第十四章 代谢调节

第十四章代谢调节第一节代谢途径的相互联系

第二节酶量的调节

第三节酶分子的活性调节

第四节代谢的区域化代谢调节是生物在长期进化过程中，为适应外界条件而形成的一种复杂的生理机能。通过调节作用细胞内的各种物质及能量代谢得到协调和统一，使生物体能更好地利用环境条件来完成复杂的生命活动。

代谢调节作用可在不同水平上进行：低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则有更复杂的激素调节和神经调节。

细胞内酶的调节是最基本的调节方式。酶的调节是从酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进行调节的。

操纵子是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因组成。转录后的调节包括，真核生物mRNA转录后的加工，转录产物的运输和在细胞中的定位等。翻译水平上的调节包括，mRNA本身核苷酸组成和排列（如SD序列），反义RNA的调节，mRNA的稳定性等方面。酶活性的调节是直接针对酶分子本身的催化活性所进行的调节，在代谢调节中是最灵敏、最迅速的调节方式。主要包括酶原激活、酶的共价修饰、反馈调节、能荷调节及辅因子调节等。生物代谢是指生物活体与外界环境不断进行的物质（包括气体、液体和固体）、能量、信息交换过程。细胞代谢是一切生命活动的基础。合成代谢一般是指将简单的小分子物质转变成复杂的大分子物质的过程。分解代谢则是将复杂的大分子物质转变成小分子物质的过程。糖、脂、核酸和蛋白质的合成代谢途径各不相同，但是它们的分解代谢途径则有共同之处，即糖、脂、核酸和蛋白质经过一系列分解反应后都生成了酮酸并进入三羧酸循环，最后被氧化成CO2和H2O。一、代谢网络

物质代谢---联系---转化—TCA环则是糖、脂肪和蛋白质三大物质互相转化的枢纽第一节代谢途径的相互联系物质代谢一览物质代谢网络糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生—酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经糖原异生作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。1、糖代谢与蛋白质代谢的关系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。脂类与蛋白质之间可以相互转化：

脂类分子中的甘油

丙酮酸

草酰乙酸—酮戊二酸氨基酸蛋白质2、脂类代谢与蛋白质代谢的关系乙酰辅酶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脂肪脂肪酸糖与脂类物质也能相互转变：糖磷酸二羟丙酮丙酮酸甘油乙酰辅酶A脂肪酸脂类甘油—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TCACO2+H2O糖尿病：脂肪酮体（乙酰乙酸、丙酮、-羟丁酸）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3、糖代谢与脂类代谢的关系核酸核苷酸ATPUTPCTPGTP能量和磷酸基团的供应单糖的转变和多糖的合成参与卵磷脂的合成给蛋白质合成提供能量AMP辅酶、组氨酸等Gly、Asp、Gln嘌呤、嘧啶蛋白酶核苷酸、核酸的合成蛋白因子核苷酸、核酸的合成4、核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系1.相对立的单向反应（opposingunidirectionalreaction）：p3122.糖代谢的例子：

G+ATP6——G+ADP（变构抑制）

6——G+H2OG+Pi３.脂代谢的例子：

乙酸＋ＡＴＰ＋ＣoA乙酰

CoA＋ＡＭＰ＋ＰＰi

乙酰

CoA+H2O

乙酸+ＣoAPP

己糖激酶６—磷酸葡萄糖酶硫激酶硫酯酶二、代谢的单向性和多酶系统细胞中的酶常常为了催化一系列连锁反应而联系成多

酶系统，根据多酶系统结构的复杂程度，可分三种

类型：一、酶分子呈溶解状态

二、酶分子结构比较紧密

三、酶连接在膜上或核蛋白体上ATPADP+Pi太阳能化学能生物合成细胞运动膜运输能荷=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP三、代谢与能量有机体从环境中获得能量的方式各有不同，有的利用

