代谢调节综述.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十五章 代谢调节综述,生物体内存在着相互联系，错综复杂的代谢过程。如果体内不存在调节和控制，各种代谢就会变得杂乱无章，生物也就不能存活。实际上，生物体内存在着调节控制，控制各种代谢有条不紊地进行。,代谢调节的内容及重要性,生物体内的代谢调节，在四种不同水平上进行。,酶的调节,激素的调节,神经的调节,代谢调节的内容,各种调节之间的关系,细胞代谢的调节，主要是通过控制酶的作用而实现的。这种酶水平的调节，是最基本的调节方式。激素和神经调节是随着生物进化、发展而完善起来的调节机制，但是它们仍然是通过,“,酶水平,”,的调节而发挥其作用。所有这些调节又受生物遗传因素的控制。,15.1,酶的调节,一、通过控制酶的生物合成调节代谢,酶合成的诱导和阻遏作用,分解代谢产物对酶合成的阻遏,二、通过控制酶活性调节代谢,抑制作用,活化作用,别构作用,共价修饰,三、相反单向反应对代谢的调节,四、酶的分布区域化对代谢的调节,（一）、酶合成的诱导和阻遏作用,一些分解代谢的酶类只在有关底物或底物类似物存在时才能诱导合成；,一些合成代谢的酶类在产物或产物类似物足够存在时，其合成被阻遏。,一、通过控制酶的生物合成调节代谢,1.,酶的诱导和阻遏,(induce and repression of enzyme),某些物质可以诱导细胞内产生诱导酶，这种作用叫做,酶的诱导生成作用,。,诱导酶,：是指当细胞中加入特定诱导物后诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是酶底物的,类似物,或,底物本身,。,例：,E.coli,可利用多种糖为碳源，当利用乳糖做碳源时，需要一个关键性的酶，,-,半乳糖苷酶，这个酶可将乳糖水解为半乳糖和,G,。而用乳糖作碳源时，开始,E.coli,几乎不能利用，,1-2,分钟后，此酶迅速增加上千倍。这是新的酶分子的合成，而不是原有酶分子的活化，它是由乳糖诱导生成的。因此，,-,半乳糖苷酶是个诱导酶。,诱导酶的例子,启动子,操纵子,操纵子模型示意图,操纵子的组成,操纵基因,(operator),：没有基因产物的基因，在,DNA,序列中它接近结构基因。有,阻遏蛋白,的,结合位置,，,是转录的开关，,控制,结构基因的转录,。,启动基因,(promotor),：（在调节基因和操纵基因之间），有,RNA,聚合酶的结合部位，启动,DNA,转录。,结构基因,(Structural gene),：可以转录出,mRNA,合成酶蛋白，决定蛋白质中的氨基酸顺序，或决定,mRNA,中核苷酸顺序的基因。,调节基因,(,regulator),：,负责阻遏蛋白的合成。,启动子,A.,酶生成的诱导作用机制,无诱导物时，阻遏蛋白和操纵基因结合后，阻挡了,RNA,聚合酶的作用，从而使结构基因表达受到抑制。,当诱导物存在时，诱导物和阻遏蛋白结合时，改变阻遏蛋白的构象，不能与操纵基因结合，于是,RNA,聚合酶起作用，使底物基因进行转录和翻译，生成酶蛋白。,B.,酶生成的阻遏作用机制,在没有代谢产物时，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，因而结构基因就转录翻译，生成酶蛋白。,当代谢产物存在时，代谢终产物和阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白构象发生变化，可与操纵基因结合，从而使结构基因不能进行转录，酶的生成受到阻遏。,3.,乳糖操纵子模型,（,诱导型操纵子,）,以,E.coli,乳糖操纵子为例，说明操纵子学说。,当把,E.coli,培养在仅含乳糖的培养液中，可以诱导产生利用乳糖的酶。