生物化学第十四章 物质代谢的调节课件.ppt

第十四章物质代谢的相互联系及调节控制第一节 物质代谢的相互联系一、糖代谢与脂代谢的相互联系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系三、脂代谢与蛋白质代谢的相互联系四、核酸与其它物质代谢的相互联系甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶氨基酸是体内合成核酸的重要原料；磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供糖、脂、蛋白质、核酸代谢的相互联系第二节 代谢调节高等生物 三级水平代谢调节一、细胞水平代谢调节 速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶 催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向 这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节1.特点细胞水平的调节主要通过酶的调节来实现（一） 酶活性的调节1.酶的别构调节 别构酶 别构效应别构抑制剂别构激活剂（1）前馈作用与反馈作用前馈作用：代谢途径前面的底物对其后面某一步反应的别构酶起的调节作用称为前馈作用；反馈作用：在代谢途径后面的产物对它面的某一步反应的别构酶的调节作用称为反馈作用 S0SnS2S1E0E1En-1或+或+反馈前馈氨基酸合成的反馈调控反硝化作用氧化亚氮氨甲酰磷酸分支酸脱氧庚酮糖酸-7-磷酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸赤藓糖-4-磷酸脱氢奎尼酸莽草酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸 + +预苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛高丝氨酸氨基苯甲酸柠檬酸过剩对不同代谢途径的调节作用（2）代谢产物对不同代谢途径的调节1.酶的共价修饰调节 在其它酶的催化下，酶分子可以共价结合或脱去某些基团，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（Covalent moldification ）调节。

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) 对于不同的酶修饰前后活性变化不同共价修饰酶修饰类型修饰前后酶活力的变化磷酸化酶磷酸化/脱磷酸化增加/降低磷酸化酶b激酶磷酸化/脱磷酸化增加/降低糖原合成酶磷酸化/脱磷酸化降低/增加丙酮酸脱氢酶磷酸化/脱磷酸化增加/降低激素敏感性脂肪酶磷酸化/脱磷酸化增加/降低谷胺酰胺合成酶腺苷酰化/脱腺苷酰化降低/增加HMG-CoA还原酶磷酸化/脱磷酸降低/激活乙酰CoA羧化酶磷酸化/脱磷酸降低/激活黄嘌呤氧化酶2SH/-S-S-氧化/还原酶的共价修饰调节特点： 这类酶绝大多数具有无活性和有活性两种形式 磷酸化修饰可在从ATP获得磷酸基的同时也获得了能量，耗能少而利用率高 由于酶的共价修饰反应是酶促反应，从而获得放大效应，调节快速，效率极高 （二） 酶含量的调节1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer)减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor)2.原核生物基因表达的调节 1961年Jacob和Monod等通过研究利用乳糖为唯一碳源的大肠杆菌中产生-半乳糖苷酶的情况，提出一个酶的诱导与阻遏与基因关系的学说操纵子学说。

IDNAZYAOP调节基因操纵子操纵子：即基因表达的协同单位它包括在功能上彼此有关的启动基因、操纵基因和结构基因组1）酶合成的诱导作用大肠杆菌乳糖操纵子模型 调控区 CAP结合位点启动序列操纵序列结构基因Z： -半乳糖苷酶Y： -半乳糖透性酶A： -半乳糖苷乙酰基转移酶ZYAOPDNA 乳糖操纵子的结构：I-CAP-P-O-Z-Y-A 结构基因：Z、Y及A，分别编码-半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶 控制序列：操纵序列O、启动序列P、分解代谢物基因激活蛋白(CAP，cAMP结合蛋白)结合位点 调节基因I：编码阻遏蛋白（与O序列结合，关闭操纵子） mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏基因 阻遏蛋白的负性调节mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol 启动转录乳糖mRNAZ mRNAY mRNAa 酶合成的诱导单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression) 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cAMP CAP：环腺苷酸受体蛋白（cycilic AMP receptor protein） 葡萄糖低， cAMP浓度升高。

促进转录 葡萄糖高， cAMP浓度低抑制转录降低cAMP浓度使CAP呈失活状态mRNA低半乳糖时高半乳糖时 葡萄糖低 cAMP浓度高 葡萄糖高cAMP浓度低RNA-polOOOO（2）酶合成的阻遏作用大肠杆菌色氨酸操纵子模型Trp Trp 高时 Trp 低时 mRNA OPtrpR调节区 结构基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 色氨酸操纵子UUUUUUUU调节区 结构基因 trpROP前导序列 衰减子区域 UUUU前导mRNA1234衰减子结构 第10、11密码子为trp密码子 终止密码子 14aa前导肽编码区: 包含序列1 形成发夹结构能力强弱： 序列1/2序列2/3序列3/4 trp 密码子 UUUUUUUU34UUUU 334核糖体 前导肽 前导mRNA1.当色氨酸浓度高时 转录衰减机制 125 trp 密码子 衰减子结构就是终止子可使转录前导DNA UUUU 3 RNA聚合酶 终止UUUU342423UUUU核糖体 前导肽 前导mRNA 15 trp 密码子 结构基因前导DNA RNA聚合酶 2.当色氨酸浓度低时 Trp合成酶系相关结构基因被转录 序列3、4不能形成衰减子结构 内、外环境改变机体相关组织分泌激素激素与靶细胞上的受体结合靶细胞产生生物学效应，适应内外环境改变1.激素作用机制二、激素水平的代谢调节(1)膜受体激素的作用方式2.激素作用方式(2) 胞内受体激素的作用方式（一）饥饿糖原消耗血糖趋于降低胰岛素分泌减少胰高血糖素分泌增加 引起一系列的代谢变化1. 短期饥饿（13天）三、整体水平的代谢调节 （1）蛋白质代谢变化分解加强，氨基酸异生成糖（2）糖代谢变化 糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低（3）脂代谢变化 脂肪动员加强，酮体生成增多2. 长期饥饿（1）蛋白质代谢变化 蛋白质分解减少（2）糖代谢变化肝肾糖异生增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸（3）脂代谢变化脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加（二）应 激1. 概念应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的“ 紧张状态 ”。

2. 机体整体反应交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素、生长激素增加，胰岛素分泌减少 引起一系列的代谢变化3. 代谢改变（1） 血糖升高（2） 脂肪动员增强（3）蛋白质分解加强。