第7章 代謝調(diào)控

第十五章物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié)第一節(jié)物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)第三節(jié)基因表達(dá)調(diào)控思考

生物大分子中間產(chǎn)物6-磷酸葡萄糖丙酮酸乙酰CoA中間產(chǎn)物ATPNADPH生物構(gòu)件小分子生物構(gòu)件小分子合成代謝降解代謝物質(zhì)的新陳代謝葡萄糖異生葡萄糖脂肪酸合成檸檬酸-丙酮酸循環(huán)PEP丙酮酸乙醇酒精發(fā)酵乳酸乳酸發(fā)酵乙酰CoA轉(zhuǎn)氨基作用芳香族氨基酸丙氨酸Leu、SerTCA丙酮酸在物質(zhì)代謝中的作用第一節(jié)

物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系一、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系

三、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系四、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系糖脂肪酸磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解從頭合成乙酰CoA，NADPH脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸糖(植物)β-氧化乙醛酸循環(huán) 糖異生乙酰CoA

琥珀酸TCA糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系葡萄糖5-磷酸核糖

6-磷酸葡萄糖組氨酸乙酰CoA4-磷酸赤蘚糖

3-磷酸甘油酸PEP絲氨酸GlyCys丙酮酸LeuAlaValTyrPheTrp檸檬酸草酰乙酸天冬氨酸a-酮戊二酸谷氨酸GlnProArgMetIleThrLysAsnPPPTCA氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑草酰乙酸磷酸烯醇式酸α-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苯丙氨酸氨酸亮氨酸賴氨酸色氨酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸

絲氨酸

半胱氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸苯丙氨酸氨酸天冬氨酸異亮氨酸甲硫氨酸蘇氨酸纈氨酸葡萄糖檸檬酸谷氨酸脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）乙醛酸循環(huán)（PEP）丙氨酸（胞液）（線粒體）天冬氨酸谷氨酸（轉(zhuǎn)氨基作用）糖的分解代謝和糖異生的關(guān)系糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系PEP丙酮酸α-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

絲氨酰

蘇氨酸

半胱氨酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇生酮氨基酸亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質(zhì)淀粉、糖原核酸生糖氨基酸天冬氨酸天冬酰氨酪氨酸天冬氨酸苯丙酰氨異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸

纈氨酸谷氨酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖第二節(jié)

代

謝

調(diào)

節(jié)一、代謝調(diào)節(jié)的概念二、細(xì)胞區(qū)域化調(diào)節(jié)三、酶水平的調(diào)節(jié)四、激素調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)生命是靠代謝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同時(shí)有那麼多復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)轉(zhuǎn)，必須有靈巧而嚴(yán)密的調(diào)節(jié)機(jī)制，才能使代謝適應(yīng)外界環(huán)境的變化與生物自身生長(zhǎng)發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會(huì)導(dǎo)致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來(lái)越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。代謝調(diào)節(jié)的四級(jí)水平：酶水平調(diào)節(jié)

細(xì)胞水平調(diào)節(jié)激素水平調(diào)節(jié)多細(xì)胞整體水平調(diào)節(jié)神經(jīng)水平調(diào)節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)——已有酶活性的調(diào)節(jié)1、酶原激活2、酶的別構(gòu)效應(yīng)酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)

3、酶的共價(jià)修飾與級(jí)聯(lián)放大機(jī)制4、輔因子對(duì)已有酶活性的調(diào)節(jié)酶定位的區(qū)域化線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);β-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化細(xì)胞質(zhì):酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細(xì)胞核:核酸合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成;磷脂合成酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)前饋（feedforward

）和反饋（feedback

）是來(lái)自電子工程學(xué)的術(shù)語(yǔ)，前者的意思是“輸入對(duì)輸出的影響”，后者的意思是“輸出對(duì)輸入的影響”，這里分別借用來(lái)說(shuō)明底物和代謝產(chǎn)物對(duì)代謝過(guò)程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)作用是通過(guò)酶的變構(gòu)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵酶與限速步驟反饋抑制——終產(chǎn)物的調(diào)節(jié)作用前饋激活——代謝底物的調(diào)節(jié)作用反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制代謝物別構(gòu)中心活性中心（1）關(guān)鍵酶與限速步驟代謝調(diào)控主要通過(guò)途徑中少數(shù)起關(guān)鍵作用的酶進(jìn)行控制，

這種可被控制并對(duì)代謝途徑產(chǎn)生重要影響的酶稱為關(guān)鍵酶。因?yàn)殛P(guān)鍵酶所催化的反應(yīng)通常是最慢的，成為整個(gè)過(guò)程的限速步驟，關(guān)鍵酶又稱限速酶。關(guān)鍵酶的特點(diǎn)：催化的反應(yīng)速度最慢，因此覺得那個(gè)整個(gè)代謝途徑的總速度一般催化單向反應(yīng)，或非平衡反應(yīng)，它的活性決定代謝途徑的方向?yàn)楣丫勖福浠钚允芏喾N代謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)一個(gè)代謝途徑的第一個(gè)酶以及分支代謝中分支后的第一個(gè)酶，通常就是關(guān)鍵酶由代謝終產(chǎn)物作為變構(gòu)劑來(lái)抑制在此產(chǎn)物合成過(guò)程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱為反饋抑制(feedbackinhibiton)。這是一種負(fù)反饋機(jī)制，多數(shù)情況下控制合成代謝。類型：順序反饋抑制協(xié)同反饋抑制

