代谢的调节控制解析课件.ppt

1、第十三章第十三章 代谢的调节控制代谢的调节控制本章要点本章要点n代谢之间的联系代谢之间的联系 n反馈调节反馈调节n诱导与阴遏机制：操纵子学说诱导与阴遏机制：操纵子学说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 节节一、物质代谢的特点一、物质代谢的特点 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1、物质代谢的整体、物质代谢的整体 性性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、方向和速度内外环境内外环境不断

2、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2、机体物质代谢不断受到精细调节、机体物质代谢不断受到精细调节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n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5、ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式是机体储存能量和消耗能量的共同形式营养物营养物分解分解释放释放

3、能量能量ADP+PiATP直直接接供供能能6、NADPH提供合成代谢所需的还原当量提供合成代谢所需的还原当量n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六、六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量提供合成代谢所需的还原当量二、物质代谢的相互联系二、物质代谢的相互联系在能量代谢上的相互联系在能量代谢上的相互联系三三大营养素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。一般一般

4、供能以糖、脂为主供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。，并尽量节约蛋白质的消耗。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。制和节约其他物质的降解。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）（糖分解代谢限速酶之一）例如例如（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 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

5、成糖原储存（肝、肌肉）2.脂肪的甘油部分能在体内转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糖代谢与脂代谢间的联系糖代谢与脂代谢间的联系 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙酮酸丙酮酸甘油甘油乙酰辅酶乙酰辅酶A A脂肪酸脂肪酸脂脂肪肪-甘油磷酸甘油磷酸磷酸

6、二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖糖脂肪酸脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A琥珀酸琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸-氧化氧化乙醛酸乙醛酸循环循环TCATCA循环循环COCO2 2+H+H2 2O O糖尿病糖尿病 ：脂肪脂肪酮体酮体 在血液中产生在血液中产生酸中毒或到达肌酸中毒或到达肌肉中提供能源肉中提供能源在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况。在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况。脂肪脂肪糖糖乙酰乙酸乙酰乙酸丙丙 酮酮-羟丁酸羟丁酸（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脱氨基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，生成相应大部分氨基酸脱氨基后

7、，生成相应的的-酮酸，可转变为糖。酮酸，可转变为糖。2.糖代谢的中间产物可氨基化生成糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸某些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联系 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。

8、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草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸氨基酸氨基酸脂类代谢与蛋白质代谢的关系脂类代谢与蛋白质代谢的关系脂类分子中的甘油脂类分子中的甘油 丙酮酸丙酮酸 脂类与蛋白质之间可以相互转化：脂类与蛋白质之间可以相互转化：蛋蛋白白质质甘油甘油生酮氨基酸生酮氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸乙酰乙酸脂肪酸脂肪酸丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A丙二酸单酰丙二酸单酰辅酶辅酶A A脂肪脂肪 脂类分解过程中产生较多的能量，可作为

9、体内贮藏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。能量的物质。脂肪酸脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A-氧化氧化TCATCA循环循环草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸 苹果酸苹果酸 氨基酸氨基酸琥珀酸琥珀酸乙醛酸循环乙醛酸循环 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（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糖糖类类脂脂类类氨氨基基酸酸和和核核苷苷酸酸之之间间的的代代谢谢联联系系PEP丙

10、酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸丝氨酰丝氨酰苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草

11、酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖、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n相互转变、相互制约、殊途同归相互转变、相互制约、殊途同归n相互转

12、变：相互转变：指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢中间产物中间产物丙酮酸、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相互联系起来，可以相互转变。起来，可以相互转变。n相互制约：相互制约：指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由糖类的代谢强度糖类的代谢强度决定。当糖类供应充足时，糖类在体内决定。当糖类供应充足时，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大量氧化分解供能，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，脂类可大量分解供能，蛋定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分

13、解供能，蛋白质也有供能作用。白质也有供能作用。n殊途同归：殊途同归：三大物质代谢分解途径虽不相同，但彻底氧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化为水和二氧化碳最终汇合到TCATCA循环循环中，所以中，所以TCATCA循环循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧化的一条是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧化的一条共同途径共同途径。n物质代谢相互转变、相互制约、殊途同归物质代谢相互转变、相互制约、殊途同归高等生物高等生物 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神经系统调节神经系统调节（整体水平代谢调节）（整体水平代谢调节）三

