第五章物质代谢的相互关系及调节

第一节
动物机体物质代谢的基本要略和调节方式
基本要略： ►产生通用能量货币ATP ►产生还原力NADPH ►产生生物合成的前体分子
调节方式：
●酶的区室化 ●酶活性的调节 ●酶含量控制
酶的区室化导致许多代谢反应， 尤其是合成途径与分解途径常常 彼此分开，相对独立地进行。
细胞内进行的错综复杂的代谢过程及生 理变化，主要是通过酶的调节来实现的。
但是在培养基中加入乳糖后，大肠杆菌就能在 几分钟内合成出与乳糖水解有关的酶，使之能 利用这种营养物质。
在此过程中，乳糖起着诱导物作用。由乳糖诱 导产生的与乳糖水解相关的三种酶：-半乳糖 苷酶，-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷转乙酰 酶，被称为诱导酶。
这三个酶蛋白是大肠杆菌DNA上的三个结构 基因经过转录和翻译而合成的。
2. 共价修饰调控
某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共价 修饰作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），从而引起 酶活性的激活或抑制。这种作用称为共价修饰作用。 这类酶则称为共价调节酶。有如下两个特点：
（1）被修饰的酶可以有两种互变形式，即一种为活性 形式（具有催化活性），另一种为非活性形式（无催 化活性）。正反两个方向的互变均发生共价修饰反应， 并且都将引起酶活性的变化。
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。
OH OH
OH OH 4Pi
4A D P
PP OO
OO PP 4H 2O
4．酶含量的调节
酶在细胞内的含量取决于酶的合成速度和分解 速度。细胞根据自身活动需要，严格控制细胞 内各种酶的合理含量，从而对各种生物化学过 程进行调控。
目前已知的变构酶均为寡聚酶，含两个或两个 以上的亚基，一般分子量较大，而且具有复杂 的空间结构。
大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程， 由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的竞 争性或非竞争性抑制作用的数量关系。
变构剂可以分为两类
激活变构剂：变构剂与酶分子结合后，酶的构 象发生了变化，这种新的构象有利于底物分子 与酶的结合，使酶促反应速度提高。
酶含量调节的化学本质是基因表达的调节。在 细胞内，所合成的酶的种类及数量是由特殊的 基因信息决定的。DNA所携带的酶蛋白遗传 信息，需要通过转录和翻译而合成酶蛋白。在 细胞内进行的转录或翻译过程都有特定的调节 控制机制，其中转录的调控占主导地位。因此， 基因表达的调控主要在转录水平上进行
诱导酶
大肠杆菌培养过程中如果缺少乳糖，细胞中就 不含任何可以代谢乳糖的酶。
第五章
动物机体 物质代谢的相互关系及调节
所有的生物细胞都是由糖类、脂类、 蛋白质和核酸四类生物大分子以及一些小 分子、无机盐和水所组成。在动物体的这 些物质的代谢与能量转换、信息传递相伴 随，构成了一个完整的化学过程，并且存 在复杂的调节机制。糖、脂和蛋白质之间 代谢活动的相互关系和相互影响是物质代 谢调节的基础。
第二节 动物机体物质代谢的相互关系
1.主要物质代谢途径的相互关系 ①糖代谢与蛋白质代谢的关系 ②糖代谢与脂类代谢的关系 ③脂类代谢与蛋白质代谢的关系 ④核酸代谢与糖、脂类和蛋白质的关系
1．变构调节作用
（1）变构酶和变构调节作用
有些酶分子除了具有活性中心（结合部位和催化 部位）外，还存在一个特殊的调控部位，即变构 中心。
变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但它 可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价结 合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑 制的作用。这类酶通常称为变构酶，由于变构剂 与变构中心的结合而引起酶活性改变的现象则称 为变构调节作用。
实际上，激素的调控作用也是通过对酶 的影响（酶的产生和酶的活性）而实现 的。
酶除了具有催化功能外，还具有调节和 控制各类生物化学反应速度、方向和途 径的功能。
酶水平的调节作用主要有两种方式：一 是通过激活或抑制酶的活性；二是通过 影响酶的合成或降解速度，即改变细胞 内酶的含量。这种酶水平的调节作用是 生物调控最重要的形式。
氨甲酰磷酸
天冬氨酸
三磷酸 胞苷
氨甲酰天冬氨酸
E.ColiATCase的亚基组成为C6R6，C和R分 别代表其催化亚基和调节亚基。据χ射线结构表 明，ATCase的催化亚基排成两组三聚体（C3）， 与三组调节亚基二聚体（ R2）组成复合物。
两个具有催化活性的三聚体可与底物结合，但 不能结合CTP；三个具有调节活性的二聚体，无 催化活性，但能和ATP或CTP结合。
E.coli的ATCase的亚基排列
ATCase半分子 （C3R3)的结构
ATCase是一个典型的 变构酶。动力学研究表 明，在氨甲酰磷酸饱和 浓度下， ATCase初始 速度对天冬氨酸作图， 对照（不加CTP和ATP） 中表现出典型的S形曲 线。加入ATP时， S形 曲线性质减弱，加入 CTP时， S形曲线变得 更加S形。
பைடு நூலகம்
激活剂ATP优先结合到ATCase的活化态 （R态），而抑制剂CTP优先结合到酶的 非活化态（T态），不反应的双底物类似 物N-磷酸乙酰-L-天冬氨酸（PALA）紧 紧结合于R态的ATCase，但不与T态 ATCase结合。在T态 R态转变中，其 构象发生变化。
ATCase催化链的别构过渡作用
（2）共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象， 所以具有信号放大效应。例如肾上腺素引起糖原分解 过程中的一系列磷酸化激活步骤，其结果将激素的信 号被逐级放大了约300万倍。
磷酸化酶
4A TP
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。
抑制变构剂：变构剂与酶分子结合所引起的酶 的构象变化不利于与底物的结合，表现出一定 程度的抑制作用。
实验发现，在变构酶中起催化作用，称为催化 亚基；与变构剂结合的对反应起调节作用，称 为调节亚基。
举例：ATCase的反馈抑制调节嘧啶的合成
天冬氨酸转氨甲酰酶（ ATCase）催 化氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成N-氨甲酰 天冬氨酸的反应，这个反应是嘧啶生物 合成的第一步。