 水水 平平 的的 调调 控控& 酶调节的意义酶调节的意义生物体内各种生理活动均以一定的物质代谢为基础；生物体内各种生理活动均以一定的物质代谢为基础；通过对酶的催化活性的调节，可以调节代谢活动。通过对酶的催化活性的调节，可以调节代谢活动。 & 可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或速度或方向方向发生改变的酶就称为发生改变的酶就称为限速酶限速酶(limiting velocity enzyme)或或关键酶关键酶(key enzyme)。一、酶结构的调节一、酶结构的调节 （一）变构调节（

4、一）变构调节 （二）共价修饰调节（二）共价修饰调节 （三）酶原的激活（三）酶原的激活二、酶含量的调节二、酶含量的调节 （一）操纵子的概念、类型和特点（一）操纵子的概念、类型和特点 （二）操纵子的实例（二）操纵子的实例 乳糖操纵子和色氨酸操纵子乳糖操纵子和色氨酸操纵子一、酶结构的调节一、酶结构的调节y 酶结构的调节是通过对现有酶结构的调节是通过对现有酶分子结构酶分子结构的的影响来改变酶的影响来改变酶的催化活性催化活性的调节方式。的调节方式。y 酶结构的调节是一种酶结构的调节是一种快速调节快速调节方式。方式。（一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：一、酶结构的调节一、酶结构的调节（

5、一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：& 变构调节变构调节(allosteric regulation)： 当底物或调节物与酶分子中的当底物或调节物与酶分子中的别构中心别构中心结合后，能结合后，能诱导出或稳定住酶分子的诱导出或稳定住酶分子的某种构象，某种构象，使酶活性中心使酶活性中心与底物的结合与催化作用受到影响，从而调节酶的与底物的结合与催化作用受到影响，从而调节酶的反应速度及代谢过程。反应速度及代谢过程。 酶的别构效应酶的别构效应一、酶结构的调节一、酶结构的调节y变构酶变构酶(allosteric enzyme)： 具有变构调节作用的酶。具有变构调节作用的酶。y变构

6、剂变构剂(allosteric effector)： 能使酶分子变构并使酶的催化活性发生改能使酶分子变构并使酶的催化活性发生改变的代谢物。变的代谢物。别构激活剂别构激活剂别构抑制剂别构抑制剂（一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：一、酶结构的调节一、酶结构的调节| 变构酶一般是多亚基构成的聚合体，一些亚基为变构酶一般是多亚基构成的聚合体，一些亚基为催化亚催化亚基基，另一些亚基为，另一些亚基为调节亚基调节亚基。| 分子中除分子中除活性中心活性中心外（一般有一个或多个），还含有外（一般有一个或多个），还含有别别构中心构中心；| 当调节亚基或调节部位与变构剂结合后，就可导致酶的当调节

7、亚基或调节部位与变构剂结合后，就可导致酶的空间构象发生改变，从而导致酶的催化活性中心的构象空间构象发生改变，从而导致酶的催化活性中心的构象改变而致酶活性的改变。改变而致酶活性的改变。 （一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：1变构调节的机制变构调节的机制蛋白激酶蛋白激酶A的变构调节的变构调节（一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：1变构调节的机制变构调节的机制r 变构酶变构酶通常为代谢途径的通常为代谢途径的起始关键酶起始关键酶，而，而变构剂变构剂则则为代谢途径的为代谢途径的终产物终产物。r 变 构 剂 一 般 以变 构 剂 一 般 以 反 馈反 馈(feedba

8、ck)方式对代谢途径方式对代谢途径的起始关键酶进行调节，的起始关键酶进行调节，最常见的最常见的负反馈负反馈调节。调节。 （一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：2. 变构调节的方式变构调节的方式（一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：3. 别构酶举例别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase 酶活性的改变通过酶酶活性的改变通过酶分子构象分子构象的改变而实现；的改变而实现； 酶的变构仅涉及酶的变构仅涉及非共价键非共价键的变化；的变化； 调节酶活性的因素为调节酶活性的因素为代谢物代谢物； 为一为一非耗能非耗能过程；过程； 无放大无放大

