第八章 代谢的联系与调节1111111

1、新者陈新者陈, ,陈乃谢陈乃谢, ,新陈恒代谢新陈恒代谢生则化生则化, ,化者生化者生, ,生化即化生生化即化生第一节第一节 物质代谢的特点物质代谢的特点 1 、共有的代谢池共有的代谢池 2、动态平衡，以防止中间产物的、动态平衡，以防止中间产物的堆积堆积和和缺乏缺乏 3、代谢联系构成代谢、代谢联系构成代谢网络网络 4、代谢调节与协调、代谢调节与协调 5、组织、器官的代谢各有特色，相互配合形成整体、组织、器官的代谢各有特色，相互配合形成整体 6、ATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式 7、NADPH是合成代谢所需的是合成代谢所需的还原还原当量当量 8 、以以糖糖和和脂肪脂肪为主要

2、供能物质，节约蛋白质为主要供能物质，节约蛋白质 第二节第二节 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系 北京北京填鸭填鸭是用含糖较多的谷类食物饲喂的，但是用含糖较多的谷类食物饲喂的，但久则鸭变肥胖。久则鸭变肥胖。 用用光合作用光合作用生成的生成的14C葡萄糖葡萄糖引入大白鼠体内，引入大白鼠体内，可以发现从组织中分离出的可以发现从组织中分离出的软脂酸软脂酸中有中有14C存在。存在。 酵母酵母在含有在含有糖糖培养基中可生成培养基中可生成脂肪脂肪，最高生，最高生成量可达酵母干重的成量可达酵母干重的40%； 用用CH314COOH饲喂动物后，确有饲喂动物后，确有14C参入肝参入肝糖原分子中。糖原分子中。

3、油料作物油料作物种子种子萌发时动用所贮存的大量脂肪并萌发时动用所贮存的大量脂肪并转化为糖类转化为糖类。糖糖类类脂脂类类蛋蛋白白质质和和核核苷苷酸酸之之间间的的代代谢谢联联系系PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸丝氨酰丝氨酰苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA

4、脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖P320脂肪代谢和糖代谢的关系脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循环循环乙醛酸乙醛酸循环

5、循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微植物或微生物生物CO2ATP三羧酸三羧酸循环循环分子重排P148、163P217糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘磷酸甘油油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解从头合成从头合成脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoACoA琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循环乙醛酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生TCA糖代谢与蛋白质代谢的相互

6、联系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 NH3蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸）（生糖氨基酸） 糖可以在体内转化成其他糖可以在体内转化成其他非必需氨基酸非必需氨基酸，但不能在体内合，但不能在体内合成必需氨基酸。成必需氨基酸。 用用蛋白质蛋白质饲养患人工糖尿病的狗，饲养患人工糖尿病的狗，50%以上的食物蛋白质以上的食物蛋白质可以转变为可以转变为葡萄糖葡萄糖，并随尿排出。改用，并随尿排出。改用丙氨酸、天冬氨酸、谷丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸氨酸等饲养患人工糖尿病的狗，随尿排出的葡萄糖大为增加。等饲养患人工糖尿病的狗，随尿排出的葡萄糖大为增加

7、。 用用氨基酸氨基酸饲养饥饿动物，肝中饲养饥饿动物，肝中糖原糖原贮存量增加贮存量增加。 NH3脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系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乙酰乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪（生酮氨基酸）（生酮氨基酸）用只含蛋白质蛋白质的膳食饲养动物，动物也能在体内存积脂肪。 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合核酸是细

8、胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型；成，影响细胞的成分和代谢类型； 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子而且需要酶和多种蛋白质因子。各类物质代谢都离不开具备各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键高能磷酸键的各种核苷酸的各种核苷酸，如如ATP是能量的是能量的“通货通货”，此外，此外UTP参与多糖的合成，参与多糖的合成， GTP参与蛋白质合成与糖异生作用，参与蛋白质合成与糖异生作用， CTP参与磷脂合成。参与磷脂合成。生物系统中的能流生物系统中的能流通过通过NADPHNADPH循环循环将还原

