第十五章代谢调控

第十五章物质代谢的联系及其调节第一节物质代谢的相互联系第二节代谢调节思考第三节基因表达调控返回生物大分子中间产物6-磷酸葡萄糖丙酮酸乙酰CoA中间产物NADPHATP生物构件小分子生物构件小分子合成代谢降解代谢物质的新陈代谢葡萄糖异生葡萄糖脂肪酸合成柠檬酸-丙酮酸循环PEP丙酮酸乙醇酒精发酵乳酸乳酸发酵TCA乙酰CoA转氨基作用芳香族氨基酸丙氨酸Leu、Ser丙酮酸在物质代谢中的作用第一节物质代谢的相互联系

一、糖代谢与脂类代谢的相互关系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系糖代谢与脂类代谢的相互联系糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解从头合成脂肪甘油磷酸二羟丙酮糖代谢脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循环-氧化糖异生TCA糖代谢与蛋白质代谢的相互联系葡萄糖5-磷酸核糖6-磷酸葡萄糖组氨酸4-磷酸赤藓糖乙酰CoA3-磷酸甘油酸PEP丝氨酸GlyCys丙酮酸LeuAlaValTyrPheTrp柠檬酸草酰乙酸天冬氨酸a-酮戊二酸谷氨酸GlnProArgMetIleThrLysAsnPPPTCA氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸磷酸烯醇式酸-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苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸异亮氨酸甲硫氨酸苏氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸谷氨酸脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系

脂肪甘油磷酸二羟丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白质蛋白质氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）乙醛酸循环核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系

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，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高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物（胞液）（线粒体）（PEP）丙氨酸天冬氨酸谷氨酸（转氨基作用）糖的分解代谢和糖异生的关系糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸生酮氨基酸-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丝氨酰苏氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖一、代谢调节的概念二、细胞区域化调节四、激素调节第二节代谢调节三、酶水平的调节代谢调节

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麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，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、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。代谢调节的四级水平：

酶水平调节细胞水平调节激素水平调节神经水平调节多细胞整体水平调节1、酶原激活2、酶的别构效应

酶活性的前馈和反馈调节3、酶的共价修饰与级联放大机制酶水平的调节

——已有酶活性的调节4、辅因子对已有酶活性的调节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（3）前馈激活——代谢底物的调节作用酶活性的前馈和反馈调节（1）关键酶与限速步骤（2）反馈抑制——终产物的调节作用

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。这种调节作用是通过酶的变构效应来实现的。反馈调节中酶活性调节的机制代谢物别构中心活性中心（1）关键酶与限速步骤代谢调控主要通过途径中少数起关键作用的酶进行控制，这种可被控制并对代谢途径产生重要影响的酶称为关键酶。因为关键酶所催化的反应通常是最慢的，成为整个过程的限速步骤，关键酶又称限速酶。关键酶的特点：催化的反应速度最慢，因此觉得那个整个代谢途径的总速度一般催化单向反应，或非平衡反应，它的活性决定代谢途径的方向为寡聚酶，其活性受多种代谢物或效应剂的调节一个代谢途径的第一个酶以及分支代谢中分支后的第一个酶，通常就是关键酶

由代谢终产物作为变构剂来抑制在此产物合成过程中某一酶（通常为限速酶）活性的作用，称为反馈抑制(feedbackinhibiton)。这是一种负反馈机制，多数情况下控制合成代谢。类型：顺序反馈抑制

协同反馈抑制

累积反馈抑制

同工酶反馈抑制反馈抑制顺序反馈抑制示意图ABYFJDCX---E1E5E4E2E3芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节协同调节示意图ABGFXDCY-E1E5E4---E2E3赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节同工酶反馈抑制示意图ABGFJDCH----E1E2E5E4E2E3几种氨基酸的同工酶反馈调节累积反馈抑制示意图谷氨酰氨合成酶的累积反馈抑制前馈激活

在一系列反应序列中，前面反应产生的中间代谢物对后面反应的酶起激活作用，促进反应进行，这叫前馈激活(feelforwardactivation)。

前馈激活作用能使代谢速度加快，所以是一种正调控。葡萄糖6-磷酸葡萄糖UDPG糖原糖原合成酶+ATPADPUTPPPi6-磷酸葡萄糖的前馈激活作用

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

）。目前已知有六种修饰方式：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)。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共价修饰

酶级联系统调控示意图意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（无活性）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肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456辅因子对已有酶活性的调节能荷对代谢的调节[NADH]/[NAD+]对代谢的调节金属离子浓度对代谢的调节一、原核生物酶合成调节的遗传机制

——操纵子学说二、真核生物基因表达的调控第三节基因表达的调控

——酶量的调节1.操纵子——原核转录调控的主要形式在细菌基因组中，编码一组在功能上相关的蛋白质的几个结构基因，与共同的控制位点组成一个基因表达的协同单位，称为操纵子(operon)。RPOS1S2Sn调节基因启动子操纵基因结构基因…………..结构基因转录翻译阻遏蛋白激活蛋白操纵子及其调节基因示意图调控基因的转录原核生物酶合成调节的遗传机制

操纵子学说2、酶合成的诱导和阻遏

调节蛋白是否具有活性有时取决于一个小分子物质结合，能够结合于蛋白质并改变其性质的小分子物质称作效应物(effectors)。

根据操纵子对调节基因表达的小分子所作出反应的特点，分为可诱导(inducible)和可阻遏(repressible)两类。原核生物酶合成调节的遗传机制

操纵子学说实例：诱导型操纵子乳糖操纵子阻遏型操纵子色氨酸操纵子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

负

调

控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mRNAA、乳糖操纵子的结构

B、乳糖酶的诱导

乳糖阻遏蛋白（有活性）乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表达CAP基因结构基因TCAPOCAP结合部位

RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代谢产物腺苷酸环化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物与cAMP的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）降低cAMP浓度使CAP呈失活状态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