第三章第一次课酶的活性调节

葡 萄 糖
甘 油
脂 肪 酸
6 -磷 酸 葡 萄 糖
磷 酸 二 羟 基 丙 酮
生 酮 氨 基 酸 氨 氨 氨 氨 氨 氨 氨 氨 酸 酸 酸 酸 酸 酸 酸 酸
丙 酮 酸
乙 酰 乙 酰 辅 酶 A
乙 酰 辅 酶 A
胆 固 醇
草酰乙酸 苹苹酸 柠柠酸
苯 天 异 甲
酪 丙 冬 亮 硫 苏 缬
氨 氨 氨 氨 氨 氨 氨 氨 酰 氨 氨 氨
丙二酸单 酸单酰 丙二酸单酰CoA→ 乙酰CoA + CO2 乙酰
丙二酰CoA脱羧酶 脱羧酶 丙形式，精确细微 调节方式分层次、全方位、多形式，
机体代谢调节是多层次全方位的， 机体代谢调节是多层次全方位的，在细胞 水平，对细胞内部各代谢途径中酶进行调节； 水平，对细胞内部各代谢途径中酶进行调节； 组织、器官水平，可通过激素进行调节； 激素进行调节 在组织、器官水平，可通过激素进行调节； 在机体整体水平 可通过神经系统进行调节。 整体水平， 神经系统进行调节 在机体整体水平，可通过神经系统进行调节。 无论是哪一层次的调节， 无论是哪一层次的调节，最终都是通过对酶 含量的诱导与阻遏、对酶活性的激活与抑制、 含量的诱导与阻遏、对酶活性的激活与抑制、 对酶存在部位的分隔定位、 对酶存在部位的分隔定位、对反应过程的前 馈与反馈等多种形式进行着精确细微的代谢 调节，从而使千变万化、 调节，从而使千变万化、错综复杂的代谢有 条不紊、协调有序。 条不紊、协调有序。
3. 可逆反应的单向性
代谢过程中有些可逆反应的正反应和逆 反应分别由两种不同的酶所催化， 反应分别由两种不同的酶所催化，这些反应 被称为相对立的单向反应 相对立的单向反应（ 被称为相对立的单向反应（opposing unidirectional reaction）。 ）。
这种分开机制可使某一代谢途径的 正向反应和逆向反应分别处于热力学的 有利状态。 有利状态。
动
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过氧化物（ 过氧化物酶 物酶体 过氧化物（氢）酶 过氧化物酶体
酶 定 位 的 区 域 化
酵解;磷 细胞质:酵解 磷 戊糖途径;糖原 戊糖途径 糖原 合成;脂肪酸合 合成 脂肪酸合 成;
线粒体:丙酮酸氧化 三羧 线粒体 丙酮酸氧化;三羧 丙酮酸氧化 酸循环;β 氧化 氧化;呼吸链电 酸循环 β-氧化 呼吸链电 子传递;氧化磷酸化 子传递 氧化磷酸化
酶合成的诱导 酶合成的阻遏
从对代谢速率调节的效果来看， 从对代谢速率调节的效果来看，酶含量 调节间接而缓慢。 调节间接而缓慢。
组成酶
编码组成酶的基因称为组成型基因 编码组成酶的基因称为组成型基因 （constitutive gene）或 管家基因 ） （housekeeping gene），能恒定地表 ） 使细胞内保持一定数量的酶， 达，使细胞内保持一定数量的酶，如糖酵 解和三羧酸循环的酶系， 解和三羧酸循环的酶系，其酶蛋白合成量 十分稳定，通常不受代谢状态的影响， 十分稳定，通常不受代谢状态的影响，一 般来说， 般来说，保持机体基本能源供给的酶常常 是组成酶。 是组成酶。
1. 代谢网络通路
