代谢的调节控制课件

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1、第第 十三十三 章章代谢的调节控制代谢的调节控制 代谢的调节控制本章要点本章要点代谢之间的联系代谢之间的联系 反馈调节反馈调节操纵子学说操纵子学说 代谢的调节控制生物体内的代谢调控模式生物体内的代谢调控模式第第 一一 节节 代谢的调节控制1.1.整体性整体性 糖类糖类 脂类脂类蛋白质蛋白质水水 无机盐无机盐维生素维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存。各种物质代谢之间互有联系，相互依存。 消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄一、一、 概述概述 代谢的调节控制2.2.代谢调节代谢调节机体有精细的调节机体有精细的调节机制，调节代谢的机制，调节代谢的强度、方向和速度强度、方向和速度内外

2、环境内外环境不断变化不断变化影响机体代谢影响机体代谢适应环境适应环境的变化的变化 代谢的调节控制3.3.各组织、器官物质代谢各具特色各组织、器官物质代谢各具特色结构不同结构不同酶系的种类、酶系的种类、含量不同含量不同不同的组不同的组织、器官织、器官代谢途径不同、代谢途径不同、功能各异功能各异 代谢的调节控制4.4.各种代谢物均具有各自共同的代谢池各种代谢物均具有各自共同的代谢池例如例如各各种种组组织织 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解糖异生糖异生血血糖糖 代谢的调节控制5.5.ATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式营养物营养物分分 解解释放释放能量能量ADP+Pi

3、ATP直直接接供供能能 代谢的调节控制6.6.NADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量例如例如乙酰乙酰CoANADPH + H+脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 代谢的调节控制代谢间的相互关系代谢间的相互关系Metabolic Interrelationships第第 二二 节节 代谢的调节控制二、物质代谢的相互联系二、物质代谢的相互联系1.1.在能量代谢上的相互联系在能量代谢上的相互联系三大营养素三大营养素共同中共同中间产物间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoACoATAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCOCO2 2

4、三大营养素可在体内氧化供能。三大营养素可在体内氧化供能。 代谢的调节控制从能量供应的角度看，三大营养素可以从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。互相代替，并互相制约。一般情况下，一般情况下，供能以糖、脂为主供能以糖、脂为主，并尽，并尽量节约蛋白质的消耗。量节约蛋白质的消耗。 代谢的调节控制脂肪分解脂肪分解增强增强ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。其他物质的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制（糖分解代谢限速酶之一）（糖分解代谢限

5、速酶之一）例如例如 代谢的调节控制饥饿时饥饿时 肝糖原分解肝糖原分解 ，肌糖原分解肌糖原分解 肝糖异生肝糖异生 ，蛋白质分解蛋白质分解 以脂酸、酮体分解供能以脂酸、酮体分解供能为主为主蛋白质分解明显降低蛋白质分解明显降低1 2 天天3 4 周周 代谢的调节控制（一）糖代谢与脂代谢的相互联系（一）糖代谢与脂代谢的相互联系1. 摄入的糖量超过能量消耗时摄入的糖量超过能量消耗时 2.2.糖、脂和蛋白质糖、脂和蛋白质之间的相互联系之间的相互联系葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪（脂肪组织）（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉） 代谢的调节控制2. 脂肪的甘油部分能在体内转

6、变为糖脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸- -甘油甘油葡葡萄萄糖糖 代谢的调节控制3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响脂肪的分解代谢受糖代谢的影响饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对不足相对不足糖不足糖不足脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加氧化氧化受阻受阻 代谢的调节控制（二）糖与氨基酸代谢的相互联系（二）糖与氨基酸代谢的相互联系例如：例如：丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脱氨基脱氨基糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相

7、应的大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。酮酸，可转变为糖。 代谢的调节控制2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸非必需氨基酸糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸- -酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸 代谢的调节控制氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪 1. 蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪 2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系（三）脂类与氨基酸代谢的相互

8、联系 代谢的调节控制 但不能说，脂类可转变为氨基酸。但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸 代谢的调节控制（四）核酸与糖、蛋白质（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系代谢的相互联系 1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺一碳单位一碳单位合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供 代谢的调节控制葡

