第十四章 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制

第十四章物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日二代謝的調(diào)節(jié)

（一）酶水平調(diào)節(jié)（二）細胞水平調(diào)節(jié)(酶在細胞內(nèi)的集中存在與隔離分布)（三）激素對代謝的調(diào)節(jié)（四）神經(jīng)系統(tǒng)對代謝的調(diào)節(jié)

第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日1.酶活性的調(diào)節(jié)（1）別構(gòu)調(diào)節(jié)作用（2）共價修飾調(diào)節(jié)作用2.酶合成調(diào)節(jié)（基因表達調(diào)控）（1）酶的誘導(dǎo)合成（2）酶的誘導(dǎo)阻遏（一）酶水平調(diào)節(jié)第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日1、酶活性調(diào)節(jié)（1）別構(gòu)調(diào)節(jié)1）概念:當別構(gòu)劑與酶的活性部位以非共價鍵結(jié)合時,會使酶的構(gòu)象發(fā)生改變,從而影響酶活性.別構(gòu)劑:一般是激素、底物、產(chǎn)物或與該酶有關(guān)的輔酶或核苷酸類物質(zhì)。2）別構(gòu)酶的特點：①大多為寡聚酶，由兩個或兩個以上亞基組成，一組為催化亞基，與底物結(jié)合,一組為調(diào)節(jié)亞基，可與別構(gòu)劑結(jié)合。②別構(gòu)酶在別構(gòu)劑作用下活性增高，叫別構(gòu)激活；活性降低，叫別構(gòu)抑制。③別構(gòu)酶的酶促反應(yīng)速度對底物濃度作圖不符合米氏圖，呈“S”型曲線。第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日3）酶別構(gòu)調(diào)節(jié)方式：依據(jù)別構(gòu)劑的不同或調(diào)節(jié)方式的不同可分為：①前饋：反應(yīng)的底物通過影響別構(gòu)酶的活性來調(diào)節(jié)代謝的過程?？煞譃檎梆伜拓撉梆仭＂诜答佌{(diào)節(jié)：反應(yīng)中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物通過影響別構(gòu)酶的活性來調(diào)節(jié)代謝過程。也分正、負反饋③腺苷酸對別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)：在糖代謝和三羧酸循環(huán)等與能量生成有關(guān)的代謝途徑中，別構(gòu)酶的活性可因ATP、ADP、AMP的濃度大小而被激活或抑制。④多余代謝物對別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)作用：當一條代謝途徑中的產(chǎn)物多余時，會影響有關(guān)的別構(gòu)酶，使代謝方向和速度改變。第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日

（2）酶的共價修飾調(diào)節(jié)（化學修飾調(diào)節(jié)）1）概念：通過其它酶對酶分子中的某些基團進行化學修飾，使酶處于活性和無活性的互變狀態(tài)，達到調(diào)節(jié)酶活性的目的。2）特點：①被修飾的酶有活化型和非活化型兩種，在特定酶催化下可互變。②在特定酶催化下，被修飾酶可逆地與某一化學基團結(jié)合，改變酶分子構(gòu)象，影響酶活性，不涉及共價鍵變化③磷酸化的化學修飾要消耗能量，一分子亞基進行磷酸化消耗一個ATP。④因化學修飾是酶促反應(yīng)，酶促反應(yīng)具有高效性，所以化學修飾具有放大作用。3)共價修飾的幾種形式:磷酸化與脫磷酸化;甲基化與脫甲基化;腺苷化與脫腺苷化第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日2.大腸桿菌酶合成調(diào)節(jié)(基因表達的調(diào)節(jié))酶生物合成在轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平的調(diào)節(jié)。（1）原核生物基因表達調(diào)節(jié)1960~1961年，法國巴黎的巴斯德研究所的J.Monod（莫諾）和F.Jacob（雅各布）通過對大腸桿菌研究提出乳糖操縱子模型（lacoperonmodel）。1965年獲諾貝爾獎.①酶合成的誘導(dǎo)作用②降解物的阻遏作用③酶合成的阻遏作用（2）真核生物基因表達的調(diào)控為多級調(diào)控方式：轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控、翻譯水平調(diào)控、翻譯后水平調(diào)控。第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日（1）原核生物基因表達調(diào)控—①酶合成的誘導(dǎo)作用★乳糖操縱子學說★與乳糖合成有關(guān)的基因調(diào)節(jié)基因——mRNA——阻遏蛋白啟動基因:有RNA聚合酶的結(jié)合位點操縱基因：可與阻遏蛋白結(jié)合，阻礙RNA聚合酶與啟動基因結(jié)合。結(jié)構(gòu)基因：一群，能轉(zhuǎn)錄和翻譯。第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日ayzopio★CAP(代謝產(chǎn)物活化蛋白)與cAMP形成復(fù)合物，結(jié)合在乳糖操縱子的啟動基因上，促進轉(zhuǎn)錄的進行?！颿AMP-CAP是正調(diào)控因子，阻遏蛋白是負調(diào)控因子。結(jié)構(gòu)基因操縱基因調(diào)節(jié)基因ayopiz誘導(dǎo)物(乳糖)誘導(dǎo)物-阻遏蛋白復(fù)合物起動子阻遏蛋白第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日②降解物的阻遏作用當大腸桿菌的培養(yǎng)基中既含葡萄糖也含乳糖時,優(yōu)先利用葡萄糖,也就是說,在有葡萄糖存在時,乳糖操縱子是關(guān)閉的,不能合成利用乳糖的3種酶.葡萄糖阻遏了利用乳糖3種酶的生成.后來發(fā)現(xiàn),這種阻遏作用,不是葡萄糖本身的作用,而是葡萄糖的代謝產(chǎn)物阻遏了酶的合成,是葡萄糖的代謝產(chǎn)物抑制了腺苷酸環(huán)化酶的活性或激活了磷酸二酯酶的活性,使cAMP的濃度降低,代謝產(chǎn)物活化蛋白(CAP)不能與cAMP結(jié)合成復(fù)合物,不能使利用乳糖酶的基因轉(zhuǎn)錄.第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日③酶合成的阻遏作用細胞中的阻遏物可阻遏細胞中的酶合成，以大腸桿菌為例，用氨做大腸桿菌的唯一碳源時，大腸桿菌能合成所有的含N物質(zhì)，能合成組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸，但向培養(yǎng)基中加入某種氨基酸時，如色氨酸，則大腸桿菌利用氨合成氨基酸的酶迅速消失，說明色氨酸是阻抑物。用色氨酸操作子模型解釋酶合成的阻遏作用。第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日用色氨酸操作子模型解釋酶合成的阻遏作用。色氨酸操作子有:調(diào)節(jié)基因（R）、啟動基因（P）、操縱基因（O）和5個結(jié)構(gòu)基因（E、D、C、B、A）組成，在第一個結(jié)構(gòu)基因(E)與操縱基因之間有一段前導(dǎo)序列（L）和衰減子(a)（使轉(zhuǎn)錄終止或減弱）。阻遏蛋白原不能與操縱子結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因可轉(zhuǎn)錄和翻譯出與合成色氨酸有關(guān)的酶，在有過量的色氨酸存在時，色氨酸與阻遏蛋白原結(jié)合，使得阻遏蛋白可與操縱基因結(jié)合，使得結(jié)構(gòu)基因不能轉(zhuǎn)錄和翻譯出合成色氨酸的酶。，第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日ABCDEopLa

trpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpATrp合成途徑還存在色氨酸操縱子中衰減子所引起的衰減調(diào)節(jié)。阻遏蛋白原Trp操縱子的阻遏機制色氨酸

調(diào)節(jié)基因R啟動基因P操縱基因O結(jié)構(gòu)基因E、D、C、B、A第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日（2）真核生物基因表達調(diào)控真核生物基因表達調(diào)控在多層次，受多種因子協(xié)同調(diào)節(jié)控制，是一種多級調(diào)控方式。主要包括：①染色體結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控②轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控③體細胞重組和抗體多樣性④轉(zhuǎn)錄后和翻譯的調(diào)控第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日①染色體結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控真核生物的核DNA與組蛋白結(jié)合成染色質(zhì)的形式而存在，DNA在染色質(zhì)中高度壓縮，內(nèi)部的基因沒有活性，其中往往10%的基因有活性，90%的基因無活性，核DNA和蛋白質(zhì)修飾影響基因的表達甲基化修飾DNA可關(guān)閉基因的活性：DNA的胞嘧啶甲基化為5/-甲基胞嘧啶，腺嘌呤甲基化為5/-甲基腺嘌呤，經(jīng)甲基化修飾后轉(zhuǎn)錄活性消失，沒有修飾的具有轉(zhuǎn)錄活性。核小體中的組蛋白被修飾后影響基因表達活性組蛋白的修飾主要是在賴氨酸殘基的ε-氨基酰化，這種修飾往往可提高基因的轉(zhuǎn)錄活性。第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日②轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控主要是通過順式作用元件和反式作用元件的相互作用對基因表達進行調(diào)控。順式作用元件：轉(zhuǎn)錄起動子和增強子等序列，合稱順式作用元件：起動子是RNA識別并與之結(jié)合并使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的一段特異性DNA序列，位于結(jié)構(gòu)基因的上游。增強子是能增強基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控DNA序列反式作用元件：調(diào)控轉(zhuǎn)錄的各種蛋白質(zhì)因子的總稱第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日③轉(zhuǎn)錄后和翻譯的調(diào)控

轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控包括：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工和轉(zhuǎn)運的調(diào)節(jié)。翻譯水平的調(diào)控主要是多肽鏈的加工和折疊④體細胞重組和抗體多樣性第十九頁，共二十一頁，2022年，8月28日酶的區(qū)域分布區(qū)域化對代謝的調(diào)節(jié)代謝途徑的有關(guān)酶常常組成酶體系，分布與細胞的某一區(qū)域或亞細胞結(jié)構(gòu)中，使不同的代謝途徑在不同的區(qū)域中進行。細胞核：核膜上鑲嵌或覆蓋有大量酶類，與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝、核酸的運輸、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、加工和修飾有關(guān)。胞液：糖酵解、糖異生、磷酸戊糖途徑、脂類、氨基酸和核苷酸的生物合成都在胞液中進行。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)加工有關(guān)，光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與糖類和脂類合