,E coli,乳糖操纵子的结构基因,Z.Y.A,，可转录并翻译出利用乳糖的三个酶，,半乳糖苷酶,，,半乳糖苷透性酶,、,半乳糖苷转乙酰酶,。这里，乳糖是诱导物诱导这,3,种酶的合成，这,3,种酶就是诱导酶。,乳糖操纵子,半乳糖苷酶,半乳糖苷透性酶,半乳糖苷转乙酰酶,4.,色氨酸操纵子模型,（,阻遏型操纵子,）,色氨酸操纵子除了含有结构基因、操纵基因和启动子外，还有,1,个衰减子和,1,段前导序列。,一般情况，操纵子进行正常的转录和翻译，当,终产物,色氨酸过多时就会作为辅阻遏物和阻遏蛋白结合，使,无活性,的阻遏蛋白变为,有活性,的阻遏蛋白从而和操纵基因,结合,使操纵基因关闭，,5,个结构基因不能转录，,阻止,了有关酶的合成。,D,E,C,B,A,启动子,P,操纵基因,O,前导序列,L,衰减子,色氨酸操纵子,衰减子是一种更为精细的阻遏调节，是,DNA,中可导致转录过早终止的一段核苷酸序列。,色氨酸存在时，衰减子使转录水平降低或终止。,（二）、分解代谢产物对酶合成的阻遏,当反应中有其他产物时会抑制酶的生物合成。,如：当培养基中有葡萄糖和乳糖时，则优先利用葡萄糖，等葡萄糖耗尽再利用乳糖。这就是,葡萄糖效应,。,二、通过控制酶活性调节代谢,（一）抑制作用,简单抑制,：一种代谢产物在细胞内累积过多时由于物质作用定律的关系，可抑制其本身的形成，这种抑制酶本身结构没有变化。,反馈抑制,：指酶促反应终产物对酶活力的抑制。即一系列酶促反应的终产物对第一个酶起抑制作用。,反馈（,feedback,）是指反应系统中最终产物对初始步骤的,E,活力的控制作用。可分为正反馈和负反馈。,正反馈：终产物可以激活初始步骤的酶,负反馈：终产物可以抑制初始步骤的酶,前 馈：在反应系统中，反应物对后续反应的 酶的控制作用。,反馈抑制,CTP,利用率低，,CTP,浓度高，抑制天冬,aa,转氨甲酰酶的活力。,反馈、前馈是细胞中一种很巧妙的代谢调节方式。可避免反应中，反应物、产物过多积累和浪费，对生物体原料和能源的合理利用具有重要意义。,（二）活化作用,机体为了使代谢正常，通过增进酶活力的方式进行代谢调节。,如：对无活性的酶原通过切除一部分而激活其活性；对被抑制物抑制活性的酶用活化剂或抗抑制剂解除其抑制。,（三）别构调节,别构调节,allosteric regulation,：酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变,E,活性状态，称为,E,的别构调节。,由别构酶起作用调节代谢过程称别构调节。,具有这种调节作用的,E,称为别构酶,allosteric enzyme,。,别构效应分为：,正效应物,positive,：使酶活力增强。,负效应物,negative,：使酶活力降低。,别构酶,别构酶也称变构酶。这种酶除了有活性中心外，还有别构中心，当别构效应物非共价结合到别构中心上时，酶分子构象发生改变，从而改变酶活力。,当别构效应物与酶结合，大大有利于后续分子与酶的结合，使酶的活力增加，称为别构激活，也称为正协同；反之，称为别构抑制，或负协同。细胞可以通过酶的别构使酶活力升高或降低以调节其代谢。,别构酶的特点,：,1.,有多个亚基，都是寡聚酶；,2.,活性中心和别构中心位于,E,蛋白的不同部位，或处在不同亚基上，或在同一亚基上的不同部位；,3.,活性中心负责对底物的结合与催化，别构中心则负责调节酶的反应速度。,4.,不遵循米氏方程。,符合米氏方程酶的双曲线,正协同别构酶的,S,型曲线,负协同别构酶的双曲线,别 构 酶 的 动 力 学 曲 线,正协同的别构酶结合底物或变构剂后，构像的变化使酶对底物的亲合力大大增强。,负协同的别构酶与变构抑制剂结合后，在底物浓度较低的范围内酶活性增加较快，但底物浓度升高后，催化速率并不显著增加，这意味着高浓度的低物并不能形成高浓度的产物。