9、效应。效应。 （一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：4变构调节的特点变构调节的特点一、酶结构的调节一、酶结构的调节 （一）变构调节（一）变构调节 （二）共价修饰调节（二）共价修饰调节 （三）酶原的激活（三）酶原的激活二、酶含量的调节二、酶含量的调节 （一）操纵子的概念、类型和特点（一）操纵子的概念、类型和特点 （二）操纵子的实例（二）操纵子的实例 乳糖操纵子和色氨酸操纵子乳糖操纵子和色氨酸操纵子&共价修饰调节：共价修饰调节： 在其他酶的催化下，酶蛋白肽链上的一些基团可在其他酶的催化下，酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶与某种化学基团发

10、生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。的活性，此过程称为共价修饰。共价修饰调节也是体内共价修饰调节也是体内快速快速调节代谢活动的一种重调节代谢活动的一种重要的方式。要的方式。最常见的共价修饰方式有：最常见的共价修饰方式有：磷酸化磷酸化-脱磷酸化脱磷酸化，-SH - -S-S-，乙酰化，乙酰化-脱乙酰化，腺苷化脱乙酰化，腺苷化-脱腺苷化等。脱腺苷化等。 （二）共价修饰调节：（二）共价修饰调节：一、酶结构的调节一、酶结构的调节酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 酶蛋白酶蛋白SerThrTyrOH酶蛋白酶蛋白SerThrTyrOPATPADPPiH2O蛋白激酶蛋白激酶蛋白磷酸

11、酶蛋白磷酸酶（二）共价修饰调节：（二）共价修饰调节： 1共价修饰的机制：共价修饰的机制： 共价修饰酶共价修饰酶通常在通常在两种不同的酶两种不同的酶的催化下发生共价修的催化下发生共价修饰（饰（covalent modification）或去修饰，从而引起酶分）或去修饰，从而引起酶分子在子在有活性形式有活性形式与与无活性形式无活性形式之间进行相互转变。之间进行相互转变。 （二）共价修饰调节：（二）共价修饰调节： 1共价修饰的机制：共价修饰的机制： 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 （无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（有活性）腺苷酸环化酶（有活性） ATP cAMP 激素激素（胰高血糖素、肾上腺素等）（胰高血

12、糖素、肾上腺素等）+ 受体受体 PKA(无活性无活性) PKA(有活性有活性) 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P 磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P 共价修饰酶的级联反应共价修饰酶的级联反应（二）共价修饰调节：（二）共价修饰调节： 2共价修饰调节的方式：共价修饰调节的方式：共价修饰酶的级联反应共价修饰酶的级联反应（二）共价修饰调节：（二）共价修饰调节： 2共价修饰调节的方式：共价修饰调节的方式：当信息分子与受体结合后，酶当信息分子与受体结合后，酶1（受体偶联酶）（受体偶联酶）被激活，酶被激活，酶1激活激活各各酶酶2，各酶

13、，各酶2再分别激活各酶再分别激活各酶3，依次类推，于是引起级联放大的瀑布效应。依次类推，于是引起级联放大的瀑布效应。 酶以酶以两种不同修饰两种不同修饰和不同活性的形式存在；和不同活性的形式存在； 有有共价键共价键的变化；的变化； 受受其他调节因素其他调节因素（如激素）的影响；（如激素）的影响； 一般为一般为耗能耗能过程；过程； 存在存在放大效应放大效应。 （二）共价修饰调节：（二）共价修饰调节： 3共价修饰调节的特点：共价修饰调节的特点： 一、酶结构的调节一、酶结构的调节 （一）变构调节（一）变构调节 （二）共价修饰调节（二）共价修饰调节 （三）酶原的激活三）酶原的激活二、酶含量的调节二、酶含

14、量的调节 （一）操纵子的概念、类型和特点（一）操纵子的概念、类型和特点 （二）操纵子的实例（二）操纵子的实例 乳糖操纵子和色氨酸操纵子乳糖操纵子和色氨酸操纵子（三）酶原的激活（三）酶原的激活 ：一、酶结构的调节一、酶结构的调节 酶原：有些酶，特别是一些与消化作用有关的酶，酶原：有些酶，特别是一些与消化作用有关的酶，在最初合成和分泌时，没有催化活性，这种没有催在最初合成和分泌时，没有催化活性，这种没有催化活性的酶的前体称为酶原；化活性的酶的前体称为酶原； 酶原激活：酶原激活：酶原在一定的条件下经过适当的物质作酶原在一定的条件下经过适当的物质作用而转变为有活性的酶的过程，称为酶原的激活；用而转变为