9、萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸 代谢的调节控制相互转变、相互制约、殊途同归相互转变、相互制约、殊途同归 代谢的调节控制相互转变：相互转变：指糖类、脂肪、蛋白质代谢通指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢中间产物过共同的代谢中间产物丙酮酸、乙酰辅酶丙酮酸、乙酰辅酶A A、-酮戊二酸等酮戊二酸等相互联系起来，可以相互转相互联系起来，可以相互转变。

10、变。相互制约：相互制约：指生物体内脂类、蛋白质代谢指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由的强度主要由糖类的代谢强度糖类的代谢强度决定。当糖决定。当糖类供应充足时，糖类在体内大量氧化分解类供应充足时，糖类在体内大量氧化分解供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分解供能，蛋白质也有供能作用。分解供能，蛋白质也有供能作用。 代谢的调节控制 正正常常情情况况下下，蛋蛋白白质质的的代代谢谢主主要要用用于于蛋蛋白白质质的的不不断断自自我我更更新新，只只有有当当机机体体能能源源物物质质糖糖类类、脂脂类类

11、严严重消耗时，蛋白质才表现为大量分解供能。重消耗时，蛋白质才表现为大量分解供能。殊途同归：殊途同归：三大物质代谢分解途径虽不相同，但三大物质代谢分解途径虽不相同，但彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到TCA循环循环中，中，所以所以TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧化的一条共同途径化的一条共同途径。 代谢的调节控制高等生物高等生物 三级水平代谢调节三级水平代谢调节细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢调节激素水平代谢调节高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内分泌细胞及内分泌

12、器官，其分泌的激素可对其他细胞发分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。挥代谢调节作用。整体水平代谢调节（神经系统调节）整体水平代谢调节（神经系统调节）在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。调而对机体代谢进行综合调节。三、调节模式三、调节模式 代谢的调节控制 1.1.细胞水平的代谢调节细胞水平的代谢调节

13、细胞水平的代谢调节主要是细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节酶水平的调节。 细胞内酶呈隔离分布。细胞内酶呈隔离分布。 代谢途径的速度、方向由其中的代谢途径的速度、方向由其中的关键酶关键酶( (key enzyme)的活性决定。的活性决定。 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。实现的。 代谢的调节控制（一）细胞内酶的隔离分布（一）细胞内酶的隔离分布代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域细胞的某一区域 。 代谢的调节控制代谢途径的区域化概念：代谢途径的区域化概念：代谢途径的有关代谢途径的有关酶类

14、，常常组成酶系，分布于细胞的某一酶类，常常组成酶系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同代谢途径在区域或亚细胞结构中，使不同代谢途径在不同细胞内进行。不同细胞内进行。区域化的意义：区域化的意义：区域化的存在显著影响真区域化的存在显著影响真核细胞的代谢情况，有利于代谢的调节。核细胞的代谢情况，有利于代谢的调节。例如：脂肪酸的分解与合成例如：脂肪酸的分解与合成（专一性专一性） 代谢的调节控制酶或酶系酶或酶系所在区域所在区域酶或酶系酶或酶系所在区域所在区域糖酵解酶系糖酵解酶系TCA酶系酶系磷酸戊糖途径酶磷酸戊糖途径酶系系脂肪酸脂肪酸氧化酶系氧化酶系脂肪酸合成酶系脂肪酸合成酶系尿素合成酶系尿素合

15、成酶系胞浆胞浆线粒体线粒体胞浆胞浆线粒体线粒体胞浆胞浆线粒体和胞线粒体和胞浆浆蛋白质合成酶蛋白质合成酶系系DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶水解酶类水解酶类粗面内质粗面内质网网细胞核细胞核细胞核细胞核溶酶体溶酶体真核细胞内某些酶的区域化分布 代谢的调节控制膜结构对代谢的调控作用膜结构对代谢的调控作用1 1、把细胞分割成多个区域，有利于酶促反、把细胞分割成多个区域，有利于酶促反应进行，应进行，防止相互干扰防止相互干扰；2 2、使细胞能有选择地与环境进行更有意义、使细胞能有选择地与环境进行更有意义的物质交换，有利于对不同分隔区的代谢的物质交换，有利于对不同分隔区的代谢反应的调节；反应的调节；3

