第7章 代謝調控

第十五章物質代謝的聯(lián)系及其調節(jié)第一節(jié)物質代謝的相互聯(lián)系第二節(jié)代謝調節(jié)第三節(jié)基因表達調控思考

生物大分子中間產物6-磷酸葡萄糖丙酮酸乙酰CoA中間產物ATPNADPH生物構件小分子生物構件小分子合成代謝降解代謝物質的新陳代謝葡萄糖異生葡萄糖脂肪酸合成檸檬酸-丙酮酸循環(huán)PEP丙酮酸乙醇酒精發(fā)酵乳酸乳酸發(fā)酵乙酰CoA轉氨基作用芳香族氨基酸丙氨酸Leu、SerTCA丙酮酸在物質代謝中的作用第一節(jié)

物質代謝的相互聯(lián)系一、糖代謝與脂類代謝的相互關系二、糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系

三、脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系四、核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系糖脂肪酸磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解從頭合成乙酰CoA，NADPH脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸糖(植物)β-氧化乙醛酸循環(huán) 糖異生乙酰CoA

琥珀酸TCA糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系葡萄糖5-磷酸核糖

6-磷酸葡萄糖組氨酸乙酰CoA4-磷酸赤蘚糖

3-磷酸甘油酸PEP絲氨酸GlyCys丙酮酸LeuAlaValTyrPheTrp檸檬酸草酰乙酸天冬氨酸a-酮戊二酸谷氨酸GlnProArgMetIleThrLysAsnPPPTCA氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑草酰乙酸磷酸烯醇式酸α-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸氨酸亮氨酸賴氨酸色氨酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸

絲氨酸

半胱氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸苯丙氨酸氨酸天冬氨酸異亮氨酸甲硫氨酸蘇氨酸纈氨酸葡萄糖檸檬酸谷氨酸脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質蛋白質氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）乙醛酸循環(huán)（PEP）丙氨酸（胞液）（線粒體）天冬氨酸谷氨酸（轉氨基作用）糖的分解代謝和糖異生的關系糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系PEP丙酮酸α-酮戊二酸核糖-5-磷酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸

絲氨酰

蘇氨酸

半胱氨酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇生酮氨基酸亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質淀粉、糖原核酸生糖氨基酸天冬氨酸天冬酰氨酪氨酸天冬氨酸苯丙酰氨異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸

纈氨酸谷氨酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖第二節(jié)

代

謝

調

節(jié)一、代謝調節(jié)的概念二、細胞區(qū)域化調節(jié)三、酶水平的調節(jié)四、激素調節(jié)代謝調節(jié)生命是靠代謝的正常運轉維持的。生命有限的空間內同時有那麼多復雜的代謝途徑在運轉，必須有靈巧而嚴密的調節(jié)機制，才能使代謝適應外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調節(jié)失靈便會導致代謝障礙，出現病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進化歷程中，機體的結構、代謝和生理功能越來越復雜，代謝調節(jié)機制也隨之更為復雜。代謝調節(jié)的四級水平：酶水平調節(jié)

細胞水平調節(jié)激素水平調節(jié)多細胞整體水平調節(jié)神經水平調節(jié)酶水平的調節(jié)——已有酶活性的調節(jié)1、酶原激活2、酶的別構效應酶活性的前饋和反饋調節(jié)

3、酶的共價修飾與級聯(lián)放大機制4、輔因子對已有酶活性的調節(jié)酶定位的區(qū)域化線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);β-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化細胞質:酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細胞核:核酸合成內質網:蛋白質合成;磷脂合成酶活性的前饋和反饋調節(jié)前饋（feedforward

）和反饋（feedback

）是來自電子工程學的術語，前者的意思是“輸入對輸出的影響”，后者的意思是“輸出對輸入的影響”，這里分別借用來說明底物和代謝產物對代謝過程的調節(jié)作用。這種調節(jié)作用是通過酶的變構效應來實現的。關鍵酶與限速步驟反饋抑制——終產物的調節(jié)作用前饋激活——代謝底物的調節(jié)作用反饋調節(jié)中酶活性調節(jié)的機制代謝物別構中心活性中心（1）關鍵酶與限速步驟代謝調控主要通過途徑中少數起關鍵作用的酶進行控制，

這種可被控制并對代謝途徑產生重要影響的酶稱為關鍵酶。因為關鍵酶所催化的反應通常是最慢的，成為整個過程的限速步驟，關鍵酶又稱限速酶。關鍵酶的特點：催化的反應速度最慢，因此覺得那個整個代謝途徑的總速度一般催化單向反應，或非平衡反應，它的活性決定代謝途徑的方向為寡聚酶，其活性受多種代謝物或效應劑的調節(jié)一個代謝途徑的第一個酶以及分支代謝中分支后的第一個酶，通常就是關鍵酶由代謝終產物作為變構劑來抑制在此產物合成過程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱為反饋抑制(feedbackinhibiton)。這是一種負反饋機制，多數情況下控制合成代謝。類型：順序反饋抑制協(xié)同反饋抑制