细胞内有数百种小分子在代谢中起着 关键作用，由它们构成了成千上万种生物 关键作用，由它们构成了成千上万种生物 大分子。 大分子。 生物体将细胞中各类物质分别纳入各自 的共同代谢途径，以少数种类的反应（ 的共同代谢途径，以少数种类的反应（例 如氧化还原、分解合成、 如氧化还原、分解合成、基团转移及异构 反应等）转化种类繁多的分子。 反应等）转化种类繁多的分子。不同的代 谢途径可通过代谢途径交叉点上关键的中 谢途径可通过代谢途径交叉点上关键的中 间代谢物而相互影响和相互转化 这些共 而相互影响和相互转化。 间代谢物而相互影响和相互转化。这些共 同的中间代谢物使各代谢途径得以沟通， 同的中间代谢物使各代谢途径得以沟通， 形成经济有效、运转良好的代谢网络通路。 形成经济有效、运转良好的代谢网络通路。
细胞核:核酸合成 细胞核 核酸合成
内质网:蛋白质合成 内质网 蛋白质合成 ;磷脂合成 磷脂合成
二、膜结构对代谢的调控作用 把细胞分割成多个区域， 1 、 把细胞分割成多个区域， 有利于酶促反应进 防止相互干扰； 行，防止相互干扰； 2 、 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反应的调节； 质交换 ，有利于对不同分隔区的代谢反应的调节； 使细胞能更敏感的识别环境的变化， 3 、 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胞感知内外 环境变化的重要物质基础； 环境变化的重要物质基础； 4、调节能量的分配和转换； 调节能量的分配和转换；
一、通过共价结构改变酶的活性调 节
主要包括不可逆的共价调节和可逆的共 价调节两大类。 （一）不可逆的共价调节 （二）可逆的共价调节
（一）不可逆的共价调节 (肽段切除） 酶原与酶原激活
蛋 白 质
核 酸
淀 粉 、 糖 原
脂 肪
氨 基 酸 生 糖 氨 基 酸 甘 氨 天 冬 氨 谷 氨 酰 丙 氨 甘 氨 半 胱 氨 丝 氨 苏 氨 色 氨 酸 酸 胺 酸 酸 酸 酸 酸 酸 亮 赖 苯 丙 酪 色 异 亮 亮 色 天 冬 氨 酸 天 冬 酰 胺
核 苷 酸 1 -磷 酸 葡 萄 糖 5 -磷 酸 核 糖
酶对细胞代谢的调节主要有两种方式： 酶对细胞代谢的调节主要有两种方式：
一种是通过影响酶分子的合成或降解， 一种是通过影响酶分子的合成或降解，以改变酶分子 的含量，这种“酶水平”的调节机制， 的含量，这种“酶水平”的调节机制，是最关键的代谢调 节； 一种是通过激活或抑制来改变细胞内已有酶分子的催 一种是通过激活或抑制来改变细胞内已有酶分子的催 化活性。 化活性。
2. 酶及反应的区域化
无细胞器， 原核细胞 无细胞器，各种代谢 所需的酶，如呼吸链、氧化磷酸化、 所需的酶，如呼吸链、氧化磷酸化、 磷脂及脂肪酸生物合成等各种酶类， 磷脂及脂肪酸生物合成等各种酶类， 都存在于质膜上 质膜上。 都存在于质膜上。 真核细胞 具有由膜包围的各种 细胞器，如细胞核、内质网、 细胞器，如细胞核、内质网、线粒 高尔基体、溶酶体等， 体、高尔基体、溶酶体等，各种酶 类的分布是区域化 区域化的 类的分布是区域化的。
部分相对立的单向反应及其催化酶
正反应 催化酶 逆反应 催化酶
葡萄糖 + ATP→ 6–磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖+ADP 磷酸葡萄糖