16、3、使细胞能更敏感的识别环境的变化，在、使细胞能更敏感的识别环境的变化，在膜上形成的各种受体及信息转换体系是细膜上形成的各种受体及信息转换体系是细胞感知内外环境变化的重要物质基础；胞感知内外环境变化的重要物质基础； 代谢的调节控制4 4、调节能量的分配和转换；、调节能量的分配和转换；5 5、各种细胞活动包括细胞分化、细胞分裂、各种细胞活动包括细胞分化、细胞分裂、细胞融合乃至细胞的运动等都与细胞膜的细胞融合乃至细胞的运动等都与细胞膜的变化有关；变化有关；6 6、虽然不同代谢途径在细胞不同部位进行，、虽然不同代谢途径在细胞不同部位进行，但不是彼此孤立、互不相关。如一个亚细但不是彼此孤立、互不相关。

17、如一个亚细胞结构中的某一代谢途径的产物是另一亚胞结构中的某一代谢途径的产物是另一亚细胞结构中代谢途径的底物。细胞结构中代谢途径的底物。 代谢的调节控制 速度最慢速度最慢，它的活性决定整个代谢途径的总速度，它的活性决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶故又称其为限速酶(limiting velocity enzymes)。 催化单向反应或非平衡反应催化单向反应或非平衡反应，它的活性决定整个代，它的活性决定整个代谢途径的方向。谢途径的方向。 这类酶活性除受这类酶活性除受底物控制底物控制外，还受外，还受多种代谢物或效多种代谢物或效应剂应剂的调节。的调节。关键酶催化的反应具有以下特点：关键酶催化的

18、反应具有以下特点：物质代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速物质代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的度及方向由其中的关键酶关键酶决定决定 。2. 2. 酶活性的调节酶活性的调节 代谢的调节控制 快速调节快速调节 迟缓调节迟缓调节数秒、数分钟数秒、数分钟通过改变酶的结构通过改变酶的结构数小时、几天数小时、几天通过改变酶的含量通过改变酶的含量 变构调节变构调节(allosteric regulation)化学修饰调节化学修饰调节(chemical modification) 代谢调节代谢调节主要主要是通过对是通过对关键酶活性关键酶活性的调节的调节而实现的。而实现的。 代谢的调节控制（

19、二）酶活性的调节（二）酶活性的调节酶原激活酶原激活酶的非共价修饰调节酶的非共价修饰调节酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节 代谢的调节控制 1.酶原的活化酶原的活化 代谢的调节控制变构调节的概念变构调节的概念小小分分子子化化合合物物与与酶酶分分子子活活性性中中心心以以外外的的某某一一部部位位特特异异结结合合，引引起起酶酶蛋蛋白白分分子子构构象象变变化化，从从而而改改变变酶酶的的活活性性，这这种种调调节节称称为酶的为酶的变构调节或别构调节变构调节或别构调节。2.2.关键酶的变构调节关键酶的变构调节 代谢的调节控制被调节的酶称为被调节的酶称为变构酶或别构酶变构酶或别构酶( (allosteric en

20、zyme) )使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂( (allosteric effector) ) 变构激活剂变构激活剂 allosteric effector 引起酶活性增加的变构效应剂。引起酶活性增加的变构效应剂。 变构抑制剂变构抑制剂 allosteric effector 引起酶活性降低的变构效应剂。引起酶活性降低的变构效应剂。 代谢的调节控制变构调节的机制变构调节的机制变构酶变构酶催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基变构效应剂：变构效应剂：底物、终产物底物、终产物其他小分子代谢物其他小分子代谢物 代谢的调节控制变构效应剂变构效应剂 + + 酶的调

21、节亚基酶的调节亚基( (非共价键）非共价键）酶的构象改变酶的构象改变酶的活性改变酶的活性改变（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亚基聚合亚基聚合紧密紧密亚基解聚亚基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化 代谢的调节控制果糖果糖-1，6-二磷酸酶：紧密型二磷酸酶：紧密型(T型、高活型、高活性性)与松弛型与松弛型(R型、低活性型、低活性) 代谢的调节控制乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶 代谢的调节控制 变构调节的生理意义变构调节的生理意义代谢终产物反馈抑制代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。乙酰乙酰CoA 乙酰