15、有活性的酶的过程，称为酶原的激活； 实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。 酶原的激活过程通常伴有酶蛋白酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级结构的改变一级结构的改变。 胰蛋白酶胰蛋白酶/肠激酶肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶原 胰蛋白酶胰蛋白酶 + N端端6肽片段肽片段 （三）酶原的激活（三）酶原的激活 ：一、酶结构的调节一、酶结构的调节（三）酶原的激活（三）酶原的激活 ：一、酶结构的调节一、酶结构的调节（三）酶原的激活（三）酶原的激活 ：一、酶结构的调节一、酶结构的调节 酶原激活的机制为：酶原激活的机制为：酶原分子一级结构的改变导致了酶原分子一级结构的改变导致了酶原分子

16、空间结构的改变，使酶原分子空间结构的改变，使催化活性中心催化活性中心得以形成，得以形成，故使其从无活性的酶原形式转变为有活性的酶。故使其从无活性的酶原形式转变为有活性的酶。 酶原激活的生理意义在于：酶原激活的生理意义在于：保护自身组织细胞保护自身组织细胞不被酶不被酶水解消化。有的酶原可以视为酶的储存形式。水解消化。有的酶原可以视为酶的储存形式。 （三）酶原的激活（三）酶原的激活 ：一、酶结构的调节一、酶结构的调节一、酶结构的调节一、酶结构的调节 （一）变构调节（一）变构调节 （二）共价修饰调节（二）共价修饰调节 （三）酶原的激活（三）酶原的激活二、酶含量的调节二、酶含量的调节 （一）原核生物操

17、纵子的概念、类型和特点（一）原核生物操纵子的概念、类型和特点 （二）原核生物操纵子的实例（二）原核生物操纵子的实例 二、酶含量的调节二、酶含量的调节 酶含量的调节是指通过改变细胞中酶含量的调节是指通过改变细胞中酶蛋白合成酶蛋白合成的速度的速度来调节酶蛋白分子的绝对含量，影响其来调节酶蛋白分子的绝对含量，影响其催化活性，从而调节代谢反应的速度。催化活性，从而调节代谢反应的速度。 酶含量的调节是机体内酶含量的调节是机体内迟缓调节迟缓调节的重要方式。的重要方式。 基因表达的概念基因表达的概念 基因表达基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作就是指在一定调节因素的作用下，用下

18、，DNA分子上特定的基分子上特定的基因被激活并转录生成特定的因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。白质合成的过程。 二、酶含量的调节二、酶含量的调节ImRNA蛋白蛋白基因表达的方式（基因表达的方式（1） 组成性基因表达（组成性基因表达（constitutive gene expression） 是指在个体发育的是指在个体发育的任一阶段任一阶段都能在大多数细胞都能在大多数细胞中中持续进行的基因表达持续进行的基因表达。其基因表达产物通常。其基因表达产物通常是对生命过程是必需的，且较少受环境因素的是对生命过程是必需的，且较少受环境因素的影响。影响。 这

19、类基因通常被称为这类基因通常被称为管家基因（管家基因（housekeeping gene）。）。二、酶含量的调节二、酶含量的调节基因表达的方式（基因表达的方式（2） 诱导表达（诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。加。这类基因称为可诱导基因。 阻遏表达（阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。少。这类基因称为可阻遏基因

20、。 二、酶含量的调节二、酶含量的调节一、酶结构的调节一、酶结构的调节 （一）变构调节（一）变构调节 （二）共价修饰调节（二）共价修饰调节 （三）酶原的激活（三）酶原的激活二、酶含量的调节二、酶含量的调节 （一）原核生物操纵子的概念、特点和类型（一）原核生物操纵子的概念、特点和类型 （二）原核生物操纵子的实例（二）原核生物操纵子的实例 存在于原核生物中的一种主要的调控模式是存在于原核生物中的一种主要的调控模式是操纵子（操纵子（operon）调控模式。）调控模式。 在原核生物中，若干结构基因可在原核生物中，若干结构基因可串联串联在一起，在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因其表达受到同一调