14、、调节模式三、调节模式(一一)细胞水平的调节细胞水平的调节n代谢途径的区域化代谢途径的区域化n酶活性的调节酶活性的调节n酶量的调节酶量的调节1、区域定位的调节、区域定位的调节n 概念：概念：代谢途径的有关酶类，常常组成酶系，代谢途径的有关酶类，常常组成酶系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不不同代谢途径同代谢途径在在不同细胞部分内不同细胞部分内进行。进行。n 区域化的意义：区域化的意义：区域化的存在显著影响真核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。例如：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脂肪酸的分解与合成真

15、核细胞内某些酶的区域化分布真核细胞内某些酶的区域化分布2、酶活性的调节、酶活性的调节n酶原激活酶原激活n酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节n酶的非共价修饰调节酶的非共价修饰调节 1）酶原的活化）酶原的活化 2）酶活力的共价修饰调节）酶活力的共价修饰调节n定义定义：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分子上以子上以共价结合共价结合的方式的方式接上或脱去接上或脱去某种特殊某种特殊的的化学基团化学基团，从而引起，从而引起酶活力改变酶活力改变的过程。的过程。n类型类型：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙酰化去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，去乙酰化，甲基化甲基化/去甲基化等。去甲基化等。n

16、举例举例：糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶。n意义意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是：代谢作用中关键酶的共价修饰是级联级联放大放大的最终阶段。（特别是激素调节）。的最终阶段。（特别是激素调节）。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磷酸化酶的共价修饰调节磷酸化酶的共

17、价修饰调节 酶促化学修饰的特点酶促化学修饰的特点 (1)化学修饰酶一般都化学修饰酶一般都具有具有无活性无活性和和有活性有活性两两种形式，它们之间在种形式，它们之间在不同的酶不同的酶催化下可相互转变催化下可相互转变。酶受激素的调节。酶受激素的调节。（可控）（可控）(2)化学修饰由酶催化引起共价键的变化，化学修饰由酶催化引起共价键的变化，酶促反应具有级联放大效应。（酶促反应具有级联放大效应。（效率高效率高）(3)磷酸化与脱磷酸是最常见的。磷酸化与脱磷酸是最常见的。(经济有效经济有效)(4)许多化学修饰酶也同时受到变构调节，酶许多化学修饰酶也同时受到变构调节，酶的化学修饰和变构调节两者相辅相成。的化

18、学修饰和变构调节两者相辅相成。3）酶的非共价修饰调节）酶的非共价修饰调节n别构调节别构调节：小分子效应物非共价结合于酶的：小分子效应物非共价结合于酶的调节部位，从而改变酶的活性的现象。调节部位，从而改变酶的活性的现象。n别构效应别构效应有别构激活有别构激活（正协同效应）和（正协同效应）和别构别构抑制抑制（负协同效应）。（负协同效应）。n别构激活剂与别构抑制剂别构激活剂与别构抑制剂:代谢代谢底物底物往往是往往是别构别构激活剂激活剂，代谢，代谢产物产物往往是别构往往是别构抑制剂抑制剂。n某些重要代谢过程中的调节酶及其效应物。某些重要代谢过程中的调节酶及其效应物。变构效应剂变构效应剂 +酶的调节亚基

19、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 例：果糖例：果糖-1-1，6-6-二磷酸酶：紧密型二磷酸酶：紧密型(T(T型、高活性型、高活性)与松弛型与松弛型(R(R型、低活性型、低活性)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)酶蛋白降解酶蛋白降解 通过改变酶蛋白分子的降解

20、速度，也通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。能调节酶的含量。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（二）激素水平代谢调节（二）激素水平代谢调节 1、激素概念、激素概念n 激素激素是生物体内特定细胞产生的的对是生物体内特定细胞产生的的对某些靶细胞具有某些靶细胞具有特殊刺激作用特殊刺激作用的的微量物质微量物质。在机体的代谢过程或生理过程起在机体的代谢过程或生理过程起调控作用调控作用。协调组织与组织之间或器官与器官之间代协调