22、乙酰CoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoA长链脂酰长链脂酰CoA 代谢的调节控制变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P+ +糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合酶糖原合酶促进糖的储存促进糖的储存 代谢的调节控制变构调节使不同的代谢途径相互协调。变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸柠檬酸+ +6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成 代谢的调节控制3.3.酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节化学修饰的概念化学修饰的概念酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上某某些些残残

23、基基在在酶酶的的催催化化下下发发生生可可逆逆的的共共价价修修饰饰(covalent modification)，从从而而引引起起酶酶活活性性改改变变，这这种种调调节节称称为为酶酶的的化化学修饰学修饰。 代谢的调节控制化学修饰的主要方式化学修饰的主要方式磷酸化磷酸化 - - - - - - 去磷酸去磷酸乙酰化乙酰化 - - - - - - 脱乙酰脱乙酰甲基化甲基化 - - - - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - - - - 脱腺苷脱腺苷 SH 与与 S S 互变互变 代谢的调节控制酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋

24、白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白 代谢的调节控制 化学修饰的特点化学修饰的特点酶酶蛋蛋白白的的共共价价修修饰饰是是可可逆逆的的酶酶促促反反应应，在在不不同同酶酶的的作作用用下下，酶酶蛋蛋白白的的活活性性状状态态可可互互相相转转变变。催催化化互互变变反反应应的的酶酶在在体体内内可可受受调调节节因素如激素的调控。因素如激素的调控。具有具有放大效应放大效应，效率较变构调节高。，效率较变构调节高。磷酸化与脱磷酸是最常见的方式磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。 同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调

25、节。 代谢的调节控制磷酸化酶磷酸化酶b(AMP和和Pi 变构激活，变构激活，ATP和和G-6-P变构抑制变构抑制 代谢的调节控制3 3 酶量的调节酶量的调节 酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合成的化合物称为加速酶合成的化合物称为诱导剂诱导剂(inducer)减少酶合成的化合物称为减少酶合成的化合物称为阻遏剂阻遏剂( (repressor) ) 代谢的调节控制 常见的诱导或阻遏方式常见的诱导或阻遏方式 底物对酶合成的诱导和阻遏底物对酶合成的诱导和阻遏 产物对酶合成的阻遏产物对酶合成的阻遏 激素对酶合成的诱导激素对酶合成的诱导 药物对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导 代谢的调节控制

26、 酶蛋白降解酶蛋白降解溶酶体溶酶体蛋白酶体蛋白酶体 释放蛋白水解酶，降解蛋白质释放蛋白水解酶，降解蛋白质 泛素识别、结合蛋白质；泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质蛋白水解酶降解蛋白质通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。节酶的含量。 代谢的调节控制二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节信号转导信号转导 代谢的调节控制 代谢的调节控制激素激素什么是激素？什么是激素？激素是生物体内特定细胞产生的的对某些激素是生物体内特定细胞产生的的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。在靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。在机体的代谢过程或生理过程起调控

27、作用。机体的代谢过程或生理过程起调控作用。协调组织与组织之间或器官与器官之间代协调组织与组织之间或器官与器官之间代谢平衡的一类活性物质。谢平衡的一类活性物质。 代谢的调节控制1，含量少；在生物体某特定组织细胞产生；，含量少；在生物体某特定组织细胞产生；2，通通过过体体液液的的运运动动被被输输送送到到其其他他组组织织中中发发挥挥作用；作用；3，作作用用很很大大，效效率率高高，在在新新陈陈代代谢谢中中起起调调节节控制作用。控制作用。在医疗上，激素也是一类重要药物。在医疗上，激素也是一类重要药物。激素具有以下几个特点：激素具有以下几个特点： 代谢的调节控制激素的分类激素的分类在在生生物物激激素素中中

28、，动动物物激激素素最最为为重重要要。植植物物激激素素主要为植物生长调节剂。主要为植物生长调节剂。根根据据激激素素的的化化学学结结构构和和调调控控功功能能，一一般般可可以以分分为三类为三类 （1 1）含含氮氮激激素素。包包括括蛋蛋白白质质激激素素、多多肽肽激激素素、氨基酸衍生物激素等。氨基酸衍生物激素等。（2 2）类类固固醇醇激激素素。性性腺腺和和肾肾上上腺腺皮皮质质分分泌泌的的激素大多数是类固醇激素。激素大多数是类固醇激素。（3 3）脂脂肪肪酸酸衍衍生生物物激激素素。主主要要由由生生殖殖系系统统及及其它组织分泌产生。其它组织分泌产生。 代谢的调节控制激素对代谢的调节激素对代谢的调节（一）激素通