21、控系统的调控，这种基因的组织形式称为的组织形式称为操纵子操纵子（operon） 。 二、酶含量的调节二、酶含量的调节-原核生物操纵子（概念）原核生物操纵子（概念） ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因 典型的操纵子可分为典型的操纵子可分为控制区控制区和和信息区信息区两部分；两部分； 控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由若干编码蛋白的结构基因串联在一起构成。若干编码蛋白的结构基因串联在一起构成。 二、酶含量的调节二、酶含量的调节-原核生物操纵子（特点）原核生物操纵子（特点） ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序

22、列启动子启动子调节基因调节基因 凡能促使基因转录增强，从而使酶蛋白合成凡能促使基因转录增强，从而使酶蛋白合成增加的物质就称为增加的物质就称为诱导剂诱导剂；反之，则称为；反之，则称为阻阻遏剂遏剂。 原核生物操纵子控制的酶蛋白的合成速度通原核生物操纵子控制的酶蛋白的合成速度通常通过一些常通过一些诱导剂诱导剂或或阻遏剂阻遏剂来进行调节。来进行调节。 依此分为依此分为诱导型诱导型和和阻遏型阻遏型操纵子操纵子二、酶含量的调节二、酶含量的调节-原核生物操纵子（类型）原核生物操纵子（类型） ZP结构基因结构基因启动子启动子mRNA蛋白蛋白原核生物蛋白表达原核生物蛋白表达模型模型ZYAPI结构基因结构基因操纵

23、序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白OmRNA蛋白质蛋白质阻遏蛋白的负性调控阻遏蛋白的负性调控乳糖操纵子模型：没有乳糖时，结构基因的表达乳糖操纵子模型：没有乳糖时，结构基因的表达被抑制被抑制。ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白乳糖操纵子模型：有乳糖时，结构基因的表达乳糖操纵子模型：有乳糖时，结构基因的表达被诱导被诱导。mRNA半乳半乳糖苷酶糖苷酶半乳糖苷半乳糖苷透过酶透过酶半乳糖苷半乳糖苷转乙酰酶转乙酰酶ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子：启动子：弱弱乳糖操纵子模型：有乳糖时，结构基因的表

24、达仍然较弱。乳糖操纵子模型：有乳糖时，结构基因的表达仍然较弱。调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白mRNA半乳半乳糖苷酶糖苷酶半乳糖苷半乳糖苷透过酶透过酶半乳糖苷半乳糖苷转乙酰酶转乙酰酶ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子：启动子：弱弱调节基因调节基因mRNA乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型-CAP的正性调控的正性调控活性活性CAP结合位点：可增加结合位点：可增加RNA聚合酶的转录活性聚合酶的转录活性调节蛋白调节蛋白mRNA半乳半乳糖苷酶糖苷酶 半乳糖苷半乳糖苷 透过酶透过酶 半乳糖苷半乳糖苷 转乙酰酶转乙酰酶葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物抑制抑制激活激活腺苷酸腺苷酸环化酶

25、环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATP cAMP 5-AMPCAP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与CAP活性的关系活性的关系失活态失活态活化态活化态 乳糖乳糖操纵子模型操纵子模型z 阻遏蛋白负性调节阻遏蛋白负性调节乳糖操纵子的转录活性；乳糖操纵子的转录活性；z CAP正性调节正性调节乳糖操纵子的转录活性；乳糖操纵子的转录活性；z lac操纵子强的诱导作用操纵子强的诱导作用既需要乳糖既需要乳糖存在，存在，又需又需缺乏葡萄糖，缺乏葡萄糖，两种机制协调合作。两种机制协调合作。z 大肠杆菌乳糖操纵子是

