生物化学第十二章代谢调节

第十二（16）章代谢调节物质代谢的相互联系代谢调节基因表达调控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脂肪代谢和糖代谢的关系琥珀酸草酰乙酸3-磷酸甘油TCA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PEP丙酮酸合成葡萄糖或糖原磷酸丙糖

磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸乳酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸延胡索酸a酮戊二酸谷氨酸琥珀酸单酰CoA

糖丙氨酸半胱氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸亮氨酸异亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸脯氨酸亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸糖与蛋白质代谢的联系乙醛酸TCA葡萄糖或糖原甘油三酯磷酸丙糖3-磷酸甘油脂肪酸磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸乳酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA酮体草酰乙酸柠檬酸延胡索酸a酮戊二酸谷氨酸琥珀酸单酰CoA

糖脂肪丙氨酸半胱氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸亮氨酸异亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸脯氨酸亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸

氨基酸、糖及脂肪代谢的联系乙醛酸TCA蛋白质可转变为脂类但脂肪转变为蛋白质的可能性是有限的核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系

核苷酸的一些衍生物具有重要生理功能（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。糖类、脂类、氨基酸和核苷酸的代谢联系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-磷酸葡萄糖第二节代谢调节

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一、神经（整体）水平的调节

直接作用

间接作用

通过中枢-交感神经、中枢-迷走神经的直接支配调节激素分泌；通过大脑神经皮层的兴奋或抑制调节激素分泌。主要通过神经系统对内分泌腺活动的控制

中枢神经系统通过垂体前叶激素的作用间接控制内分泌腺的活动。

制造分泌血液内分泌细胞激素靶细胞生物学效应（第一信使）（受体）二、激素水平的调节（cAMP)

蛋白质激素的信息传递

激素

受体Ｇ蛋白酶

第二信使（cAMP)蛋白激酶酶或其他功能蛋白

生物学效应主要的第二信使物质：cAMP、cGMP、IP3、DG(DAG，甘油二脂)、Ca2+

酶的区域化分布酶的隔离分布的意义——避免了各种代谢途径互相干扰，相关酶相对集中临近有利于代谢反应。三、细胞水平调节线粒体: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:糖酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;氨基酸合成；核苷酸合成；蛋白质合成细胞核:核酸合成内质网:蛋白质加工;磷脂合成四、酶水平调节酶水平调节酶的活性变构调节化学修饰（共价）调节酶的含量合成调节降解调节酶原激活辅因子调节变构调节变构位点调节亚基催化亚基活性部位正效应物负效应物底物变构调节反馈抑制：由代谢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。前馈激活：由代谢底物作为变构剂来激活在此底物消耗过程中某一酶（通常为限速酶）活性的作用。

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛

磷酸二羟丙酮2

1，3-二磷酸甘油酸2

3-磷酸甘油酸2

2-磷酸甘油酸2

磷酸烯醇丙酮酸2

丙酮酸葡萄糖123

调控位点激活剂抑制剂3

丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸ATP

乙酰CoA＋前馈激活、反馈抑制丙酮酸激酶己糖激酶磷酸果糖激酶-⑴磷酸化/去磷酸化（高等动、植物酶化学修饰主要形式，细胞信号转导途径）⑵乙酰化/去乙酰化⑶腺苷酰化/去腺苷酰化

(细菌中共价修饰调节酶活性的重要方式)⑷尿苷酰化/去尿苷酰化⑸甲基化/去甲基化⑹氧化（S-S）/还原（2SH）化学修饰（共价）调节磷酸化/去磷酸化腺苷酰化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。血液1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）12、ATPcAMP21024、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）104ATPADP45、磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶a（活性）106ATPADP56-磷酸葡萄糖葡萄糖6、糖原1-磷酸葡萄糖108葡萄糖6R、cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）3肾上腺素或胰高血糖素肾上腺素或胰高血糖素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酶的含量合成调节降解调节第三节基因表达的调控操纵子——由结构基因与上游的启动子、操纵基因共同构成的原核基因表达的协同单位。操纵子结构基因（编码蛋白质，S）控制部位操纵基因（operator,O）启动子（premotor,P）操纵子学说—转录水平的调控操纵基因：阻遏（调控)蛋白的结合部位。是控制操纵子开闭的关键部位。（1）三个结构基因：Z、Y、A基因。编码利用乳糖的三种酶（β-半乳糖苷酶、透酶、乙酰转移酶）。（2）一个操纵基因：O基因，可以和阻遏蛋白结合，控制结构基因的转录（负性调节）。（3）一个启动序列：P序列，可和RNA聚合酶结合。此位点是启动子部位。（4）一个调节基因：I基因，编码阻遏蛋白。（5）分解代谢基因活化蛋白（CAP）结合位点：结合CAP-cAMP复合物。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原核生物乳糖操纵子原核生物乳糖操纵子(诱导型操纵子)其控制区包括：启动子（P)和操纵基因。结构基因：由β-半乳糖苷酶基因（lacZ），通透酶基因（lacY）和乙酰化酶基因（lacA）串联在一起构成。

控制区结构基因乳糖操纵子的结构基因及其表达产物乳糖操纵子的诱导：（有乳糖存在）启动子操纵基因乳糖操纵子的阻遏：：（没有乳糖存在）启动子操纵基因乳糖操纵子的cAMP-CAP活化方式RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表达CAP基因结构基因TCGP(CAP)OCAP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cAMPCGP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）

CAP：环腺苷酸受体蛋白（cycilicAMPreceptorprotein）降低cAMP浓度使CAP呈失活状态色氨酸操纵子（trpoperon）属于阻遏型操纵子，主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放，而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭trpRP1O

trpEtrpDP2trpCtrpBtrpA邻氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油硼酸合成酶色氨酸合成酶

链

链分支酸邻氨基苯甲酸磷酸核糖基邻氨基苯甲酸CDRP吲哚甘油-磷酸色氨酸阻遏物转录（P1是主要启动子，P2的作用只有3%。）没有色氨酸时，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，能转录合成色氨酸所需要的酶。

trpRP1O

trpEtrpDP2trpCtrpBtrpA阻遏物色氨酸结合不转录