21、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。1）含量少含量少；在生物体某特定组织细胞产生；在生物体某特定组织细胞产生；2）通过）通过体液的运动体液的运动被输送到其他组织中发被输送到其他组织中发挥作用；挥作用；3）作用很大作用很大，效率高，在新陈代谢中起调，效率高，在新陈代谢中起调节控制作用。节控制作用。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。激素具有以下几个激素具有以下几个特点特点：2、激素的分类、激素的分类 在生物激素中，在生物激素中，动物激素动物激素最为重要。植物最为重要。植物激素主要为激素主要为植物生长调节剂植物生长调节剂。根据激素

22、的化学本质，分为三类根据激素的化学本质，分为三类 1 1）含）含氮氮激素。包括蛋白质激素、多肽激激素。包括蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。素、氨基酸衍生物激素等。2 2）类固醇类固醇激素。性腺和肾上腺皮质分泌激素。性腺和肾上腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素。的激素大多数是类固醇激素。3 3）脂肪酸脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系统衍生物激素。主要由生殖系统及其它组织分泌产生。及其它组织分泌产生。3、蛋白质激素的作用机制、蛋白质激素的作用机制 第二信使学说第二信使学说n激素通过激素通过细胞膜受体细胞膜受体而起作用而起作用n1 1）激素（第一信使）与膜上的受体结合）激素（第一信使）与膜上

23、的受体结合n2 2）cAMPcAMP的生成的生成(第二信使第二信使)n3 3）级联放大作用级联放大作用膜受体激素信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢膜受体激素信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢蛋白质激素的作用机制蛋白质激素的作用机制 第二信使学说第二信使学说4、类固醇激素的作用机制、类固醇激素的作用机制 调节基因表达调节基因表达n 激素通过激素通过细胞内受体细胞内受体起作用起作用n 类固醇激素对代谢的调节不是改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变酶的活性，而是通过作用于基因系统统改变蛋白质的合成改变蛋白质的合成，从而调节生物，从而调节生物效应。效应。激素通过胞内受体影响基因

24、转录调节细胞代谢激素通过胞内受体影响基因转录调节细胞代谢糖原消耗糖原消耗血糖趋于降低血糖趋于降低胰岛素胰岛素分泌减少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、直接调节直接调节：短期饥饿短期饥饿刺激刺激（三）神经系统调节（整体水平代谢调节）（三）神经系统调节（整体水平代谢调节）机体通过机体通过神经系统及神经神经系统及神经-体液体液途径整体调途径整体调节体内物质代谢节体内物质代谢（1）脂代谢变化）脂代谢变化脂肪动员加强脂肪动员加强，酮体生成增多，酮体生成增多（2）糖代谢变化）糖代谢变化 糖异生加强糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低组织对葡萄糖利用降低

25、（3）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化肌蛋白质分解加强，肌蛋白质分解加强，氨基酸异生成糖氨基酸异生成糖短期饥饿短期饥饿时时脂肪动员增加脂肪动员增加而减少糖的利用而减少糖的利用 交感神经兴奋交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质肾上腺髓质及皮质激素分泌增多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 2、间接调节：、间接调节：通过交感神经通过交感神经影响内分影响内分泌腺活动泌腺活动，从而引起激素分泌。，从而引起激素分泌。n代谢改变结果：代谢改变结果：1.血糖升高血糖升高2.脂肪动员增强脂肪动员增强3.蛋白质分解加强蛋白

26、质分解加强这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。肌释出丙氨酸等氨基酸增加。肌释出丙氨酸等氨基酸增加。高胰岛素血症高胰岛素血症是肥胖的重要特征，也是促进肥是肥胖的重要特征，也是促进肥胖形成的重要因素。胖形成的重要因素。肥胖者常可表现胰岛素抵抗和高胰岛素血症。肥胖者常可表现胰岛素抵抗和高胰岛素血症。肥胖者肥胖者糖代谢糖代谢表现异常。表现异常。肥胖者也存在肥胖者也存在脂代谢脂代谢异常。异常。例：肥胖者常表现例：肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱常和糖脂代谢的紊乱第二节第二

27、节 反反馈调节馈调节一、前馈与反馈一、前馈与反馈 1 1、前馈、前馈代谢底物浓度代谢底物浓度的的调节的的调节 2 2、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代谢途径中的终产物对代谢速度的影响是通过响是通过对某种酶活性对某种酶活性的影响来实现的。的影响来实现的。二、反二、反馈抑制的方式馈抑制的方式n1)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n2)2)分支代谢反馈分支代谢反馈:原核生物中重要调控方式原核生物中重要调控方式 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