29、过细胞膜受体而起作用（一）激素通过细胞膜受体而起作用氨基酸、肽、蛋白质类激素氨基酸、肽、蛋白质类激素1 1、激素与膜上的受体结合、激素与膜上的受体结合2 2、cAMPcAMP的生成的生成( (第二信使第二信使) )3. 3. 级联放大作用级联放大作用 代谢的调节控制蛋蛋白白质质激激素素的的作作用用机机制制第第二二信信使使学学说说 代谢的调节控制激素对代谢的调节激素对代谢的调节（二）激素通过细胞内受体起作用（二）激素通过细胞内受体起作用 类固醇激素对代谢的调节不是改变酶的类固醇激素对代谢的调节不是改变酶的活性，而是通过作用于基因系统改变蛋白活性，而是通过作用于基因系统改变蛋白质的合成，从而调节生

30、物效应。质的合成，从而调节生物效应。 代谢的调节控制节首 代谢的调节控制（一）饥饿（一）饥饿糖原消耗糖原消耗血糖趋于降低血糖趋于降低胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少胰高血糖素胰高血糖素分泌增加分泌增加 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化1. 短期饥饿（短期饥饿（13天）天）三、整体水平的代谢调节三、整体水平的代谢调节 代谢的调节控制 （1）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化肌蛋白分解加强，氨基酸异生成糖肌蛋白分解加强，氨基酸异生成糖（2）糖代谢变化）糖代谢变化 糖异生加强，糖异生加强，肝糖异生的主要原肝糖异生的主要原料为氨基酸和乳酸料为氨基酸和乳酸组织对脂肪酸和酮体利用增加，组织对脂肪酸和酮体利

31、用增加，对葡萄糖利用降低对葡萄糖利用降低（3）脂代谢变化）脂代谢变化 脂肪动员加强，酮体生成增多脂肪动员加强，酮体生成增多 代谢的调节控制2. 长期饥饿长期饥饿（1）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化 肌蛋白质分解减少肌蛋白质分解减少（2）糖代谢变化）糖代谢变化肾糖异生增强肾糖异生增强糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸（3）脂代谢变化）脂代谢变化脂肪动员进一步加强脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加脑组织利用酮体增加 代谢的调节控制（二）应（二）应 激激1. 1. 概念概念应应激激(stress)指指人人体体受受到到一一些些异异乎乎寻寻常常的的刺刺激激，如如创创伤伤、剧剧

32、痛痛、冻冻伤伤、缺缺氧氧、中中毒毒、感感染染及及剧剧烈烈情情绪绪波波动动等等所所作作出出一一系系列列反应的反应的“ “ 紧张状态紧张状态 ” ”。 代谢的调节控制2. 机体整体反应机体整体反应交感神经兴奋交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素胰高血糖素、生长激素增加，、生长激素增加，胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化 代谢的调节控制3. 代谢改变代谢改变（1） 血糖升高血糖升高肝糖原分解增强肝糖原分解增强，糖异生增强，周糖异生增强，周围组织对糖利用降低围组织对糖利用降低（2） 脂肪动员增强脂肪动员增强（3）蛋白质分解加

33、强）蛋白质分解加强 代谢的调节控制第二节第二节 反馈调节反馈调节一、一、 前馈与反馈前馈与反馈前馈前馈代谢底物浓度的的调节代谢底物浓度的的调节反馈反馈终产物终产物的调节作用的调节作用代谢途径中的终产物对代谢速度的影响，这种影代谢途径中的终产物对代谢速度的影响，这种影响是通过对某种酶活性的影响来实现的，大多数响是通过对某种酶活性的影响来实现的，大多数情况下位代谢途径中的情况下位代谢途径中的第一个酶第一个酶。避免了中间产。避免了中间产物的积累。物的积累。细胞内的反馈调节中，广泛存在负反馈，正反馈细胞内的反馈调节中，广泛存在负反馈，正反馈的例子不多。的例子不多。 代谢的调节控制二、反二、反馈抑制的方