26、第一个被子发现的操纵大肠杆菌乳糖操纵子是第一个被子发现的操纵子（子（Monod和和Jacob，1961）。）。结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白乳糖操纵子模型：有乳糖而且没有葡萄糖时，结构基因的乳糖操纵子模型：有乳糖而且没有葡萄糖时，结构基因的表达表达强强。mRNA半乳半乳糖苷酶糖苷酶半乳糖苷半乳糖苷透过酶透过酶半乳糖苷半乳糖苷转乙酰酶转乙酰酶启动子：启动子：弱弱ZYAOPI半乳糖苷半乳糖苷 透过酶透过酶- -半乳糖苷酶半乳糖苷酶- -半乳糖苷酶半乳糖苷酶大肠杆菌的二次生长现象大肠杆菌的二次生长现象培养时间（培养时间（h）菌体密度菌体密度糖浓度

27、糖浓度？糖浓度？糖浓度？糖浓度？糖浓度IPTG结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型：有色氨酸时有色氨酸时，结构基因的表达，结构基因的表达被抑制被抑制。 mRNA蛋白质蛋白质ECAOPIBDLECAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型：没有色氨酸时，没有色氨酸时，结构基因的表达结构基因的表达被诱导被诱导。BDLmRNA酶酶C酶酶B酶酶A酶酶E酶酶D色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型：衰减调控机制。衰减调控机制。 F 162个碱基

28、对组成操纵子的前导个碱基对组成操纵子的前导序列；序列；F 其中有编码其中有编码14个氨基酸短肽的个氨基酸短肽的ORF，序列中有两个相邻的色氨，序列中有两个相邻的色氨酸密码子；酸密码子；F 此此14个氨基酸短肽的个氨基酸短肽的ORF前有前有核糖体结合位点，表明该核糖体结合位点，表明该ORF可可被翻译。被翻译。色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型： 衰减调控机制衰减调控机制 164个核准苷酸的前导序列的后半段有个核准苷酸的前导序列的后半段有4组反向重复序列：组反向重复序列：1，2，3，4，其中，其中12，34，23之间均可形成发夹结构；之间均可形成发夹结构； 第第4个反向重复序列后有个反向重复序列后

29、有7个重复的个重复的U，因此，因此34之间形成的发夹结之间形成的发夹结构实际上是一个不信赖于因子的转录终止子；构实际上是一个不信赖于因子的转录终止子； 如转录过程中如转录过程中34之间的发夹结构能够同时生成，则之间的发夹结构能够同时生成，则RNA聚合酶聚合酶就会停止转录而从就会停止转录而从mRNA上脱离下来。上脱离下来。色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型： 衰减调控机制衰减调控机制一、酶结构的调节一、酶结构的调节 （一）变构调节（一）变构调节 （二）共价修饰调节（二）共价修饰调节 （三）酶原的激活（三）酶原的激活二、酶含量的调节二、酶含量的调节 （一）操纵子的概念、类型和特点（一）操纵子的概念

30、、类型和特点 （二）操纵子的实例（二）操纵子的实例第二节第二节 细胞结构细胞结构对代谢调节的作用方式对代谢调节的作用方式一、对代谢途径的分隔作用一、对代谢途径的分隔作用二、控制细胞和细胞器内外物质的转运二、控制细胞和细胞器内外物质的转运三、与膜的可逆性结合三、与膜的可逆性结合第二节第二节 细胞结构对代谢调节的作用方式细胞结构对代谢调节的作用方式r由膜包围的多种细胞器分布在细胞质内，如细胞由膜包围的多种细胞器分布在细胞质内，如细胞核、叶绿体、线粒体、溶酶体、高尔基体等。核、叶绿体、线粒体、溶酶体、高尔基体等。一、细胞结构一、细胞结构对代谢途径的分隔作用对代谢途径的分隔作用生物膜系统使细胞空间区域

31、化，不同区域进行不同的代谢活动生物膜系统使细胞空间区域化，不同区域进行不同的代谢活动r由膜包围的多种细胞器分布在细胞质内，如细胞由膜包围的多种细胞器分布在细胞质内，如细胞核、叶绿体、线粒体、溶酶体、高尔基体等。核、叶绿体、线粒体、溶酶体、高尔基体等。r各细胞器均包含有一整套酶系统，执行着特定的各细胞器均包含有一整套酶系统，执行着特定的代谢功能。代谢功能。r例如糖酵解、磷酸戊糖途径和脂肪酸合成的酶系例如糖酵解、磷酸戊糖途径和脂肪酸合成的酶系存在于细胞质中；三羧酸循环、脂肪酸存在于细胞质中；三羧酸循环、脂肪酸-氧化和氧化和氧化磷酸化的酶系存在于线粒体中；核酸合成的酶氧化磷酸化的酶系存在于线粒体中；

