代谢的调节控制PPT学习教案

1、会计学1代谢的调节控制代谢的调节控制第一节 不同水平上的调控第1页/共51页酶活力构象调节酶活力构象调节酶数量调节酶数量调节酶原激活酶原激活变构调节变构调节共价修饰共价修饰转录水平转录水平翻译水平翻译水平蛋白稳定性蛋白稳定性其它水平其它水平诱导诱导阻遏阻遏葡萄糖阻遏葡萄糖阻遏色操纵子氨酸色操纵子氨酸第2页/共51页酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或形成或暴露出酶的活性中心暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的一个或几个特定的肽键断裂肽键断裂，水解掉一个或几个，水解掉一个或几个短肽短肽在特定条件下在特定条件下第3页/共51页赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬

2、组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝第4页/共51页 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白第5页/共51页第6页/共51页 前馈（前馈（feedforwardfeedforward ）和反馈（）和反馈（feedback feedback ）分别借用来说明分别借用来说明底物底物和和代谢产物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的变构效应来实现的。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

3、调节机理是通过酶的变构效应来实现的。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反馈反馈前馈前馈第7页/共51页 速度最速度最慢慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶故又称其为限速酶(limiting velocity enzymes)。 催化单向反应催化单向反应不可逆或非平衡反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。，它的活性决定整个代谢途径的方向。 这类酶活性除受底物控制外，还受这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂多种代谢物或效应剂的调节。的调节。关键酶催化的反应具有以下特点：关键酶催化的反应具有以下特点： 变构调

4、节的一般对象变构调节的一般对象- -关键酶关键酶第8页/共51页定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。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。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。第9页/共51页定义：两种末端产物同时存在时，共同的反馈抑制作用大于二者单独作用之定义：两种末端产物同时存在时，共同的反馈抑制作用大于二者单独作用之举例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受举例：在嘌呤核苷酸合

5、成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和和GMP （和（和IMP）的合作反馈抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的的合作反馈抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的70%和和10%。分支反馈类型分支反馈类型-合作反馈抑制合作反馈抑制第10页/共51页定义：每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。定义：每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制作用是积累的

6、，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。分支反馈类型分支反馈类型-累计反馈抑制累计反馈抑制第11页/共51页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，通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。导致前一中间产物的积累，通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。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分支反馈类型分支反馈类型-顺序反馈抑制顺序反馈抑制第12页/共51页分支反馈类型分支反馈类型-同工酶反馈抑制同工酶反馈抑制第13页/共51页乳糖乳糖乳糖酶的诱导乳糖酶的诱导 PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白（阻遏蛋

7、白（有活性）有活性）基因关闭基因关闭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ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白（阻遏蛋白（无活性）无活性） mRNA基因表达基因表达第14页/共51页. .无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂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, ,从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因, ,

8、结构基因不表达结构基因不表达代谢产物代谢产物第15页/共51页RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基基因因结构基因结构基因TCGP(CAP)OCAP结结合部位合部位 RNA聚合聚合酶酶TcAMP -CAPP葡萄葡萄糖糖分解分解代谢代谢产物产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸磷酸二酯二酯酶酶ATPcAMP5-AMP抑抑制制激激活活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMPcAMP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

9、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帮助聚合酶结帮助聚合酶结合合第16页/共51页分解代谢物阻遏（分解代谢物阻遏（CataboliteCatabolite repression repression） 当细胞内同时存在两种可利用底物（碳源或氮源）时，利用快的底物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成。当细胞内同时存在两种可利用底物（碳源或氮源）时，利用快的底物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成。 现象：现象：阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的结果，而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的，所以称为分解代

10、谢物阻遏。阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的结果，而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的，所以称为分解代谢物阻遏。 原因：原因：葡萄糖效应葡萄糖效应 二次生长现象二次生长现象 大肠杆菌利用混合碳源生长时时，发现葡萄糖会抑制其它糖的利用大肠杆菌利用混合碳源生长时时，发现葡萄糖会抑制其它糖的利用 大肠杆菌在含乳糖和葡萄糖的培养基中，优先利用葡萄糖，并只有当葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，这就形成了在两个对数生长期中间的第二个生长停滞期大肠杆菌在含乳糖和葡萄糖的培养基中，优先利用葡萄糖，并只有当葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，这就形成了在两个对数生长期中间的第二个生长停滞期 分解代谢产物阻遏分解代

11、谢产物阻遏第17页/共51页 乳糖与葡萄糖同时存在时，因为分解葡萄糖的酶类属于组成酶，能迅速地将葡萄糖降解成某种中间产物（乳糖与葡萄糖同时存在时，因为分解葡萄糖的酶类属于组成酶，能迅速地将葡萄糖降解成某种中间产物（X X），），X X既会阻止既会阻止ATPATP环化形成环化形成cAMPcAMP，同时又会促进，同时又会促进cAMPcAMP分解成分解成AMPAMP，从而降低了，从而降低了cAMPcAMP的浓度，继而阻遏了与乳糖降解有关的诱导酶合成。的浓度，继而阻遏了与乳糖降解有关的诱导酶合成。 只有当葡萄糖耗尽后，只有当葡萄糖耗尽后，cAMPcAMP才能回升到正常浓度，操纵子重新开启，并开始利用乳