34、式馈抑制的方式1) 线性反馈线性反馈: :反馈抑制的基本方式反馈抑制的基本方式 直接反馈抑制和连续反馈抑制直接反馈抑制和连续反馈抑制2) 2) 分支代谢反馈分支代谢反馈: :原核生物中重要调控原核生物中重要调控方式方式 特点特点: :每一个分支途径的终产物常常控制每一个分支途径的终产物常常控制分分支后的第一个酶支后的第一个酶，同时每一个终产物又对，同时每一个终产物又对整整个途径的第一个酶个途径的第一个酶有部分抑制作用。有部分抑制作用。 代谢的调节控制分支反馈调节几种类型分支反馈调节几种类型(P257)(1)多价反多价反馈抑制馈抑制(2)协同协同反反馈抑制馈抑制(3)累积累积反反馈抑制馈抑制(4

35、)合作合作反反馈抑制馈抑制(5)顺序顺序反反馈抑制馈抑制 代谢的调节控制反反馈调节的机制馈调节的机制1)变构酶调节变构酶调节-反反馈的普遍机制馈的普遍机制2)同工酶调节同工酶调节-对环境及代谢变化的一对环境及代谢变化的一种适应机制种适应机制3)多功能酶调节多功能酶调节-更灵活的更灵活的调节调节机制机制 代谢的调节控制第三节第三节 诱导与阻遏诱导与阻遏1 1、酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物）、酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物）酶生物合成的诱导酶生物合成的诱导: :某些物质某些物质( (诱导物诱导物) )能促能促进细胞内酶的生物合成进细胞内酶的生物合成. .酶生物合成的阻遏酶生物合成的阻遏: :

36、某些代谢产物能阻止细某些代谢产物能阻止细胞内某种酶的生物合成胞内某种酶的生物合成. .操纵子学说操纵子学说2 2、酶的降解、酶的降解酶降解速度的增加也使酶的含量减少酶降解速度的增加也使酶的含量减少. . 代谢的调节控制大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源而生长繁殖，当培养基中含有葡伯糖等作为碳源而生长繁殖，当培养基中含有葡萄糖和乳糖时，细菌优先使用葡萄糖，当葡萄糖萄糖和乳糖时，细菌优先使用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间所以适应，就耗尽，细菌停止生长，经过短时间所以适应，就能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长。能利用乳

37、糖，细菌继续呈指数式繁殖增长。 代谢的调节控制 代谢的调节控制操纵子概念操纵子概念在在DNADNA分子的不同区域分布着一个调节基因分子的不同区域分布着一个调节基因和一个和一个操纵子操纵子，一个操纵子包括一个，一个操纵子包括一个操纵操纵基因基因，一群功能相关的，一群功能相关的结构基因结构基因，以及在，以及在调节基因和操纵基因之间专管转录起始的调节基因和操纵基因之间专管转录起始的启动基因启动基因。 代谢的调节控制大肠杆菌利用乳糖至少需要需要两个酶：大肠杆菌利用乳糖至少需要需要两个酶：促使促使乳糖进入细菌的乳糖透过酶乳糖进入细菌的乳糖透过酶(lactose permease)(lactose per

38、mease)和催化乳糖分解第一步的和催化乳糖分解第一步的b b 半乳糖苷酶半乳糖苷酶(b -(b -galactosidase)galactosidase)。在环境中没有乳糖或其他在环境中没有乳糖或其他b -b -半乳糖苷时，大半乳糖苷时，大肠杆菌合成肠杆菌合成b -b -半乳糖苷酶量极少，加入乳糖半乳糖苷酶量极少，加入乳糖2-32-3分钟后，细菌大量合成分钟后，细菌大量合成b -b -半乳糖苷酶，其量可提半乳糖苷酶，其量可提高千倍以上，在以乳糖作为唯一碳源时，菌体内高千倍以上，在以乳糖作为唯一碳源时，菌体内的的b -b -半乳糖苷酶量可占到细菌总蛋白量的半乳糖苷酶量可占到细菌总蛋白量的3%3