28、分支后的第一个酶分支后的第一个酶，同时每一个终产物又对，同时每一个终产物又对整个途径的第一个酶整个途径的第一个酶有部分抑制作用。有部分抑制作用。分支反馈调节几种类型分支反馈调节几种类型n(1)多价反多价反馈抑制馈抑制n(2)协同协同反反馈抑制馈抑制n(3)累积累积反反馈抑制馈抑制n(4)合作合作反反馈抑制馈抑制n(5)顺序顺序反反馈抑制馈抑制三、反三、反馈调节的机制馈调节的机制n1)变构酶调节变构酶调节反反馈的普遍机制馈的普遍机制n2)同工酶调节同工酶调节对环境及代谢变化的对环境及代谢变化的一种适应机制一种适应机制n3)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第三节第三节 诱导

29、与阻遏诱导与阻遏n酶生物合成的诱导和阻遏酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物）（原核生物）n酶生物合成的酶生物合成的诱导诱导:某些物质某些物质(诱导物诱导物)能促进细胞内酶的生物合成。能促进细胞内酶的生物合成。n酶生物合成的酶生物合成的阻遏阻遏:某些代谢产物能阻某些代谢产物能阻止细胞内某种酶的生物合成。止细胞内某种酶的生物合成。一、基本概念一、基本概念:操纵子：操纵子：原核细胞中，功能相关的基原核细胞中，功能相关的基因和控制它的基因组织在一起完成协同表因和控制它的基因组织在一起完成协同表达的单位。一个操纵子包括一个达的单位。一个操纵子包括一个操纵基因操纵基因，一群功能相关的一群功能相关的结构基因结

30、构基因，以及在，以及在调节基调节基因因和和操纵基因操纵基因之间专管转录起始的之间专管转录起始的启动基启动基因因。一、基本概念一、基本概念:启动子启动子:存在于结构基因之前的存在于结构基因之前的不被转不被转录录的一段的一段DNADNA序列，它具有序列，它具有RNARNA聚合酶的结合聚合酶的结合识别位点识别位点，对基因的转录起始是必需的，对基因的转录起始是必需的,并并对转录起一定调节作用。对转录起一定调节作用。启动子发生突变启动子发生突变会会影响操纵子中的全部影响操纵子中的全部基因的表达基因的表达。在一个操。在一个操纵子中，纵子中，启动子常相邻于操纵基因启动子常相邻于操纵基因或位于之或位于之上游。

31、上游。操纵基因操纵基因：相邻于一个结构基因或相邻于一个结构基因或一组结构基因，控制该基因或该组基因转一组结构基因，控制该基因或该组基因转录的基因。它可录的基因。它可与特殊的调节蛋白相互作与特殊的调节蛋白相互作用用从而从而控制相邻基因的表达控制相邻基因的表达。结构基因结构基因：任何一个任何一个编码蛋白质或编码蛋白质或RNA产物产物的基因均为结构基因。的基因均为结构基因。调节基因调节基因：编码一个蛋白质的结构基因：编码一个蛋白质的结构基因对其它基因表达行使对其它基因表达行使调节的基因调节的基因。为结构基。为结构基因的一种，但并不是所有编码的蛋白质均有因的一种，但并不是所有编码的蛋白质均有调节作用。

32、调节作用。阻遏蛋白阻遏蛋白：是一种是一种蛋白质分子蛋白质分子，由，由调节调节基因产生基因产生，它自身或与其它蛋白分子相结合，它自身或与其它蛋白分子相结合通过抑制操纵子中的通过抑制操纵子中的操纵基因阻止起操纵子操纵基因阻止起操纵子中结构基因的表达或合成。中结构基因的表达或合成。二、操纵子模型：二、操纵子模型：1 1、诱导型操纵子：、诱导型操纵子：乳糖操纵子乳糖操纵子 通常通常基因是关闭基因是关闭的，即阻遏物与操纵基因的，即阻遏物与操纵基因结合。当有诱导物存在时，结合。当有诱导物存在时，诱导物与阻遏物结诱导物与阻遏物结合合，改变阻遏物构象，使之不能与操纵基因结，改变阻遏物构象，使之不能与操纵基因结