12、糖作为碳源，形成菌体的二次生长。才能回升到正常浓度，操纵子重新开启，并开始利用乳糖作为碳源，形成菌体的二次生长。第18页/共51页第19页/共51页第20页/共51页第21页/共51页第22页/共51页过多的核糖体蛋白不能结合在过多的核糖体蛋白不能结合在rRNArRNA上，反而结合在上，反而结合在mRNAmRNA导致模板封闭，翻译停止导致模板封闭，翻译停止第23页/共51页溶酶体溶酶体蛋白酶体蛋白酶体 释放蛋白水解酶，降解蛋白质释放蛋白水解酶，降解蛋白质 泛素识别、结合蛋白质；泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质蛋白水解酶降解蛋白质 通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能通过改变酶蛋白分子的

13、降解速度，也能调节酶的含量。调节酶的含量。（2）酶数量的调节蛋白稳定性第24页/共51页DNADNA转录初产物转录初产物RNARNAmRNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNAmRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNADNA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的调节（剪转录后加工的调节（剪切，修饰，编辑）切，修饰，编辑）翻译调节翻译调节mRNAmRNA降解调节（帽子降解调节（帽子和尾巴）和尾巴）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 DNADNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 转录后加工的调节转录后加

14、工的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后加工的调节翻译后加工的调节 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 转录因子的相互作用控制转录转录因子的相互作用控制转录活性蛋白的活性蛋白的稳定性调节稳定性调节染色质丢失染色质丢失修饰修饰重排重排扩增扩增蛋白运输分蛋白运输分泌调节泌调节mRNAmRNA分泌调节分泌调节第25页/共51页代谢途径（酶或酶系） 细胞内分布 代谢途径（酶或酶系） 细胞内分布糖酵解 胞液 氧化磷酸化(呼吸链) 线粒体三羧酸循环 线粒体 尿素合成 胞液、线粒体磷酸戊糖途径 胞液 蛋白质合成 内质网、胞液糖异生 胞液

15、DNA合成 细胞核糖原合成与分解 胞液 mRNA合成 细胞核脂肪酸氧化 线粒体 tRNA合成 核质脂肪酸合成 胞液 rRNA合成 核仁呼吸链 线粒体 血红素合成 胞液、线粒体多种水解酶 溶酶体 胆红素生成 微粒体、胞液磷脂合成 内质网 胆固醇合成 内质网、胞液 第26页/共51页线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三三羧酸循环羧酸循环; -氧化氧化;呼吸呼吸链电子传递链电子传递;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷磷戊糖途径戊糖途径;糖原糖原合成合成;脂肪酸合脂肪酸合成成;细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网内质网:蛋白质合蛋白质合成成;磷脂合成磷脂合成区域化的酶可专一调整一些酶的活

16、性，而不影响到另外一些酶的代谢区域化的酶可专一调整一些酶的活性，而不影响到另外一些酶的代谢第27页/共51页第28页/共51页第29页/共51页第30页/共51页第31页/共51页第32页/共51页 ATP cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）c+RcATP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白第33页/共51页第34页/共51页第35页/共51页第36页/共51页NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPNOCH2OOHOHNNN

17、NH2POOHOPOOHOPOOHOHATPACPPiNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHAMPPDEH2O磷酸二酯酶磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)第37页/共51页（三）神经水平上的调控第38页/共51页第39页/共51页性，使最终产物不在细胞内积性，使最终产物不在细胞内积累，提高发酵物的产率。累，提高发酵物的产率。第40页/共51页物，物， 从根本上减少或降低了从根本上减少或降低了反馈反馈抑制抑制作用的发生。作用的发生。（一）营养缺陷型菌株选育及应用（一）营养缺陷型菌株选育及应用第41页

18、/共51页L-L-谷氨酸谷氨酸N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸N-N-乙酰乙酰- - - -谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸- - - -半醛半醛 -N-N-乙酰鸟氨酸乙酰鸟氨酸L-L-鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸N-N-乙酰谷氨酸激酶乙酰谷氨酸激酶 （-）鸟氨酸转氨甲酰基酶鸟氨酸转氨甲酰基酶鸟氨酸合成及控制示意图鸟氨酸合成及控制示意图第42页/共51页第43页/共51页葡萄糖葡萄糖天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛高丝氨酸高丝氨酸蛋氨酸蛋氨酸苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶协同反馈抑制协同反馈抑制异亮氨酸异亮氨酸谷氨酸棒杆菌合成谷氨酸棒杆菌合成赖氨酸及反馈控制示意图赖氨酸及反馈控制示意图第44页/共51页（二）抗代谢类似物突变种的应用（二）抗代谢类似物突变种的应用第45页/共51页.