生物化学-第十四章-物质代谢的调节控制课件

物质代谢的调节控制一、代谢调节的类型二、反馈调节三、基因表达的调节控制四、细胞水平的诱导与阻遏调节机制1.生物体内各种代谢途径相互联系，有条不紊进行代谢调节普遍存在于生物界，是新陈代谢的重要途径之一2.代谢调节在3个不同水平上进行分子水平（酶水平）细胞水平多细胞整体水平（激素调节、神经调节）最基本调节方式1.糖代谢与脂肪代谢的相互关系糖可以在生物体内变成脂肪。脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。

磷酸二羟丙酮丙酮酸甘油乙酰CoA脂肪酸脂肪-甘油磷酸磷酸二羟丙酮糖脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸草酰乙酸丙酮酸-氧化乙醛酸循环TCA循环CO2+H2O糖尿病：脂肪酮体在血液中产生酸中毒或到达肌肉中提供能源在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况。脂肪糖乙酰乙酸丙酮-羟丁酸（植物）（动物）2.糖代谢与蛋白质代谢的关系糖可以转变为非必需氨基酸。蛋白质可以转变为糖。3.脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。蛋白质间接地转变为脂肪。草酰乙酸—酮戊二酸氨基酸脂类分子中的甘油丙酮酸蛋白质甘油生酮氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸脂肪酸丙酮酸乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A脂肪脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体内贮藏能量的物质。脂肪酸乙酰辅酶A-氧化TCA循环草酰乙酸—酮戊二酸苹果酸氨基酸琥珀酸乙醛酸循环4.核酸与其他物质代谢的相互关系蛋白质代谢为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料；糖类产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的来源。核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质的合成影响细胞的组成成分和代谢类型第一节代谢调节的类型根据调控水平的不同，生物调控可分为：1.神经系统的调控作用2.激素的调控作用3.细胞－酶水平的调控作用

一.神经调控作用神经系统既直接影响各种酶的合成，又影响内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以神经系统的调节具有整体性特点。神经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节激素的分泌来实现的。二.激素的调控作用激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质，它对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。激素调控往往是局部性的，并且直接或间接受到神经系统的控制。按激素受体存在的亚细胞部位分类：1、膜受体激素（亲水）蛋白质类激素：胰岛素、生长素、促性腺激素、促甲状腺素、甲状旁腺素肽类激素：生长因子等儿茶酚胺类激素：肾上腺素、去甲肾上腺素激素→激素-受体复合物→跨膜信号传递→受体→第二信使→蛋白质或酶→生物学效应细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使,而将细胞外的信号称为第一信使cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油、1,4,5-三磷酸肌醇、Ca2+①直接作用。如Ca能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩;②间接作用。第二信使通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。2、胞内受体激素（亲脂）类固醇激素、前列腺素、甲状腺素等激素→入胞→激素-受体复合物↓DNA上的激素反应元件↓促进/抑制基因转录↓促进/阻遏蛋白或酶的合成三.细胞-酶水平调控作用细胞-酶水平调控是通过调节细胞内的酶的种类、数量、分布或活性来控制各种代谢过程或生理过程。酶水平的调节酶活性的调节酶含量的调节酶的定位调节（一）、酶定位的区域化线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;细胞核:核酸合成内质网:蛋白质合成;磷脂合成二）酶活性的调节1.共价修饰2.亚基的聚合与解聚2.变构酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或脱去，引起酶分子构象的改变，使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰（Covalentmoldification）。磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/还原(2SH)。1.共价修饰：激酶ATPADP磷酸化酶（无活性）磷酸化酶P（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰二、亚基的聚合与解聚乙酰CoA羧化酶三、酶的变构：(三）酶含量的调节（迟缓调节）通过改变酶的合成与降解以调节细胞内酶的含量，从而调节代谢的速度和强度。第二节反馈调节前馈与反馈的概念反馈抑制的类型反馈调节的机制一、前馈和反馈的概念前馈（feedforward）和反馈（feedback）是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，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。E0E1En-1前馈+或-反馈+或-正作用：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。反馈与前馈作用二、反馈抑制的类型线性代谢的反馈调节分支代谢的反馈调节1、多价反馈抑制2、协同反馈抑制3、累积反馈抑制4、合作反馈抑制5、顺序反馈抑制(一）、线性代谢的反馈调节ABCDPE1E2E3E4二）、分支代谢的反馈调节ABCDE1E1’E2E3XY协同反馈抑制：

ABCDE4E5E1XY存在于LysThr的合成中ABEDEF谷氨酰胺合成酶受到各种终产物的累积反馈抑制累积反馈抑制：ABCDE1E4E5XY存在芳香族氨基酸合成的过程中顺序反馈抑制：三、反馈调节的机制变构酶调节同工酶调节多功能酶调节(一)变构酶调节代谢物别构中心活性中心(二)同工酶调节ABGFJDCH----E1E2E3E4第三节、基因表达的调节控制原核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控一、原核生物基因表达的调控(一）操纵子学说原核生物以操纵子为单元进行表达和调控，特异的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性的重要因素。操纵子结构基因（编码蛋白质，S）控制部位操纵基因（operator,O）启动子（premotor,P）操纵子及调节基因示意图负调控正调控诱导物诱导物辅阻遏物辅阻遏物二）、调控因子σ因子阻遏蛋白CPA蛋白ntrC蛋白鸟苷多磷酸二、真核生物基因表达调控DNA转录初产物RNAmRNA蛋白质前体mRNA降解物活性蛋白质DNA水平调节转录水平调节转录后加工的调节翻译调节mRNA降解调节翻译后加工的调节核细胞质真核基因调控主要是正调控真核基因表达调控的五个水平：(一）顺式作用元件

真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列。其中主要是起正性调控作用的顺式作用元件，包括启动子(promoter)、增强子(enhancer)；近年又发现起负性调控作用的元件沉寂子(silencer)。1.启动子（Promoter）是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长7－30bp。2.增强子（Ehancer）一种能够提高转录效率的顺式调控元件，通常占100－200bp长度，也和启动子一样由若干组件构成，基本核心组件常为8－12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。3.沉寂子（silencer）最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实这种沉寂子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用，是一种负调控顺式元件。二）、反式作用因子(transactingfactors)以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子(transcriptionfactors,TF)。RNA聚合酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。第四节、细胞水平的诱导与阻遏调节机制组成酶与适应酶诱导机制阻遏机制乳糖操纵子的结构调节基因操纵基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA阻遏蛋白（有活性）基因关闭启动子ORPLacZLacYLaca调节基因操纵基因乳糖结构基因启动子ORmRNAZmRNAYmRNAa阻遏蛋白（无活性）基因表达mRNA乳糖阻遏蛋白（有活性）乳糖酶的诱导

阻遏蛋白操纵基因结构基因调节基因mRNA酶蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，所以结构基因表达。酶代谢产物一旦大量积累阻遏蛋白被产物激活，结构基因不表达。原核生物基因主要是转录控制。Trp操纵子----产物阻遏常规酶的合成阻遏蛋白乳糖酶基因操纵基因结构基因半乳糖苷酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透性酶操纵基因——基因合成的开关调节基因关——阻遏蛋白阻挡操纵基因，结构基因不表达诱导物（乳糖）开——诱导物阻止阻遏蛋白功能发挥。mRNA酶蛋白酶的诱导和阻遏操纵子模型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂操纵基因启动基因调节基因结构基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达诱导物诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合,结构基因可以表达阻遏蛋白(无活性)酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达代谢产物乳糖操纵子的正调控