第十四章 物质代谢的相互联系和调节控制

第十四章物质代谢的相互联系和调节控制第一页，共二十一页，2022年，8月28日第二页，共二十一页，2022年，8月28日二代谢的调节

（一）酶水平调节（二）细胞水平调节(酶在细胞内的集中存在与隔离分布)（三）激素对代谢的调节（四）神经系统对代谢的调节

第三页，共二十一页，2022年，8月28日1.酶活性的调节（1）别构调节作用（2）共价修饰调节作用2.酶合成调节（基因表达调控）（1）酶的诱导合成（2）酶的诱导阻遏（一）酶水平调节第四页，共二十一页，2022年，8月28日1、酶活性调节（1）别构调节1）概念:当别构剂与酶的活性部位以非共价键结合时,会使酶的构象发生改变,从而影响酶活性.别构剂:一般是激素、底物、产物或与该酶有关的辅酶或核苷酸类物质。2）别构酶的特点：①大多为寡聚酶，由两个或两个以上亚基组成，一组为催化亚基，与底物结合,一组为调节亚基，可与别构剂结合。②别构酶在别构剂作用下活性增高，叫别构激活；活性降低，叫别构抑制。③别构酶的酶促反应速度对底物浓度作图不符合米氏图，呈“S”型曲线。第五页，共二十一页，2022年，8月28日3）酶别构调节方式：依据别构剂的不同或调节方式的不同可分为：①前馈：反应的底物通过影响别构酶的活性来调节代谢的过程。可分为正前馈和负前馈。②反馈调节：反应中间产物或终产物通过影响别构酶的活性来调节代谢过程。也分正、负反馈③腺苷酸对别构酶的调节：在糖代谢和三羧酸循环等与能量生成有关的代谢途径中，别构酶的活性可因ATP、ADP、AMP的浓度大小而被激活或抑制。④多余代谢物对别构酶的调节作用：当一条代谢途径中的产物多余时，会影响有关的别构酶，使代谢方向和速度改变。第六页，共二十一页，2022年，8月28日

（2）酶的共价修饰调节（化学修饰调节）1）概念：通过其它酶对酶分子中的某些基团进行化学修饰，使酶处于活性和无活性的互变状态，达到调节酶活性的目的。2）特点：①被修饰的酶有活化型和非活化型两种，在特定酶催化下可互变。②在特定酶催化下，被修饰酶可逆地与某一化学基团结合，改变酶分子构象，影响酶活性，不涉及共价键变化③磷酸化的化学修饰要消耗能量，一分子亚基进行磷酸化消耗一个ATP。④因化学修饰是酶促反应，酶促反应具有高效性，所以化学修饰具有放大作用。3)共价修饰的几种形式:磷酸化与脱磷酸化;甲基化与脱甲基化;腺苷化与脱腺苷化第七页，共二十一页，2022年，8月28日第八页，共二十一页，2022年，8月28日2.大肠杆菌酶合成调节(基因表达的调节)酶生物合成在转录水平和翻译水平的调节。（1）原核生物基因表达调节1960~1961年，法国巴黎的巴斯德研究所的J.Monod（莫诺）和F.Jacob（雅各布）通过对大肠杆菌研究提出乳糖操纵子模型（lacoperonmodel）。1965年获诺贝尔奖.①酶合成的诱导作用②降解物的阻遏作用③酶合成的阻遏作用（2）真核生物基因表达的调控为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。第九页，共二十一页，2022年，8月28日（1）原核生物基因表达调控—①酶合成的诱导作用★乳糖操纵子学说★与乳糖合成有关的基因调节基因——mRNA——阻遏蛋白启动基因:有RNA聚合酶的结合位点操纵基因：可与阻遏蛋白结合，阻碍RNA聚合酶与启动基因结合。结构基因：一群，能转录和翻译。第十页，共二十一页，2022年，8月28日ayzopio★CAP(代谢产物活化蛋白)与cAMP形成复合物，结合在乳糖操纵子的启动基因上，促进转录的进行。★cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。结构基因操纵基因调节基因ayopiz诱导物(乳糖)诱导物-阻遏蛋白复合物起动子阻遏蛋白第十一页，共二十一页，2022年，8月28日②降解物的阻遏作用当大肠杆菌的培养基中既含葡萄糖也含乳糖时,优先利用葡萄糖,也就是说,在有葡萄糖存在时,乳糖操纵子是关闭的,不能合成利用乳糖的3种酶.葡萄糖阻遏了利用乳糖3种酶的生成.后来发现,这种阻遏作用,不是葡萄糖本身的作用,而是葡萄糖的代谢产物阻遏了酶的合成,是葡萄糖的代谢产物抑制了腺苷酸环化酶的活性或激活了磷酸二酯酶的活性,使cAMP的浓度降低,代谢产物活化蛋白(CAP)不能与cAMP结合成复合物,不能使利用乳糖酶的基因转录.第十二页，共二十一页，2022年，8月28日③酶合成的阻遏作用细胞中的阻遏物可阻遏细胞中的酶合成，以大肠杆菌为例，用氨做大肠杆菌的唯一碳源时，大肠杆菌能合成所有的含N物质，能合成组成蛋白质的20种氨基酸，但向培养基中加入某种氨基酸时，如色氨酸，则大肠杆菌利用氨合成氨基酸的酶迅速消失，说明色氨酸是阻抑物。用色氨酸操作子模型解释酶合成的阻遏作用。第十三页，共二十一页，2022年，8月28日用色氨酸操作子模型解释酶合成的阻遏作用。色氨酸操作子有:调节基因（R）、启动基因（P）、操纵基因（O）和5个结构基因（E、D、C、B、A）组成，在第一个结构基因(E)与操纵基因之间有一段前导序列（L）和衰减子(a)（使转录终止或减弱）。阻遏蛋白原不能与操纵子结合，结构基因可转录和翻译出与合成色氨酸有关的酶，在有过量的色氨酸存在时，色氨酸与阻遏蛋白原结合，使得阻遏蛋白可与操纵基因结合，使得结构基因不能转录和翻译出合成色氨酸的酶。，第十四页，共二十一页，2022年，8月28日ABCDEopLa

trpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpATrp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰减调节。阻遏蛋白原Trp操纵子的阻遏机制色氨酸

调节基因R启动基因P操纵基因O结构基因E、D、C、B、A第十五页，共二十一页，2022年，8月28日（2）真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控在多层次，受多种因子协同调节控制，是一种多级调控方式。主要包括：①染色体结构与转录前水平调控②转录水平调控③体细胞重组和抗体多样性④转录后和翻译的调控第十六页，共二十一页，2022年，8月28日①染色体结构与转录前水平调控真核生物的核DNA与组蛋白结合成染色质的形式而存在，DNA在染色质中高度压缩，内部的基因没有活性，其中往往10%的基因有活性，90%的基因无活性，核DNA和蛋白质修饰影响基因的表达甲基化修饰DNA可关闭基因的活性：DNA的胞嘧啶甲基化为5/-甲基胞嘧啶，腺嘌呤甲基化为5/-甲基腺嘌呤，经甲基化修饰后转录活性消失，没有修饰的具有转录活性。核小体中的组蛋白被修饰后影响基因表达活性组蛋白的修饰主要是在赖氨酸残基的ε-氨基酰化，这种修饰往往可提高基因的转录活性。第十七页，共二十一页，2022年，8月28日②转录水平调控主要是通过顺式作用元件和反式作用元件的相互作用对基因表达进行调控。顺式作用元件：转录起动子和增强子等序列，合称顺式作用元件：起动子是RNA识别并与之结合并使结构基因转录的一段特异性DNA序列，位于结构基因的上游。增强子是能增强基因转录活性的调控DNA序列反式作用元件：调控转录的各种蛋白质因子的总称第十八页，共二十一页，2022年，8月28日③转录后和翻译的调控

转录后水平的调控包括：转录产物的加工和转运的调节。翻译水平的调控主要是多肽链的加工和折叠④体细胞重组和抗体多样性第十九页，共二十一页，2022年，8月28日酶的区域分布区域化对代谢的调节代谢途径的有关酶常常组成酶体系，分布与细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同的代谢途径在不同的区域中进行。细胞核：核膜上镶嵌或覆盖有大量酶类，与糖、脂类、蛋白质代谢、核酸的运输、复制、转录、加工和修饰有关。胞液：糖酵解、糖异生、磷酸戊糖途径、脂类、氨基酸和核苷酸的生物合成都在胞液中进行。内质网：粗面内质网与蛋白质加工有关，光面内质网与糖类和脂类合