,别构效应物,：,1.,激素；,2.,底物、产物或代谢途径的最终产物；,3.,与该代谢酶系有关的辅酶及核苷酸类化合物。,（四）共价修饰,(covalent modification),定义：,酶蛋白,在另一种酶的催化下，在其分子上以共价结合的方式接上或脱去某种特殊的化学基团，从而引起酶活力改变的过程。这类酶为,共价修饰酶,。,类型：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),举例：,糖原磷酸化酶,和,糖原合酶,意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是,级联放大,的最终阶段。（特别是激素调节）,糖原磷酸化酶,磷酸化酶,磷酸化酶,b:,该酶本身无活性,当磷酸化酶,b,活性中心的丝氨酸残基被,磷酸化,后，即形成,高活性磷酸化酶,a,。,由磷酸化酶,b,转化为活化形式,a,的反应,被磷酸化酶激酶所催化,而,磷酸化酶,a,去活化（去磷酸化）则由另一种磷酸酶所催化。,糖原合酶,糖原磷酸化,E,和糖原合,E,的活性具有相反的调节方式，正好一种,E,活化时，另一种,E,受到抑制。它们的协同作用如下：,三、相反单向反应对代谢的调节,相反单向可逆反应：在代谢过程中有些可逆反应的正反两向由不同的酶催化。,A B,如：果糖,-6-,磷酸 果糖,-1,，,6-,二磷酸,在此反应中,ATP,对酶,a,起促进作用，对酶,b,起抑制作用。,细胞利用这种反应的特性即可调节其代谢物的合成与分解速度。,酶,b,酶,a,果糖,-6-,磷酸激酶,果糖,-1,，,6-,二磷酸酯酶,四、酶的分布区域化对代谢的调节,概念：,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，使不同代谢途径在不同细胞内进行。,区域化的意义：,区域化的存在显著影响真核细胞的代谢情况，使复杂的酶反应分区进行，有利于代谢的调节。,真核细胞内某些酶的区域化分布,酶或酶系,所在区域,酶或酶系,所在区域,糖酵解酶系,TCA,酶系,磷酸戊糖途径酶系,脂肪酸,氧化酶系,脂肪酸合成酶系,尿素合成酶系,胞浆,线粒体,胞浆,线粒体,胞浆,线粒体和胞浆,蛋白质合成酶系,DNA,聚合酶,RNA,聚合酶,水解酶类,粗面内质网,细胞核,细胞核,溶酶体,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，分布于细胞的某一区域。,代谢途径的区域化,15.2,激素的调节,通过控制激素的生物合成调节代谢,通过激素对酶活性的影响调节代谢,通过激素对酶合成的诱导作用调节代谢,参与代谢调控的激素,P529,，表,15-6.,激素的分类,1,、氨基酸及其衍生物类激素：酪氨酸的代谢产物，如甲状腺素、肾上腺素,2,、肽及蛋白质激素：胰岛素、降钙素等,3,、固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素,4,、脂肪酸衍生物类激素：前列腺素,15.3,神经的调节,中枢神经 下丘脑,垂体 腺体 靶细胞,15.4,反义核酸的调节,反义核酸的概念：指一切含有与靶,mRNA,的碱基序列成互补的，对基因表达有调节作用（抑制或激活）的核酸。,反义基因：具有调控基因表达的,RNA,是由基因的反意义链转录而成，称反义,RNA,，产生反义,RNA,的基因称反义基因。,反义核酸的作用原理：当用反义核酸处理,mRNA,时，由于互补碱基之间的氢键形成互补双链，抑制了,mRNA,翻译成蛋白质的过程，从而表现为对基因的抑制。,作业,1.,名词解释,操纵子、反馈抑制、共价修饰,2.,简述酶合成的诱导作用和阻遏作用机制。,