9、力由分解代谢将还原力由分解代谢转移给生物合成反应转移给生物合成反应NADPH+HNADPH+H+ +NADPNADP+ +分解代谢分解代谢还原性有机物还原性有机物还原性生物合成反应还原性生物合成反应氧化物氧化物还原性生物还原性生物合成产物合成产物氧化前体氧化前体P209264 代谢的基本要略代谢的基本要略 代谢的基本要略在于形成代谢的基本要略在于形成ATP、还原力还原力和和构造单构造单元元以用于生物合成。以用于生物合成。 由由ATP、还原力和构造单元可合成各类生物分、还原力和构造单元可合成各类生物分子，并进而子，并进而装配装配成生物不同层次的结构。生物合成和成生物不同层次的结构。生物合成和生物

10、形态建成是一个生物形态建成是一个耗能耗能和和增加有序结构增加有序结构的过程，需的过程，需要由要由物质流物质流、能量流能量流和和信息流信息流来支持。来支持。脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中间产物（如中间产物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等） 共同中间物进共同中间物进入三羧酸循环入三羧酸循环,氧化脱下的氢由氧化脱下的氢由电子传递链传递电子传递链传递生成生成H2O，释放，释放出大量能量，其出

11、大量能量，其中一部分通过磷中一部分通过磷酸化储存在酸化储存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本结构成基本结构单位单位 生物氧化的三个阶段生物氧化的三个阶段NADPH代谢途径间的相互联系代谢途径间的相互联系一、枢纽性中间产物可以沟通不同的代谢通路一、枢纽性中间产物可以沟通不同的代谢通路 1、糖酵解、异生、有氧氧化、磷酸戊糖途径及糖原、糖酵解、异生、有氧氧化、磷酸戊糖途径及糖原代谢的交汇点：代谢的交汇点：6磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（6C水平）水平） 2、糖、核苷酸代谢的交汇点：、糖、核苷酸代谢的交汇点：5磷酸核糖（磷酸核糖（5C） 3、糖、甘油代谢的交汇点：磷酸二羟丙酮（、糖、甘油代谢的交汇点

12、：磷酸二羟丙酮（3C） 4、糖、脂、氨基酸分解代谢的交汇点：乙酰辅酶、糖、脂、氨基酸分解代谢的交汇点：乙酰辅酶A（2C） 5、3个重要氨基酸与糖代谢的交汇点：个重要氨基酸与糖代谢的交汇点： Asp-草酰乙草酰乙酸（酸（4C）；）；Glu-酮戊二酸酮戊二酸(5C)；Ala-丙酮酸丙酮酸(3C)小结小结二、不同物质之间的代谢转变二、不同物质之间的代谢转变 1、糖是良好的碳源，可转变为：脂肪、氨基酸、糖是良好的碳源，可转变为：脂肪、氨基酸、胆固醇等胆固醇等. 但一般不能转变为酮体但一般不能转变为酮体 2、偶数碳原子的脂肪酸不能转变为葡萄糖、偶数碳原子的脂肪酸不能转变为葡萄糖 3、生糖、生酮、生糖兼生

13、酮的氨基酸、生糖、生酮、生糖兼生酮的氨基酸 4、磷酸戊糖途径可实现、磷酸戊糖途径可实现3、4、5、6、7C的转变的转变 5、两用代谢途径在物质转变中具有重要意义、两用代谢途径在物质转变中具有重要意义 6、3个重要氨基酸的代谢转变：个重要氨基酸的代谢转变： Asp；Glu；Ala 6、奇数碳原子脂肪酸代谢与糖代谢的交汇点：琥珀、奇数碳原子脂肪酸代谢与糖代谢的交汇点：琥珀酰辅酶酰辅酶A(4C,丙酰丙酰COA经经3步酶反应生成步酶反应生成)、乙酰辅酶、乙酰辅酶A(2C)三、能量代谢的共性三、能量代谢的共性 1、糖类、脂类是人体的主要供能物质、糖类、脂类是人体的主要供能物质 2、糖类在动物供能中的优势

