11章 物质代谢联系及调节 2

可诱导酶（inducible enzyme）：酶基因的表达可因 某些底物或其类似物存在而增加，这类酶称为可 诱导酶，这种现象称为诱导。
诱导剂（inducer）：可与调节蛋白/因子直接结合， 增加（酶）基因表达的化合物称为诱导剂，如半乳 糖 或 其 类 似 物 异 丙 基 硫 代 半 乳 糖 苷 （ isopropyl thiogalactoside，IPTG）。
物质代谢的联系与调节
蛋白激酶A：2个催化亚基C，2个调节亚基R（假底物） C与R结合时抑制酶活性，变构剂cAMP与调节亚基R 结合时，使催化亚基C与R分离。
变构调节的生理意义：
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途 径中的酶，使代谢物不致生成过多。
-
-H
A E1 B
效应剂 别 构 中 心
活性中心
物质代谢的联系与调节
被调节的酶称为变构酶或别构酶，使酶发生变构效 应的物质，称为变构效应剂。
变构调节的机制：
催化部位 变构酶
调节部位
变构效应剂：底物、终Baidu Nhomakorabea物 其它小分子代谢物
物质代谢的联系与调节
变构效应剂 + 酶的调节亚基
疏松 紧密 酶的构象改变 亚基聚合 亚基解聚 酶分子多聚化 酶的活性改变 （激活或抑制 ）
① 催化的反应速度最慢； ② 催化的反应常需要较大的活化能； ③ 催化的反应常为单向反应； ④ 酶活性常受多种效应物（底物、代谢产物等）的调节。
物质代谢的联系与调节
对关键酶活性的调节方式：
1.酶活力调节
快调节
（1）变构调节 (allosteric regulation)
（2）化学修饰调节 (chemical modification)
去磷酸化多由蛋白磷酸酶（protein phosphatase）催化 完成。
催化蛋白质丝氨酸/苏氨酸残基的羟基发生磷酸化修 饰的蛋白激酶称为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（ serine/threonine kinase, STK）。 催T化he 肽Stru链ctu上resP酪oosf氨itthioe酸nKsi残onfats基heeD的Co-m羟aanidn基sNO-磷Treier酸mntien化dalt修oLoSb饰heosw的th蛋e R白ela激tiv酶e (A)称Rib为bo酪n d氨iagr酸am蛋of 白the激Aur酶ora（-A stytrruoctsuirnee. (Bp)rFoAteKinstrkuicntuarse.e(,CT) PEpKh）A2 。structure.
C
E2 J D
E3 F
-G
顺序反馈抑制示意图
② 变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。
+
G-6-P
–
糖原合酶
糖原磷酸化酶
促进糖的储存
抑制糖原分解
③ 变构调节使不同的代谢途径相互协调。
+
柠檬酸
–
乙酰辅酶A 羧化酶
6-磷酸果糖激酶-1
促进脂酸的合成
抑制糖酵解
3. 共价修饰调节
共价修饰调节：酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化 下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性改变。具 有这种调节方式的关键酶称为共价修饰酶。
11.2 体内物质代谢的调控及方式
1
物质代谢的联系与调节
代谢调节的三级水平：
酶或细胞水平调节（基础） 激素水平调节 神经水平调节
单细胞生物 主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶活力 及含量进行调节，这种调节称为细胞水平调节。
高等生物具三级水平的代谢调节。
物质代谢的联系与调节
1. 细胞内酶定位的区域化
③ 与酶含量调节方式比较，共价修饰调节耗能少 而经济。
④ 共价修饰经常偶联变构调节、激素调节，形成 由信号分子（激素等）、转导分子和效应分子 （关键酶）组成的级联反应，使细胞内酶活性 调解更精细、更协调。
别构调节与化学修饰调节的异同点
别构调节
共价调节
共同点
① 具有两种活性形式相互转变 ② 构象改变
细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节，细胞内酶呈区 域化分布。
细胞质：酵解;磷酸 戊糖途径;糖原合成 分解;脂肪酸合成
线粒体：三羧酸循 环;-氧化;呼吸链电 子传递;氧化磷酸化
细胞核： 核酸合成
内质网：蛋白质 合成;磷脂合成
物质代谢的联系与调节
同工酶强化了组织或细胞的代谢和功能特异性。
代谢途径的速度、方向由其中的关键酶（key enzyme）活 性决定，酶水平调节主要是对关键酶活性的调节。关键酶 催化的反应具有下述特点:
ATP
ADP
Thr Ser -OH Tyr 酶蛋白
Pi
蛋白激酶
蛋白磷酸酶
H2O
Thr Ser -O-PO32-
Tyr 磷酸化的 酶蛋白
单一的磷酸化修饰是不可逆的，细胞内磷酸化与去 磷酸化协同作用可实现酶的活性调节。
共价修饰调节的特点：
① 反应迅速，见效快
② 关键酶的共价键变化是酶催化的反应，有级联 放大效应，调节效率常较变构调节高。
可阻遏酶（repressible enzyme）：酶的表达因某些底 物或其类似物存在而减少，这类酶称为可阻遏酶， 这种现象称为阻遏（repression）。
化学修饰的主要方式：
磷酸化 - - - 去磷酸化 乙酰化 - - - 脱乙酰化 甲基化 - - - 去甲基化 腺苷化 - - - 脱腺苷化 泛素化 - - - 去泛素化
磷酸和去磷酸化是共价修饰的常见方式，其中磷酸 化通常是由蛋白激酶（protein kinase）催化完成，磷 酸化位点主要是Ser、Thr、Tyr的羟基。
共价键的改变
无
有
其它酶的参与
不需要
需要
不同点 级联放大
无
有
能量
不一定
需要
意义
调节代谢方向 信号转导
4. 酶含量调节
（1） 酶蛋白合成的诱导与阻遏
组成（型）酶（constitutive enzyme）：在任何时间 、任何条件下，在细胞内的浓度维持恒定的酶， 如 3- 磷 酸 甘 油 醛 脱 氢 酶 （ 3-phosphoglyceraldehyde dehydrogenase，GAPDH）。
2.酶含量调节
慢调节
物质代谢的联系与调节
2. 变构调节
许多内源性或外源性小分子化合物作为变构效应剂（allosteric effecter）可与酶蛋白分子活性中心以外的某一部位，即调节部 位或变构部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化、从而改变 酶的活性。这种调节称为酶的变构调节（allosteric regulation），也 称为别构调节。