32、核酸合成的酶系大部分在细胞核中；蛋白质合成酶系在微粒体中，系大部分在细胞核中；蛋白质合成酶系在微粒体中，水解酶系在溶酶体中。水解酶系在溶酶体中。 一、细胞结构一、细胞结构对代谢途径的分隔作用对代谢途径的分隔作用一、对代谢途径的分隔作用一、对代谢途径的分隔作用二、控制细胞和细胞器内外物质的转运二、控制细胞和细胞器内外物质的转运三、与膜的可逆性结合三、与膜的可逆性结合第二节第二节 细胞结构对代谢调节的作用方式细胞结构对代谢调节的作用方式所有的细胞都以一层薄膜将它的内含物与外界环所有的细胞都以一层薄膜将它的内含物与外界环境分开；境分开；另外，大多数细胞中还含有许多内膜系统，组成另外，大多数细胞中还含

33、有许多内膜系统，组成具有各种特定功能的亚细胞结构和细胞器，如线具有各种特定功能的亚细胞结构和细胞器，如线粒体、细胞核、内质网、溶酶体和叶绿体等；粒体、细胞核、内质网、溶酶体和叶绿体等；细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。二、二、细胞结构细胞结构控制细胞和细胞器内外物质的转运控制细胞和细胞器内外物质的转运 细胞和细胞器的膜都具有特殊的运输系统，控细胞和细胞器的膜都具有特殊的运输系统，控制着细胞内外、细胞器内外代谢物质的出入，从而制着细胞内外、细胞器内外代谢物质的出入，从而调节代谢反应。调节代谢反应。 这就是细胞膜的选择性透过功能。这就是细胞膜的选择性透

34、过功能。 二、二、细胞结构细胞结构控制细胞和细胞器内外物质的转运控制细胞和细胞器内外物质的转运EMP途径途径-己糖磷酸酯己糖磷酸酯的生成的生成二、二、细胞结构细胞结构控制细胞和细胞器内外物质的转运控制细胞和细胞器内外物质的转运苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制（肝和心肌）（肝和心肌）二、二、细胞结构细胞结构控制细胞和细胞器内外物质的转运控制细胞和细胞器内外物质的转运肉毒碱转移系统在脂肪酸生物氧化中的作用肉毒碱转移系统在脂肪酸生物氧化中的作用二、二、细胞结构细胞结构控制细胞和细胞器内外物质的转运控制细胞和细胞器内外物质的转运一、对代谢途径的分隔作用一、对代谢途径的分隔作用二、控制细胞

35、和细胞器内外物质的转运二、控制细胞和细胞器内外物质的转运三、与膜的可逆性结合三、与膜的可逆性结合第二节第二节 细胞结构对代谢调节的作用方式细胞结构对代谢调节的作用方式生物膜是以生物膜是以磷脂、胆固醇、蛋白质和寡糖链磷脂、胆固醇、蛋白质和寡糖链构成的双层脂膜构成的双层脂膜三、与膜的可逆性结合三、与膜的可逆性结合二、细胞膜结构对代谢的调节和控制二、细胞膜结构对代谢的调节和控制膜结构对代谢具有非常重要的调控作用：膜结构对代谢具有非常重要的调控作用：1.控制跨膜离子浓度和电位梯度控制跨膜离子浓度和电位梯度2.控制细胞和细胞器的物质运输控制细胞和细胞器的物质运输3.内膜系统对代谢途径的分隔内膜系统对代谢

36、途径的分隔4.酶与膜的可逆结合酶与膜的可逆结合 有些酶能可逆地与膜结合，并以其膜结合型和有些酶能可逆地与膜结合，并以其膜结合型和可溶型的互变影响酶的活性。可溶型的互变影响酶的活性。 离子、代谢物或调节物的存在都会影响酶与膜离子、代谢物或调节物的存在都会影响酶与膜的结合。的结合。 目前所知的此类酶大多是代谢途径中关键步骤目前所知的此类酶大多是代谢途径中关键步骤的调节酶，如糖酵解途径中的己糖激酶、磷酸果糖的调节酶，如糖酵解途径中的己糖激酶、磷酸果糖激酶、激酶、3-3-磷酸甘油醛脱氢酶等。磷酸甘油醛脱氢酶等。三、与膜的可逆性结合三、与膜的可逆性结合第第三三节节 反馈调节模式反馈调节模式 前馈（前馈（