14、、糖类在动物供能中的优势 3、脂肪是良好的能量储存形式，相同碳原子的脂肪、脂肪是良好的能量储存形式，相同碳原子的脂肪酸氧化分解时提供的酸氧化分解时提供的ATP最多最多 四、细胞内、间的代谢联系四、细胞内、间的代谢联系 1、细胞器之间的代谢分工及合作、细胞器之间的代谢分工及合作 2、器官之间的代谢分工及合作、器官之间的代谢分工及合作 4、ATP在能量代谢中的中心作用在能量代谢中的中心作用 一、代谢调节的概念一、代谢调节的概念二、二、酶水平酶水平的调节的调节三、三、细胞结构细胞结构对代谢途径的分隔控制调节对代谢途径的分隔控制调节四、激素调节和跨膜信号转导第三节第三节 代谢调节代谢调节 生命是靠代谢

15、的正常运转维持的。生命有限的生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那么多复杂的代谢途径在运转，必须空间内同时有那么多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应适应外界环外界环境的变化与生物自身境的变化与生物自身生长生长发育的需要。调节失灵便发育的需要。调节失灵便会导致会导致代谢障碍代谢障碍，出现病态甚至危及生命。，出现病态甚至危及生命。 在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。杂。单细胞生物

16、代谢调节的概念代谢调节的概念 1、细胞水平的调节、细胞水平的调节-通过对通过对细胞内细胞内酶的调节来酶的调节来实现实现 2、激素水平的调节、激素水平的调节-协调不同协调不同细胞间细胞间及组织与及组织与器官之间的代谢。器官之间的代谢。 3、整体水平的调节、整体水平的调节-在在神经神经系统参与下由酶和系统参与下由酶和激素共同构成的调节激素共同构成的调节网络网络。代谢调节的四级水平代谢调节的四级水平： 酶水平调节酶水平调节 细胞水平调节细胞水平调节 激素水平调节激素水平调节 神经水平调节神经水平调节多细胞整体水平调节多细胞整体水平调节动物植植物物IAAKT二、酶水平的调节二、酶水平的调节 生物体内的

17、代谢过程绝大多数是由酶催化的化生物体内的代谢过程绝大多数是由酶催化的化学反应组成的，这些反应又是在精致的调节机制学反应组成的，这些反应又是在精致的调节机制控制下完成的。控制下完成的。 根据作用根据作用性质和时间的快慢性质和时间的快慢，酶水平的调节分，酶水平的调节分成两大类：成两大类： 酶活性调节酶活性调节（以酶分子结构为基础）：酶的（以酶分子结构为基础）：酶的别构调节别构调节和和共价修饰共价修饰两种方式。两种方式。 酶合成的调节酶合成的调节：基因表达调节：基因表达调节 。 1、别构调节、别构调节 （allosteric regulation） 某些某些小分子小分子可与可与酶蛋白酶蛋白特殊部位结

18、合，引起酶分子特殊部位结合，引起酶分子构象构象变化，由此改变酶活性。变化，由此改变酶活性。别构调节不引起酶的别构调节不引起酶的构型构型变化，不涉及变化，不涉及共价键共价键变化。受别位调节的酶称变化。受别位调节的酶称为为别位酶别位酶（别构酶别构酶- allosteric enzyme） 能使酶发生构象变化的小分子物质为能使酶发生构象变化的小分子物质为效应物效应物或或变构变构剂剂。一般多是代谢物或作用物。一般多是代谢物或作用物.作用机制作用机制：效应物：效应物与酶蛋白特定部位以与酶蛋白特定部位以非共价键非共价键结结合后，出现合后，出现次级键次级键的改变，酶蛋白的的改变，酶蛋白的立体结立体结构构发生

19、发生变化或引起亚基之间变化或引起亚基之间缔合状态缔合状态的变化的变化.P330 一些代谢途径中的变构酶及其效应剂一些代谢途径中的变构酶及其效应剂P148P163P155P206P259P263P264P226变构调节的生理意义：变构调节的生理意义： *调节代谢的调节代谢的速度速度和和强度强度； *调节代谢的调节代谢的方向方向 ，由分解改为，由分解改为合成合成，防止，防止产物过剩，多余能源合成储存；产物过剩，多余能源合成储存； *调节调节能量能量代谢的平衡。代谢的平衡。【举例举例】蛋白激酶蛋白激酶A：2个催化亚基个催化亚基C，2个调节亚基个调节亚基RuC与与R结合时抑制酶活性，结合时抑制酶活性，