33、合，合，转录开始转录开始。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，通常通常基因是开放基因是开放的，即阻遏物不与操纵基的，即阻遏物不与操纵基因结合。当有辅阻遏物存在时，因结合。当有辅阻遏物存在时，辅阻遏物与阻辅阻遏物与阻遏物结合遏物结合，改变阻遏物构象，使之与操纵基因，改变阻遏物构象，使之与操纵基因结合，结合，转录关闭转录关闭。诱导型：诱导型：乳糖操纵子乳糖操纵子 当当没有乳糖没有乳糖时，时，lacIlacI基因产生的基因产生的阻遏蛋白阻遏蛋白，结合在操纵子结合在操纵子位点的位点的DNADNA序列上，序列上，阻止阻止RNARNA聚合聚合酶起始酶起始转录转录结构基因。结构基

34、因。当当有乳糖有乳糖时，时，乳糖作为诱导物与阻遏蛋白乳糖作为诱导物与阻遏蛋白结合结合，使其空间构型发生改变，而不能与操纵，使其空间构型发生改变，而不能与操纵子子DNADNA结合，这样结合，这样RNARNA聚合酶起始转录结构基因，聚合酶起始转录结构基因，产生乳糖代谢酶，开始代谢乳糖。产生乳糖代谢酶，开始代谢乳糖。阻遏蛋白是阻遏蛋白是负调控因子负调控因子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

35、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 乳糖乳糖 阻遏蛋白（有活性）阻遏蛋白（有活性）乳糖操纵子的降解物阻遏乳糖操纵子的降解物阻遏正调控正调控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCGP(CAP)OCAP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AT

36、PcAMP5-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cAMP CGP：降解物基因活化蛋白降解物基因活化蛋白CAP：环腺苷酸受体蛋白环腺苷酸受体蛋白降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活状态呈失活状态cAMP-CAP是正调控因子。是正调控因子。原核生物基因表达的调控阻遏型：阻遏型：色氨酸操纵子色氨酸操纵子 trptrp操纵子负责操纵子负责TrpTrp的合成，通常是的合成，通常是开放的开放的，调节基因的调节基因的产物使它关闭产物使它关闭，这种调控作用称为，这种调控作用称为可阻遏型的负调控可阻遏型的负调控。当细胞内当细胞内TrpTrp浓度较高浓度较高时，时，TrpT

37、rp与阻遏蛋白与阻遏蛋白结合，使它具有活性，从而与结合，使它具有活性，从而与trpOtrpO基因结合，基因结合，关闭转录关闭转录。当细胞内当细胞内TrpTrp浓度很低浓度很低时，阻遏遇蛋白上的时，阻遏遇蛋白上的TrpTrp解离出来，使阻遏蛋白失活，并失去与解离出来，使阻遏蛋白失活，并失去与trpOtrpO结合的能力，结合的能力，开启转录开启转录。酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏操操纵纵子子模模型型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂操纵基因操纵基因启动基因启动基因调节基因

38、调节基因结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基因阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达结构基因不表达诱导物诱导物诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合,结构基因可以表达结构基因可以表达阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达结构基因不表达代谢产物代谢产物AB

39、CDEopLatrpRtrpPtrpO trpE trpD trpC trpB trpAE.coli 色氨酸操纵子模型色氨酸操纵子模型 Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子衰减子所引起所引起的衰减调节。的衰减调节。真核生物基因表达的调节真核生物基因表达的调节 （多级调控方式）（多级调控方式）（1）转录前水平的调节）转录前水平的调节（2）转录水平的调节（主要）转录水平的调节（主要）（3）转录后水平的调节）转录后水平的调节（4）翻译水平的调节）翻译水平的调节（5）翻译后水平的调节）翻译后水平的调节第四节第四节 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 一

40、、酶活性调节在工业上的应用一、酶活性调节在工业上的应用1)1)降低终产物浓度降低终产物浓度2)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)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)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 二、酶合成在工业上的应用二、酶合成在工业上的应用1)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)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思考题 1、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的共同通路？质三大物质代谢的共同通路？2、试比较变构调节与化学修饰调节作用、试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？的异同？3、试以大肠杆菌乳糖操纵子说明酶合成、试以大肠杆菌乳糖操纵子说明酶合成的诱导和阻遏。的诱导和阻遏。4、名词解释、名词解释反馈抑制；共价修饰；第二信使；反馈抑制；共价修饰；第二信使；操纵子操纵子