累積反饋抑制

同工酶反饋抑制反饋抑制順序反饋抑制示意圖ABYFJDC-

-X-E1E5E4E2E3芳香族氨基酸合成的順序反饋調節(jié)協(xié)同調節(jié)示意圖ABGFXDCY-E1E5E4---E2E3賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調節(jié)同工酶反饋抑制示意圖ABGFJDCH----E1E2E5E4E2E3幾種氨基酸的同工酶反饋調節(jié)累積反饋抑制示意圖谷氨酰氨合成酶的累積反饋抑制前饋激活在一系列反應序列中，前面反應產生的中間代謝物對后面反應的酶起激活作用，促進反應進行，這叫前饋激活(feel

forward

activation)。前饋激活作用能使代謝速度加快，所以是一種正調控。6-磷酸葡萄糖UDPG糖原合成酶+ATP

ADP葡萄糖UTP

PPi糖原6-磷酸葡萄糖的前饋激活作用激酶ATPADP磷酸化酶（無活性）P磷酸化酶（有活性）磷酸酯酶H2OP

-OH酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價結合或脫去，引起酶分子構象的改變，使其活性得到調節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾（Covalent

moldification

）。目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙酰化，腺苷?；?去腺苷?；?，尿苷?；?去尿苷?；?，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。例：糖原磷酸化酶的共價修飾共價修飾級聯(lián)系統(tǒng)調控示意圖意義：由于

酶的共價修飾

反應是酶促反

應，只要有少

量信號分子（如激素）存在，即可通過加速

這種酶促反應，而使大量的另

一種酶發(fā)生化

學修飾，從而

獲得放大效應。這種調節(jié)方式

快速、效率極

高。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（無活性）5、磷酸化酶b（無活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液腎上腺素或胰高血糖素132×102×104×106×108葡萄糖ATP

ADP磷酸化酶激酶（活性）ATP

ADP456輔因子對已有酶活性的調節(jié)能荷對代謝的調節(jié)[NADH]/[NAD+]對代謝的調節(jié)金屬離子濃度對代謝的調節(jié)第三節(jié) 基因表達的調控——酶量的調節(jié)一、原核生物酶合成調節(jié)的遺傳機制——操縱子學說二、真核生物基因表達的調控1.操縱子——原核轉錄調控的主要形式在細菌基因組中，編碼一組在功能上相關的蛋白質的幾個結構基因，與共同的控制位點組成一個基因表達的協(xié)同單位，稱為操縱子(operon)。調節(jié)基因

啟動子

操縱基因

結構基因…………..結構基因

R

轉錄翻譯阻遏蛋白激活蛋白操縱子及其調節(jié)基因示意圖P

O

S1 S

2

Sn調控基因的轉錄原核生物酶合成調節(jié)的遺傳機制操縱子學說原核生物酶合成調節(jié)的遺傳機制操縱子學說2、酶合成的誘導和阻遏調節(jié)蛋白是否具有活性有時取決于一個小分子物質結合，能夠結合于蛋白質并改變其性質的小分子物質稱作效應物(effectors)。根據操縱子對調節(jié)基因表達的小分子所作出反應的特點，分為可誘導(inducible)和可阻遏(repressible)兩類。實例：誘導型操縱子?乳糖操縱子阻遏型操縱子?色氨酸操縱子酶的誘導和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導劑A.有活性阻遏蛋白C.無活性阻遏蛋白D.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動基因調節(jié)基因結構基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結構基因不表達誘導物誘導物與阻遏蛋白結合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結構基因可以表達酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結合,結構基因可以表達阻遏蛋白(無活性)酶蛋白mRNA代謝產物與阻遏蛋白結合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結構基因不表達代謝產物乳糖操縱子的負調控乳糖結構基因LacZLacYLacamRNA阻遏蛋白（有活性）基

因

關

閉啟動操縱子基因P

O調節(jié)基因RLacZLacYLaca乳糖結構基因啟動 操縱子 基因P

O調節(jié)基因RmRNAZ

mRNAYmRNAa阻遏蛋白（無活性）基因表達mRNAA、乳糖操縱子的結構B、乳糖酶的誘導乳糖阻遏蛋白（有活性）乳糖操縱子的正調控RLacZLacYLacamRNA基mRNAZ

mRNAY

mRNAa

因表達CAP基因結構基因TCAPOCAP結合部位RNA聚合酶TcAMP

-CAPP葡萄糖分解代謝產物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgene

activationprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)真核生物基因表達調控DNA轉錄初產物RNAmRNA蛋白質前體mRNA降解物活性蛋白質DNA水平調節(jié)轉錄水平調節(jié)轉錄后加工的調節(jié)翻譯調節(jié)mRNA降解調節(jié)翻譯后加工的調節(jié)核細胞質真核基因表達調控的五個水平DNA水平調節(jié)轉錄水平調節(jié)轉錄后加工的調節(jié)翻譯水平調節(jié)翻譯后加工的調節(jié)真核基因調控主要是正調控順式作用元件和反式作用因子轉錄因子的相互作用控制轉錄激

素

調

節(jié)

的

機

制1、含氮激素作用模式2、甾醇類激素作用模式甾醇類激素作用原理示意圖肽類激素通過cAMP-蛋白激酶調節(jié)代謝示意圖ATPcAMP+PPi內在蛋白質的磷酸化作用改變細胞的生理過程細胞膜細胞膜cR蛋白激酶（無活性）c