39、%。在。在上述二阶段生长细菌利用乳糖再次繁殖前，也能上述二阶段生长细菌利用乳糖再次繁殖前，也能测出细菌中测出细菌中b -b -半乳糖苷酶活性显著增高的过程。半乳糖苷酶活性显著增高的过程。这种典型的诱导现象，是研究基因表达调控极好这种典型的诱导现象，是研究基因表达调控极好的模型。的模型。 代谢的调节控制针对大肠杆菌利用乳糖的适应现象，法国针对大肠杆菌利用乳糖的适应现象，法国的的JocobJocob和和MonodMonod等人做了一系列遗传学和等人做了一系列遗传学和生化学研究实验，于生化学研究实验，于19611961年提出年提出乳糖操纵乳糖操纵子（子（laclac operon operon）学说

40、。）学说。 代谢的调节控制其他原核生物基因调控也有类似的操纵元其他原核生物基因调控也有类似的操纵元组织，操纵元是原核基因表达调控的一种组织，操纵元是原核基因表达调控的一种重要的组织形式，大肠杆菌的基因多数以重要的组织形式，大肠杆菌的基因多数以操纵元的形式组成基因表达调控的单元。操纵元的形式组成基因表达调控的单元。 代谢的调节控制几个概念几个概念:操纵子操纵子：原核细胞中，功能相关的基因和控制它的：原核细胞中，功能相关的基因和控制它的基因组织在一起完成协同表达的单位。它通常用来基因组织在一起完成协同表达的单位。它通常用来精确控制基因表达的产物即参与分解代谢和合成代精确控制基因表达的产物即参与分解

41、代谢和合成代谢的酶系。谢的酶系。启动子启动子: :存在于结构基因之前的不被转录的一段存在于结构基因之前的不被转录的一段DNADNA序列，它具有序列，它具有RNARNA聚合酶的结合识别位点，对基因的聚合酶的结合识别位点，对基因的转录起始是必需的转录起始是必需的, ,并对转录起一定调节作用。启动并对转录起一定调节作用。启动子发生突变会影响操纵子中的全部基因的表达。在子发生突变会影响操纵子中的全部基因的表达。在一个操纵子中，启动子常相邻于操纵基因或位于之一个操纵子中，启动子常相邻于操纵基因或位于之上游。上游。 代谢的调节控制操纵基因操纵基因：相邻于一个结构基因或一组结构基因，：相邻于一个结构基因或一

42、组结构基因，控制该基因或该组基因转录的基因。它可与特殊控制该基因或该组基因转录的基因。它可与特殊的调节蛋白相互作用从而控制相邻基因的表达。的调节蛋白相互作用从而控制相邻基因的表达。结构基因结构基因：任何一个编码蛋白质或：任何一个编码蛋白质或RNA产物的基产物的基因均为结构基因。因均为结构基因。调节基因调节基因：编码一个蛋白质的结构基因对其它基：编码一个蛋白质的结构基因对其它基因表达行使调节的基因。为结构基因的一种，但因表达行使调节的基因。为结构基因的一种，但并不是所有编码的蛋白质均有调节作用。并不是所有编码的蛋白质均有调节作用。阻遏蛋白阻遏蛋白：是一种蛋白质分子，由调节基因产生，：是一种蛋白质

43、分子，由调节基因产生，它自身或与其它蛋白分子相结合通过抑制操纵子它自身或与其它蛋白分子相结合通过抑制操纵子中的操纵基因阻止起操纵子中结构基因的表达或中的操纵基因阻止起操纵子中结构基因的表达或合成。合成。 代谢的调节控制 代谢的调节控制 代谢的调节控制 代谢的调节控制操纵子类型操纵子类型1 1、诱导型操纵子、诱导型操纵子 乳糖操纵子乳糖操纵子2 2、阻遏型操纵子、阻遏型操纵子 色氨酸操纵子色氨酸操纵子 代谢的调节控制乳糖操纵子的认识乳糖操纵子的认识1.包括三个结构基因包括三个结构基因z、y、a，呈多顺反子结构，呈多顺反子结构2.操操纵纵基基因因o是是阻阻遏遏蛋蛋白白的的结结合合位位点点，当当阻阻