累積反饋抑制

同工酶反饋抑制反饋抑制順序反饋抑制示意圖ABYFJDC-

-X-E1E5E4E2E3芳香族氨基酸合成的順序反饋調(diào)節(jié)協(xié)同調(diào)節(jié)示意圖ABGFXDCY-E1E5E4---E2E3賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)同工酶反饋抑制示意圖ABGFJDCH----E1E2E5E4E2E3幾種氨基酸的同工酶反饋調(diào)節(jié)累積反饋抑制示意圖谷氨酰氨合成酶的累積反饋抑制前饋激活在一系列反應(yīng)序列中，前面反應(yīng)產(chǎn)生的中間代謝物對(duì)后面反應(yīng)的酶起激活作用，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，這叫前饋激活(feel

forward

activation)。前饋激活作用能使代謝速度加快，所以是一種正調(diào)控。6-磷酸葡萄糖UDPG糖原合成酶+ATP

ADP葡萄糖UTP

PPi糖原6-磷酸葡萄糖的前饋激活作用激酶ATPADP磷酸化酶（無(wú)活性）P磷酸化酶（有活性）磷酸酯酶H2OP

-OH酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催化下，可以共價(jià)結(jié)合或脫去，引起酶分子構(gòu)象的改變，使其活性得到調(diào)節(jié)，這種方式稱為酶的共價(jià)修飾（Covalent

moldification

）。目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙酰化，腺苷?；?去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷?；?，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。例：糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾共價(jià)修飾級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖意義：由于

酶的共價(jià)修飾

反應(yīng)是酶促反

應(yīng)，只要有少

量信號(hào)分子（如激素）存在，即可通過(guò)加速

這種酶促反應(yīng)，而使大量的另

一種酶發(fā)生化

學(xué)修飾，從而

獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式

快速、效率極

高。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶（無(wú)活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（無(wú)活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（無(wú)活性）5、磷酸化酶b（無(wú)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腎上腺素或胰高血糖素132×102×104×106×108葡萄糖ATP

ADP磷酸化酶激酶（活性）ATP

ADP456輔因子對(duì)已有酶活性的調(diào)節(jié)能荷對(duì)代謝的調(diào)節(jié)[NADH]/[NAD+]對(duì)代謝的調(diào)節(jié)金屬離子濃度對(duì)代謝的調(diào)節(jié)第三節(jié) 基因表達(dá)的調(diào)控——酶量的調(diào)節(jié)一、原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制——操縱子學(xué)說(shuō)二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.操縱子——原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要形式在細(xì)菌基因組中，編碼一組在功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因，與共同的控制位點(diǎn)組成一個(gè)基因表達(dá)的協(xié)同單位，稱為操縱子(operon)。調(diào)節(jié)基因

啟動(dòng)子

操縱基因

結(jié)構(gòu)基因…………..結(jié)構(gòu)基因

R

轉(zhuǎn)錄翻譯阻遏蛋白激活蛋白操縱子及其調(diào)節(jié)基因示意圖P

O

S1 S

2

Sn調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制操縱子學(xué)說(shuō)原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制操縱子學(xué)說(shuō)2、酶合成的誘導(dǎo)和阻遏調(diào)節(jié)蛋白是否具有活性有時(shí)取決于一個(gè)小分子物質(zhì)結(jié)合，能夠結(jié)合于蛋白質(zhì)并改變其性質(zhì)的小分子物質(zhì)稱作效應(yīng)物(effectors)。根據(jù)操縱子對(duì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的小分子所作出反應(yīng)的特點(diǎn)，分為可誘導(dǎo)(inducible)和可阻遏(repressible)兩類。實(shí)例：誘導(dǎo)型操縱子?乳糖操縱子阻遏型操縱子?色氨酸操縱子酶的誘導(dǎo)和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑A.有活性阻遏蛋白C.無(wú)活性阻遏蛋白D.無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動(dòng)基因調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)阻遏蛋白(無(wú)活性)酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)代謝產(chǎn)物乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控乳糖結(jié)構(gòu)基因LacZLacYLacamRNA阻遏蛋白（有活性）基

因

關(guān)

閉啟動(dòng)操縱子基因P

O調(diào)節(jié)基因RLacZLacYLaca乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng) 操縱子 基因P

O調(diào)節(jié)基因RmRNAZ

mRNAYmRNAa阻遏蛋白（無(wú)活性）基因表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)B、乳糖酶的誘導(dǎo)乳糖阻遏蛋白（有活性）乳糖操縱子的正調(diào)控RLacZLacYLacamRNA基mRNAZ

mRNAY

mRNAa

因表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCAPOCAP結(jié)合部位RNA聚合酶TcAMP

-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgene

activationprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)真核生物基因表達(dá)調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體mRNA降解物活性蛋白質(zhì)DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核細(xì)胞質(zhì)真核基因表達(dá)調(diào)控的五個(gè)水平DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)真核基因調(diào)控主要是正調(diào)控順式作用元件和反式作用因子轉(zhuǎn)錄因子的相互作用控制轉(zhuǎn)錄激

素

調(diào)

節(jié)

的

機(jī)

制1、含氮激素作用模式2、甾醇類激素作用模式甾醇類激素作用原理示意圖肽類激素通過(guò)cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖ATPcAMP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用改變細(xì)胞的生理過(guò)程細(xì)胞膜細(xì)胞膜cR蛋白激酶（無(wú)活性）c