己糖激酶
6–磷酸葡萄糖 H2O→ 磷酸葡萄糖+ 磷酸葡萄糖 葡萄糖+Pi 葡萄糖
葡萄糖–6–磷酸酯酶 磷酸酯酶 葡萄糖
6–磷酸果糖 ATP→ 磷酸果糖+ 磷酸果糖 1,6–二磷酸果糖 ADP 二磷酸果糖+ 二磷酸果糖
细胞调节的三种调节机制
以膜结构和膜功能为基础的细胞结构效应； 以代谢途径和酶分子结构为基础的酶活调节：酶 酶活调节： 的激活和抑制； 以酶的合成系统为基础的酶量调节： 酶量调节： （1）底物对酶合成系统的诱导作用； （2）产物对酶合成系统的阻遏作用；
酶含量调节
酶含量调节主要指酶合成的调节。 酶含量调节主要指酶合成的调节。 指酶合成的调节 酶合成的调节方式有两种类型 两种类型： 酶合成的调节方式有两种类型：
物质代谢的相互关系
生物体内的各种物质， 生物体内的各种物质，既有各自特殊 的代谢途径，又通过一些共同的中间代谢 的代谢途径，又通过一些共同的中间代谢 物或代谢环节广泛地形成网络 彼此影响、 广泛地形成网络， 物或代谢环节广泛地形成网络，彼此影响、 糖酵解（ 相互转化，其中糖酵解 ）途径和 相互转化，其中糖酵解（EMP）途径和 三羧酸（ 三羧酸（TCA）循环便是沟通各代谢之 ）循环便是沟通各代谢之 间联系的重要渠道，所以EMP途径和 间联系的重要渠道，所以 途径和 TCA循又被称为中心代谢途径（central 循又被称为中心代谢途径 循又被称为中心代谢途径（ metabolic pathway）或无定向代谢途径 ） （amphibolic pathway）。 ）
果糖磷酸激酶
1,6–二磷酸果糖 H2O→ 二磷酸果糖+ 二磷酸果糖 6–磷酸果糖 Pi 磷酸果糖+ 磷酸果糖
果 糖 – 1,6 – 二 磷 酸 酯 酶
乙酸盐 + ATP + CoA→ 乙酰CoA + AMP + PPi 乙酰
硫激酶
乙酰CoA+H2O→ 乙酰 乙酸盐+HSCoA 乙酸盐
硫酯酶
乙酰CoA+ CO2 + ATP→ 乙酰 丙二酸单 酸单酰 乙酰CoA羧化酶 丙二酸单酰CoA+ ADP + 乙酰 羧化酶 Pi
真核细胞部分酶的区域化分布
酶 戊糖途径酶类、 戊糖途径酶类、糖分解酶类 途径酶类 三羧酸循环酶类 脂肪酸合成酶类 脂酸β–氧化酶类 脂酸 氧化酶类 蛋白质合成酶类 定位区域 细胞浆 线粒体内 细胞质 线粒体 内质网 酶 tRNA聚合酶 聚合酶 水解酶类 转磷酸酶 ｍRNA聚合酶 聚合酶 定位区域 核质、 核质、核仁 溶酶体 细胞质膜 细胞核
5、各种细胞活动包括细胞分化、细胞分裂、细 各种细胞活动包括细胞分化、细胞分裂、 胞融合乃至细胞的运动等都与细胞膜的变化有关； 胞融合乃至细胞的运动等都与细胞膜的变化有关； 6、虽然不同代谢途径在细胞不同部位进行，但 虽然不同代谢途径在细胞不同部位进行， 不是彼此孤立、互不相关。 不是彼此孤立、互不相关。如一个亚细胞结构中 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。胞液中EMP EMP丙酮酸 线粒体TCA TCA底 途径的底物。胞液中EMP丙酮酸 线粒体TCA底 线粒体乙酰CoA 胞液脂肪酸合成原料。 物，线粒体乙酰CoA 胞液脂肪酸合成原料。 膜的选择通透性有选择的控制了代谢物进入 特定区域的水平， 特定区域的水平，从而达到调节细胞内代谢的目 的。