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1、第十四章 物质代谢的调节控制,一、代谢调节的类型 二、反馈调节 三、基因表达的调节控制 四、细胞水平的诱导与阻遏调节机制,1.生物体内各种代谢途径相互联系，有条不紊进行,代谢调节,普遍存在于生物界，是新陈代谢的重要途径之一,2. 代谢调节在3个不同水平上进行,分子水平（酶水平） 细胞水平 多细胞整体水平（激素调节、神经调节）,最基本调节方式,1. 糖代谢与脂肪代谢的相互关系,糖可以在生物体内变成脂肪。,脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。,磷酸二羟丙酮,丙酮酸,甘油,乙酰CoA,脂肪酸,脂肪,-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,T
2、CA循环,CO2+H2O,糖尿病 ：,脂肪,酮体,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。,脂肪,糖,乙酰乙酸,丙 酮,-羟丁酸,（植物）,（动物）,2. 糖代谢与蛋白质代谢的关系,糖可以转变为非必需氨基酸。,蛋白质可以转变为糖。,3. 脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系,由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。,蛋白质间接地转变为脂肪。,脂类分子中的甘油 丙酮酸,蛋白质,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。,脂肪酸,4. 核酸与其他物质代谢的相互关系,蛋白质代谢为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料；糖类产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是
3、戊糖的来源。,核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质的合成影响细胞的组成成分和代谢类型,第一节 代谢调节的类型,根据调控水平的不同，生物调控可分为：1. 神经系统的调控作用2. 激素的调控作用3. 细胞酶水平的调控作用,一. 神经调控作用,神经系统既直接影响各种酶的合成，又影响内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以神经系统的调节具有整体性特点。 神经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节激素的分泌来实现的。,二. 激素的调控作用,激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质，它对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。 激素调控往往是局部性的，并且直接或间接受到神经系统的控制。,按激素受体存在的亚细
4、胞部位分类：1、膜受体激素（亲水）蛋白质类激素：胰岛素、生长素、 促性腺激素、促甲状腺素、 甲状旁腺素肽类激素：生长因子等儿茶酚胺类激素：肾上腺素、去甲肾上腺素激素 激素-受体复合物跨膜信号传递受体 第二信使蛋白质或酶生物学效应,细胞表面受体接受细胞外信号后转换 而来的细胞内信号称为第二信使, 而将细胞外的信号称为第一信使,cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油 、 1,4,5-三磷酸肌醇、Ca2+,直接作用。如Ca能直接与骨骼肌的肌钙蛋白 结合引起肌肉收缩; 间接作用。第二信使通过活化蛋白激酶，诱导 一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。,2、胞内受体激素（亲脂）类固醇激素、前列腺素、甲状腺素
5、等激素入胞激素-受体复合物DNA上的激素反应元件促进/抑制基因转录促进/阻遏蛋白或酶的合成,三. 细胞-酶水平调控作用,细胞-酶水平调控是通过调节细胞内的酶的种类、数量、分布或活性来控制各种代谢过程或生理过程。,酶水平 的调节,（一）、酶定位的区域化,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:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;,细胞核:核酸合成,内质网:蛋白质合成;磷脂合成,二）酶活性的调节,1.共价修饰 2.亚基的聚合与解聚 2.变构,酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或脱去，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
6、修饰（Covalentmoldification ）。 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)。,1.共价修饰：,例：糖原磷酸化酶的共价修饰,二、亚基的聚合与解聚,乙酰CoA羧化酶,三、酶的变构：,(三）酶含量的调节（迟缓调节）,通过改变酶的合成与降解以调节细胞内酶的含量，从而调节代谢的速度和强度。,第二节 反馈调节,前馈与反馈的概念 反馈抑制的类型 反馈调节的机制,一、前馈和反馈的概念,前馈（feedforward ）和反馈（feedback ）是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响”，
7、后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别借用来说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。,E0,E1,+或-,反馈,+或-,正作用：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。 负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。,反馈与前馈作用,二、反馈抑制的类型,线性代谢的反馈调节 分支代谢的反馈调节1、多价反馈抑制2、协同反馈抑制3、累积反馈抑制4、合作反馈抑制5、顺序反馈抑制,(一）、线性代谢的反馈调节A B C D P,E1,E2,E3,E4,二）、分支代谢的反馈调节A B C D,E1,E1,E2,E3,X,Y,协同反馈抑制：A B C D,E4,E5,E1,X,Y,存在于Lys Th
8、r的合成中,A B,E,DEF,谷氨酰胺合成酶受到各种终产物的累积反馈抑制,累积反馈抑制：,A B C D,E1,E4,E5,X,Y,存在芳香族氨基酸合成的过程中,顺序反馈抑制：,三、反馈调节的机制,变构酶调节 同工酶调节 多功能酶调节,(一)变构酶调节,(二)同工酶调节,A,B,G,F,J,D,C,H,E1,E2,E3,E4,第三节、基因表达的调节控制,原核生物基因表达的调控 真核生物基因表达的调控,一、原核生物基因表达的调控,(一） 操纵子学说原核生物以操纵子为单元进行表达和调控，特异的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性的重要因素。,操纵子,结构基因（编码蛋白质，S）,控制部位,操纵基因（op
9、erator, O）,启动子（premotor, P）,操纵子及调节基因示意图,负调控,正调控,诱导物,诱导物,辅阻遏物,辅阻遏物,二）、调控因子,因子 阻遏蛋白 CPA蛋白 ntrC蛋白 鸟苷多磷酸,二、真核生物基因表达调控,DNA,转录初产物RNA,mRNA,蛋白质前体,mRNA降解物,活性蛋白质,DNA水平调节,转录水平调节,转录后加工的调节,翻译调节,mRNA降解调节,翻译后加工的调节,核,细胞质,真核基因调控主要是正调控 真核基因表达调控的五个水平：,(一） 顺式作用元件真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列。其中主要是起正性调控作用的顺式作用元件
10、，包括启动子(promoter)、增强子(enhancer)；近年又发现起负性调控作用的元件沉寂子(silencer)。,1.启动子（Promoter）是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长730bp。,2.增强子（Ehancer） 一种能够提高转录效率的顺式调控元件，通常占100200bp长度，也和启动子一样由若干组件构成，基本核心组件常为812bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。,3.沉寂子（silencer） 最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重
11、排中证实这种沉寂子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用，是一种负调控顺式元件。,二）、反式作用因子(transacting factors)以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子(transcription factors, TF)。RNA聚合酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。,第四节、细胞水平的诱导与阻遏调节机制,组成酶与适应酶 诱导机制 阻遏机制,乳糖操纵子的结构,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,P,LacZ,LacY,Laca,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,启动子,O,R,阻遏蛋白（有活性）,乳糖酶的诱导,操纵基因,调节基因,mRNA,酶蛋白,阻
12、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,操纵基因,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,开诱导物阻止阻遏蛋白功能发挥。,mRNA,酶蛋白,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,乳糖操纵子的正调控,R,LacZ,LacY,Laca,mRNA,CAP基因,结构基因,T,CAP,O,CAP结合部位,RNA聚合酶,T,cAMP -CAP,P,CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）,使CAP呈失活状态,