44、遏遏蛋蛋白白与操纵基因结合时，与操纵基因结合时，lac mRNA的转录受阻的转录受阻3.调节基因调节基因i编码阻遏蛋白与编码阻遏蛋白与o基因结合基因结合4.启启动动基基因因P位位于于I与与o之之间间，其其上上游游还还有有一一个个CAP(降降解解物物基基因因活活化化蛋蛋白白,由由CAP基基因因编编码码)结结合合位位点点，由由p、o和和CAP结结合合位位点点共共同同调调节节lac操操纵纵子子的的调调控区控区 代谢的调节控制ayzopi结构基因结构基因控制位点控制位点调节基因调节基因乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型ayzopioCAP与cAMP形成复合物，结合在lac operon的启动基因上，促进转录

45、的进行。cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。启启 操操 代谢的调节控制乳乳糖糖操操纵纵子子的的负负调调控控调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）基基 因因 关关 闭闭启启动动子子ORPLacZLacYLacA调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子ORmRNAZ mRNAY mRNAA 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（无活性） 基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳

46、糖 阻遏蛋白（有活性）阻遏蛋白（有活性） 代谢的调节控制 代谢的调节控制 代谢的调节控制乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacAmRNAmRNAZmRNAYmRNAA基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCAPOCAP结结合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP - CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation prot

47、ein）降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活状态呈失活状态 代谢的调节控制 代谢的调节控制cAMP对转录的调控无葡萄糖：无葡萄糖：cAMP (促进转录）促进转录）有葡萄糖：有葡萄糖：cAMP (不促进转录）不促进转录）cAMPcAMPCAP蛋白cAMP CAP复合物复合物正调控 代谢的调节控制关于乳糖操纵子的几点补充：1 1 阻遏蛋白对于阻遏蛋白对于LacOLacO的结合并非经久不衰，的结合并非经久不衰，而是有一个而是有一个10-20min10-20min的半衰期。虽然的半衰期。虽然LacOLacO处于游离状态的时间极短，但有时处于游离状态的时间极短，但有时RNARNA聚合聚合酶抓住这一时

48、机进行一次转录。酶抓住这一时机进行一次转录。 本底表达产生的乳糖分解代谢相关酶类本底表达产生的乳糖分解代谢相关酶类中的半乳糖苷酶起到了巡逻的作用。中的半乳糖苷酶起到了巡逻的作用。 代谢的调节控制2 LacI2 LacI基因为组成型的，不受任何阻遏蛋基因为组成型的，不受任何阻遏蛋白控制，只受自身启动子强度的控制。白控制，只受自身启动子强度的控制。LacILacI转录水平较低，导致本底表达。转录水平较低，导致本底表达。3 O P3 O P重叠，但阻遏蛋白和重叠，但阻遏蛋白和RNARNA聚合酶有各聚合酶有各自的结合位点，并不相互重叠，而是相邻。自的结合位点，并不相互重叠，而是相邻。由于两种蛋白分子都

49、很大，所以阻遏蛋白由于两种蛋白分子都很大，所以阻遏蛋白的结合从空间上妨碍了的结合从空间上妨碍了RNARNA聚合酶对聚合酶对-10-10区区的结合。的结合。4 4 诱导物被代谢完毕后，一个阻遏蛋白四诱导物被代谢完毕后，一个阻遏蛋白四聚体迅速回到聚体迅速回到LacOLacO上，关闭基因的表达。上，关闭基因的表达。 代谢的调节控制ABCDEopLatrpRtrpPtrpO trpE trpD trpC trpB trpAE. coli 色氨酸操纵子模型Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子衰减子所引起的衰减调节。 代谢的调节控制 代谢的调节控制第四节第四节 代谢调控在工业上的实践意义代谢调控在工业上的实践意义1.酶活性调节在工业上的应用酶活性调节在工业上的应用1)降低终产物浓度降低终产物浓度2)利用抗代谢产物类似物利用抗代谢产物类似物关键酶的脱敏作用关键酶的脱敏作用3)增大细胞膜通透性增大细胞膜通透性使代谢产物易于转运到胞外使代谢产物易于转运到胞外4)控制发酵条件控制发酵条件使产品定向生成使产品定向生成2.酶合成在工业上的应用酶合成在工业上的应用1)筛选调控基因突变的突变株筛选调控基因突变的突变株解除阻遏作用解除阻遏作用2)增加遗传学的数量和种类增加遗传学的数量和种类提高基因表达能力提高基因表达能力 代谢的调节控制