37、feedforward ）和反馈（）和反馈（feedback ）是来自电子是来自电子工程学的术语，前者的意思是工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响输入对输出的影响”，后者的意思是后者的意思是“输出对输入的影响输出对输入的影响”，这里分别借用来，这里分别借用来说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这种调节说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的变构效应来实现的。的变构效应来实现的。酶活性的前馈和反馈调节酶活性的前馈和反馈调节S0SnS2S1E0E1En-1或或+反馈反馈或或+前馈前

38、馈别别构构中中心心活性活性中心中心代谢物代谢物反馈调节中酶活性调节的机制反馈调节中酶活性调节的机制1.直线式代谢途径中的反馈抑制直线式代谢途径中的反馈抑制：苏氨酸脱氨酶苏氨酸脱氨酶苏氨酸苏氨酸- -酮丁酸酮丁酸异亮氨酸异亮氨酸反馈抑制反馈抑制其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成2.2.分支代谢途径中的反馈抑制：分支代谢途径中的反馈抑制：反馈抑制的类型反馈抑制的类型2.2.分支代谢途径中的反馈抑制：分支代谢途径中的反馈抑制：4 在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另

39、一分支上产物的在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物发展出多种调节方式。供应，微生物发展出多种调节方式。4 主要有：主要有：反馈抑制的类型反馈抑制的类型 （1）同功酶的调节）同功酶的调节 （2）顺序反馈）顺序反馈 （3）协同反馈）协同反馈 （4）积累反馈调节）积累反馈调节（1）同功酶调节）同功酶调节-isoenzymez 定义：催化相同的生化反应，而酶分子结构有差定义：催化相同的生化反应，而酶分子结构有差别的一组酶。别的一组酶。z 意义：在一个分支代谢途径中，如果在分支点以意义：在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶催化时，则前的一个较早

40、的反应是由几个同功酶催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用酶发生抑制作用某一产物过量仅抑制相应酶活，某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物没影响。对其他产物没影响。z 举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节ABHGEDCF-（1）同功酶调节）同功酶调节-isoenzymeE1E2（2）顺序反馈抑制）顺序反馈抑制- sequential feedback inhibitionz 一种终产物的积累一种终产物的积累,导致前一中间产物的积累，通导致前一中间产物的积累，通过后者反馈抑制合成

41、途径关键酶的活性，使合成过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。又称逐步反馈抑制。终止。又称逐步反馈抑制。z 举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节（2）顺序反馈抑制）顺序反馈抑制- sequential feedback inhibitionABHGEDCF-z 定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时，定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时，才合作抑制共同途径中的第一个酶，才合作抑制共同途径中的第一个酶，它又称为多它又称为多价反馈调节；价反馈调节；z 若只有一个末端产物过量并不单独发生反馈抑制。若只有一个末端产物过量并不单独发生反馈抑

42、制。z 举例：举例： 谷氨酸棒杆菌（谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum） 多粘芽孢杆菌（多粘芽孢杆菌（Bacillus polymyxa）r 天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制和阻遏。苏氨酸的协同反馈抑制和阻遏。（3）协同反馈抑制）协同反馈抑制- concerted feedback inhibition（3）协同反馈抑制）协同反馈抑制- concerted feedback inhibitionABHGEDCF-保证不至于因为一种终产物过多而造成其它终产物缺乏。保证不至于因为一种终产物过多而造成其它终产物缺乏。（4）积累反馈抑制）积累反馈抑制- cumulative feedback inhibitionz 分支代谢途径的几种末端产物各自都能对公共步分支代谢途径的几种末端产物各自都能对公共步骤的第一个酶进行反馈抑制，但只是部分抑制，骤的第一个酶进行反馈抑制，但只是部分抑制，甚至在高浓度时也如此；甚至在高浓度时也如此；z 该酶对各末端产物有别构结合的位点，各产