20、当变构剂当变构剂cAMP与调节亚与调节亚基基R结合时结合时,使催化亚基使催化亚基C与与R分离，分离，解离出催化亚基而表现出催化活力。 蛋白激酶蛋白激酶A变构调节变构调节别构效应物cAMP激活蛋白激活蛋白激酶的作用机理激酶的作用机理【例例1】ATP的调节作用的调节作用u抑制糖氧化和酵解的酶，使抑制糖氧化和酵解的酶，使ATP减少减少 u激活糖异生，使分解代谢转为合成。激活糖异生，使分解代谢转为合成。【例例2】柠檬酸的调节作用柠檬酸的调节作用 u柠檬酸柠檬酸 ，抑制抑制磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶。u柠檬酸是乙酰柠檬酸是乙酰CoA羧化酶的羧化酶的激活激活剂，将剂，将糖代谢转为脂肪酸的合成。糖代谢转为脂肪

21、酸的合成。P148P2062、酶的共价修饰、酶的共价修饰n 酶蛋白酶蛋白肽链上的某些基团，在另一种酶的催化肽链上的某些基团，在另一种酶的催化下发生化学共价修饰，使酶处于活性与无活性下发生化学共价修饰，使酶处于活性与无活性的互变状态，从而调节酶的活性，这种调节方的互变状态，从而调节酶的活性，这种调节方式称为共价修饰调节作用。式称为共价修饰调节作用。 磷酸化磷酸化/ /去磷酸化是最常见的最重要的去磷酸化是最常见的最重要的真核生物真核生物的共价修饰形的共价修饰形式；式；细菌细菌主要是主要是腺苷酰化腺苷酰化/ /去腺苷去腺苷酰化酰化。 2.1 修饰形式修饰形式：磷酸化磷酸化/ /去磷酸化，乙酰化去磷酸

22、化，乙酰化/ /去乙酰去乙酰化，腺苷酰化化，腺苷酰化/ /去腺苷酰化，尿苷酰化去腺苷酰化，尿苷酰化/ /去尿苷酰化，去尿苷酰化，甲基化甲基化/ /去甲基化，氧化去甲基化，氧化（S-SS-S）/ /还原还原(2SH)(2SH)。P328u【催化磷酸化的蛋白激酶催化磷酸化的蛋白激酶】： 通常由一种蛋白激酶催化作用物上的通常由一种蛋白激酶催化作用物上的ser/thr磷磷酸化过程，此酶又叫酸化过程，此酶又叫丝丝/苏蛋白激酶苏蛋白激酶； 另一种叫另一种叫酪氨酸激酶酪氨酸激酶。【磷酸化位点磷酸化位点】：酶蛋白中带：酶蛋白中带羟基羟基的氨基酸上，的氨基酸上，如：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸如：丝氨酸、苏氨酸、酪氨

23、酸 2.2 酶促化学修饰的特点酶促化学修饰的特点u 修饰过程需要其它酶的催化，酶从活性到非活性修饰过程需要其它酶的催化，酶从活性到非活性的互变需不同的酶分别催化的互变需不同的酶分别催化;u 化学修饰引起酶分子共价键的改变，因一个酶可化学修饰引起酶分子共价键的改变，因一个酶可催化多个酶蛋白修饰，即出现催化多个酶蛋白修饰，即出现级联放大级联放大作用作用;u 修饰过程需耗能。修饰过程需耗能。 2.3 化学修饰调节的生理意义化学修饰调节的生理意义 u 以调节代谢的以调节代谢的强度强度为主，也调节为主，也调节速度速度；u 调节过程耗能少调节过程耗能少 ； u 调节速度调节速度快、节能、经济快、节能、经济

24、有效。有效。 糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为为糖原磷酸化酶（糖原磷酸化酶（变构酶变构酶）和和糖原合成酶糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修共价修饰饰的调节及的调节及变构效应变构效应的调节。二种酶磷酸化的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。【例例1】糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶的共价修饰的共价修饰【例例2】促进糖原合成的促进糖原合成的糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶I (有活性有活性

25、)糖原合酶糖原合酶D (无活性无活性)ATPADPPiH2O糖原合酶激酶糖原合酶激酶糖原合酶磷糖原合酶磷酸酶酸酶激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶a P（有活性）（有活性）磷酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP一些可被共价修饰调节的酶一些可被共价修饰调节的酶 酶酶 酶的来源酶的来源 修饰机制修饰机制 活性变化活性变化糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶糖原合成酶糖原合成酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶真核生物哺乳动物真核生物真核生物哺乳动物大肠杆菌哺乳动物磷酸化/去磷酸化磷酸化

26、/去磷酸化磷酸化/去磷酸化磷酸化/去磷酸化磷酸化/去磷酸化腺苷酰化腺苷酰化/ /去腺苷酰化去腺苷酰化S-S/S-HS-S/S-H增强增强/减弱减弱增强增强/减弱减弱减弱减弱/增强增强减弱减弱/增强增强增强增强/减弱减弱减弱减弱/增强增强增强增强/减弱减弱P328改表12-2级联系统调控示意图级联系统调控示意图意义意义：由于由于酶的酶的共价修饰共价修饰反应是酶促反反应是酶促反应，只要有少应，只要有少量信号分子量信号分子（如激素）存（如激素）存在，即可通过在，即可通过加速这种酶促加速这种酶促反应，而使大反应，而使大量的另一种酶量的另一种酶发生化学修饰，发生化学修饰，从而获得放大从而获得放大效应。效

27、应。这种调这种调节方式快速、节方式快速、效率极高效率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化腺苷酸环化酶（无活性）酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 1

28、04 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456P329 别构调节别构调节 共价调节共价调节 共同点共同点 具有两种活性形式相互转变具有两种活性形式相互转变 构象改变构象改变 不同点不同点 共价键的改变共价键的改变 无无 有有 其它酶的参与其它酶的参与不需要不需要 需要需要 级联放大级联放大无无有有构型改变构型改变 无无有有 能量能量不一定不一定需要需要意义意义调节代谢方向调节代谢方向信号转导信号转导P321 同工酶同工酶：在同一：在同一 生物体中，催化相同反应，但由于生物体中，催化相同反应，但由于结构基因不同，因而酶的一级结构、物理化学性质以结构基因不同，因而酶的一级结构、

29、物理化学性质以及其他性质有所差别的酶。及其他性质有所差别的酶。 形成原因形成原因： 不同基因编码的蛋白质不同基因编码的蛋白质（细胞和线粒体的苹果酸脱氢酶（细胞和线粒体的苹果酸脱氢酶MDH）； 两条或多条肽链非共价的多聚体两条或多条肽链非共价的多聚体（乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶LDH及及LDH5）； 等位基因突变编码的蛋白质等位基因突变编码的蛋白质（LDH2、LDH3、LDH4）。3、同工酶同工酶三、三、细胞水平的调节细胞水平的调节 (酶的空间分布酶的空间分布) 区域化的意义区域化的意义：可避免代谢途径之间相互干扰可避免代谢途径之间相互干扰;有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节有利于不同调节因

30、素对不同代谢途径的特异调节;区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。4、酶的合成调节、酶的合成调节-基因表达调控基因表达调控(第四节第四节)代谢途径代谢途径 亚细胞定位亚细胞定位 糖原分解糖原分解 细胞液、微粒体细胞液、微粒体 糖原合成糖原合成 细胞液细胞液糖酵解糖酵解 细胞液细胞液丙酮酸氧化丙酮酸氧化线粒体线粒体TCA线粒体线粒体糖异生糖异生 线粒体、细胞液、微粒体线粒体、细胞液、微粒体磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径细胞液细胞液脂肪分解脂肪分解细胞液细胞液脂肪酸分解脂肪酸分解 线粒体线粒体脂肪酸合成脂肪酸合成细胞液细胞液酮体生成酮体生成 线粒体线粒体