太阳的辐射能，有利用氧化还原反应释放的化学能不

管哪种形式，细胞都能将它转化成高能分子ATP。NADPH以还原力形式携带能量还原性有机物分解代谢氧化产物还原性生物合成产物还原性生物合成反应氧化前体NADPH+H+NADP+代谢的基本要略在于形成ATP、还原力和构造单元用于生物合成第二节酶含量的调节一、酶合成的调节二、酶降解的调节酶含量的调节（基因表达的调节）ABEX底物水平的调节酶水平的调节酶活性的调节酶含量的调节酶的定位调节辅助因子的调节产物调节酶是生物反应的催化剂，酶的相对数量决定代谢反应的进程和方向。通过酶的合成和降解，细胞内的酶含量和组分便发生变化，因而对代谢过程起调节作用。生物细胞的这种通过改变酶的合成和降解而调节酶的数量，被称为“粗调”。通过粗调，细胞可以开动或完全关闭某种酶的合成，或适当调整某种酶的合成和降解速度，以适应对这种酶的需要。（一）转录水平调节一、酶的合成调节背景介绍：大肠杆菌通常利用葡萄糖作为碳源，通常情况下环境中乳糖极少，降解乳糖的酶不被合成，其实质是乳糖降解酶基因不表达。1、操纵子模型①操纵子模型（operonmodel)：是原核生物基因表达的调节机制。大肠杆菌乳糖操纵子是第一个被子发现的操纵子（Monod和Jacob，1961）操纵子及调节基因示意图乳糖操纵子模型操纵子Operon:基因表达的协调单位,它们有共同的控制区和调节系统。包括在功能上彼此有关的结构基因和控制部位.负调控正调控操纵子的调控模型诱导物诱导物辅阻遏物辅阻遏物

大肠杆菌乳糖酶诱导合成---调节基因产物对转录的调控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lac

操纵子的正调控—分解代谢物阻遏CAP---降解物基因活化蛋白分解代谢物激活蛋白，cAMP受体蛋白(CRP)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另一种在转录水平调节基因表达的机制。衰减子(Attenuator):是一种位于结构基因上游前导区的终止子。4、衰减作用(attenuation)前导RNA序列-----两个发夹环-----第二个发夹环和随后的8个尿苷酸----终止子信号（二）转录后的调节转录后的调节：对mRNA转录后的加工（也称为成熟）、输出核外、胞浆内定位和降解等过程的调控称为转录后的调节包括几个方面：1、真核生物mRNA转录后的加工2、转录产物由细胞核向胞质运输3、mRNA在胞质中的定位（三）翻译水平的调节

翻译水平的调节的类型：

不同mRNA翻译能力的差异、翻译阻遏作用、反义RNA的作用1.翻译阻遏（trans-lationalrepression）

当有过量核糖体蛋白质存在时，可引起它自身以及有关蛋白质合成的阻遏。这种在翻译水平上的阻遏作用叫翻译阻遏。2.反义RNA（意义）反义RNA指具有互补序列的RNA。亦称为干扰mRNA的互补RNA。（调节基因表达；抑制有害基因的表达）原核生物和真核生物的调节方式是有所不同的。原核生物mRNA翻译水平的调节：受控于5′末端与核糖体的结合部位，该部位通常位于起始密码子AUG上游约10个核苷酸的地方，往往由一段富含嘌呤的序列组成，称为SD序列（Shine-Dilgavno)。凡有明显SD序列特征性部位，翻译起始频率就高，反之则低。

真核生物在翻译水平上的调节：主要是控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。mRNA的加帽和加尾修饰有利于mRNA的稳定二、酶降解的调节酶合成的诱导和阻遏作用可以调节酶的数量，相反酶的降解速度也能调节细胞内酶的含量。酶的降解是由特异的蛋白质水解酶催化的。在细胞内常含有各种水解酶，其水解蛋白质的种类和速度随细胞的生长状态和环境条件而不断变化。如大肠杆菌在指数生长期，蛋白酶的总活性较低，但当大肠杆菌由于营养缺乏而处于静止期时，便诱导合成蛋白水解酶，分解细胞内不需要的蛋白质植物种子在萌发时蛋白酶的合成速度也明显增加，用于分解种子中的贮藏蛋白质供幼苗生长之用。细胞内酶的数量决定于其合成速度与降解速度的比值，是多种因素综合作用的结果。第三节酶活性的调节一、酶原激活

二、酶的共价修饰和级联系统

三、前馈和反馈作用酶分子的活性调节酶的变构调节酶原激活酶的共价修饰和级联系统反馈与前馈作用底物水平的调节酶水平的调节辅助因子的调节酶活性的调节酶含量的调节酶的定位调节产物调节ABEX1.酶原：酶的无活性前体。

2.酶原激活（不可逆的共价修饰）：某些酶先以无活性的酶原形式合成或分泌，然后在到达作用部位时由其它酶作用，使其失去部分肽段从而形成或暴露活性中心、形成有活性酶分子的过程。