31、 酮体利用酮体利用 线粒体线粒体胆固醇合成胆固醇合成 细胞液、微粒体细胞液、微粒体 胆固醇酯生成胆固醇酯生成 细胞液、脂蛋白细胞液、脂蛋白 氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体线粒体尿素生成尿素生成 线粒体、细胞液线粒体、细胞液酶酶定定位位的的区区域域化化线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧酸循环三羧酸循环; -氧化氧化;呼吸电子传递链呼吸电子传递链;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷戊糖途径磷戊糖途径;糖原合成糖原合成;脂肪酸合成脂肪酸合成;细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网内质网:蛋白质合成蛋白质合成;磷脂合成磷脂合成一、原核和真核基因组一、原核和真核基因组二、原核生物酶合成调节的

32、二、原核生物酶合成调节的遗传机制遗传机制三、真核生物基因表达调控三、真核生物基因表达调控P321 基因基因（genegene）是指）是指DNADNA分子中的最小功能分子中的最小功能单位。包括单位。包括RNARNA(tRNA(tRNA、rRNA)rRNA)和蛋白质编码和蛋白质编码的的结构基因结构基因及无转录产物的及无转录产物的调节基因调节基因。 基因组基因组（genomegenome）是指某一特定生物）是指某一特定生物单单倍体倍体所含的全体基因。所含的全体基因。 原核细胞的原核细胞的“染色体染色体”DNADNA分子就包含了分子就包含了一个基因组；而在真核细胞中则是指一套一个基因组；而在真核细胞中

33、则是指一套单倍染色体的的全部基因。单倍染色体的的全部基因。一、原核和真核基因组一、原核和真核基因组原核生物基因组的特点原核生物基因组的特点真核生物基因组的特点真核生物基因组的特点 操纵子操纵子原核基因表达的协同单位原核基因表达的协同单位操纵子操纵子结构基因结构基因（编码蛋白质，（编码蛋白质，S）控制部位控制部位操纵基因操纵基因（operator, O）启动子启动子（premotor, P）1、乳糖操纵子乳糖操纵子(元元)的结构：的结构：I-CAP-P-O-Z-Y-A 结构基因结构基因：Z、Y及及A，分别编码，分别编码-半乳糖苷酶、透半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶酶和乙酰基转移酶 控制序列控制序

34、列：操纵序列操纵序列O、启动序列、启动序列P、分解代谢物基因、分解代谢物基因激活蛋白激活蛋白(CAP，cAMP结合蛋白结合蛋白)结合位点结合位点 调节基因调节基因I：编码阻遏蛋白（与：编码阻遏蛋白（与O序列结合，关闭操纵序列结合，关闭操纵子）子） 乳糖操纵子乳糖操纵子大大肠肠杆杆菌菌乳乳糖糖操操纵纵子子模模型型调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性，负控制）（有活性，负控制）基基 因因 关关 闭闭启启动动子子ORPLacZLacYLaca调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子ORmRNA

35、ZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（无活性） 基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳糖 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）P322乳糖操纵子的降解物阻遏乳糖操纵子的降解物阻遏(正控制正控制)RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCGP(CAP)OCAP结结合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP -CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降

36、解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMP CGP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein） CAP：环腺苷酸受体蛋白（：环腺苷酸受体蛋白（cycilic AMP receptor protein）降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活状态呈失活状态 2 2、阻遏蛋白的负性调节、阻遏蛋白的负性调节 诱导物诱导物：别乳糖（由乳糖转变而来）：别乳糖（由乳糖转变而来）机理机理：别乳糖与阻遏蛋白结合，促使阻遏蛋白从操：别乳糖与阻遏蛋白结合，促使阻遏蛋白从操纵序列脱离，诱导基因表达。纵序列脱离，诱导基因表达。 3 3、CAPC

37、AP的正性调节的正性调节 正调节物正调节物：cAMPcAMP 。葡萄糖可促使。葡萄糖可促使cAMPcAMP浓度降低浓度降低 机理机理：cAMPcAMP与与CAPCAP结合形成复合物，促使结合形成复合物，促使CAPCAP结合结合CAPCAP位点，激活位点，激活RNARNA聚合酶。聚合酶。 4 4、协调调节、协调调节功能相关基因协调合作，共同表达。功能相关基因协调合作，共同表达。负性调节与负性调节与CAPCAP正性调节两种机制协调合作正性调节两种机制协调合作 。酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏操操纵纵子子模模型型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性

38、阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂操纵基因操纵基因启动基因启动基因调节基因调节基因结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)诱导物诱导物酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表达结构基因可以表达阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达结构基因不表达代谢产物代谢产物阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白

39、结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达大肠杆菌大肠杆菌色氨酸操纵子色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制的衰减作用的可能机制Trp密码子密码子111232233444核糖体核糖体核糖体核糖体转录继续转录继续转录终止转录终止C.高浓度色氨酸使核高浓度色氨酸使核糖体到达糖体到达2部位，部位， 3与与4 碱基配对，转录碱基配对，转录终止。终止。A.游离游离mRNA中中1与与2以及以及3与与4碱基配对。碱基配对。B.低浓度色氨酸使核低浓度色氨酸使核糖体停留在糖体停留在1部位，部位，转录得以完成。转录得以完成。三、真核生物基因表达调控三

40、、真核生物基因表达调控DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解调节调节翻译后加工翻译后加工的调节的调节核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节水平调节 转录转录水平调节水平调节 转录后转录后加工的调节加工的调节 翻译翻译水平调节水平调节 翻译后翻译后加工的调节加工的调节 真核基因调控主要是正调控真核基因调控主要是正调控 顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子 转录因子

41、的相互作用控制转录转录因子的相互作用控制转录高等生物高等生物酵母酵母启动子的启动子的常见组件常见组件原核生物原核生物Consensus sequence for promoters that regulate the expression of genes involved in the heat-shock response in E. coli. Binding of RNA polymerase to heat-shock promoters is mediated by a specialized subunit of the enzyme called 32, which repla

42、ces 70真核基因表达调控真核基因表达调控 真核基因转录激活调节真核基因转录激活调节 1 1、顺式作用元件顺式作用元件：启动子、增强子、沉默子：启动子、增强子、沉默子 启动子启动子（promoterpromoter）：）：RNARNA聚合酶结合位点周围的聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，包括至少一个转录起始点及一一组转录控制组件，包括至少一个转录起始点及一个以上的机能组件（个以上的机能组件（TATATATA盒、盒、GCGC盒、盒、CAATCAAT盒，等）盒，等） 典型的启动子由典型的启动子由TATATATA盒及上游的盒及上游的CAATCAAT盒和盒和/ /或或GCGC盒盒组成组成 。增强

43、子（增强子（enhancerenhancer）：远离转录起始点、决定基因）：远离转录起始点、决定基因的时空特异性表达、增强启动子转录活性的的时空特异性表达、增强启动子转录活性的DNADNA序列，序列，它的作用方式通常与方向、距离无关。增强子也是由它的作用方式通常与方向、距离无关。增强子也是由若干机能组件若干机能组件增强体（增强体（enhansonenhanson）组成组成 有些机能组件既可在增强子、也可在启动子中出现有些机能组件既可在增强子、也可在启动子中出现 沉默子（沉默子（silencesilencer r）：结合特异蛋白因子时对基因转）：结合特异蛋白因子时对基因转录起阻遏作用录起阻遏作用

44、 2 2、反式作用因子、反式作用因子：基本因子、特异因子：基本因子、特异因子 2.1 2.1 基本转录因子：是基本转录因子：是RNARNA聚合酶结合启动子所必需聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子的一组蛋白因子, ,决定三种决定三种RNARNA转录的类别。转录的类别。TFDTFD是通用的基本因子是通用的基本因子 多数基本因子是不同多数基本因子是不同RNARNA聚合酶所特有的聚合酶所特有的 2.2 2.2 特异转录因子：为个别基因转录所必需，决定该特异转录因子：为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达基因的时间、空间特异性表达 3 3、转录因子结构转录因子结构：DNADNA结构域、二聚化结构域、转录结构域、二聚化结构域、转录激活区激活区 一、细胞水平的调节一、细胞水平的调节n 细胞水平的调节即是酶的调节，它是一切代谢调节的基础，细胞水平的调节即是酶的调节，它是一切代谢调节的基础，酶