代谢调节综述PPT幻灯片
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代谢调节的内容及重要性
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
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
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。
诱导酶的例子
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，β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，β-半乳糖苷酶是个诱导酶。
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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。
操纵子：在原核生物的DNA分子的不同区域分布着一 个调节基因和一个操纵子，一个操纵子包括一个操纵 基因，一群功能相关的结构基因，以及在调节基因和 操纵基因之间专管转录起始的启动子(基因)。
启动子
操纵子
操纵子模型示意图
启动子
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。
反馈抑制
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。
CTP利用率低，CTP浓度高，抑制天冬aa转氨甲酰酶 的活力。
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。
1.酶的诱导和阻遏
(induce and repression of enzyme)
阻遏作用：某种代谢产物能阻止细胞内某种 酶的生成，这种作用叫阻遏。
例：用NH4+作为唯一氮源时，E.coli能合成 20种氨基酸，但若在培养基中加入某种氨基 酸，如色氨酸时，则作用NH4+和碳源合成 色氨酸的酶系迅速消失，这种现象就是酶生 成的阻遏作用。
2. 操纵子 (operon)
1961年Monod和Jacob提出了操纵子学说，阐明了酶的诱导、 阻遏和基因的关系，这一学说开始只是一个假说，但后来， 逐步为许多实验证实，现已普遍接受。
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， β半乳糖苷酶，半乳糖苷透性酶、β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。
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。
β半乳糖苷酶 半乳糖苷透性酶 β半乳糖苷转乙酰酶
乳糖操纵子
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。
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。
操 纵 基 启动子 因
PO
前 导 序 列
衰 减 子
L
ED
CB A
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
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。
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
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
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。
诱导酶的例子
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，β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，β-半乳糖苷酶是个诱导酶。
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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。
操纵子：在原核生物的DNA分子的不同区域分布着一 个调节基因和一个操纵子，一个操纵子包括一个操纵 基因，一群功能相关的结构基因，以及在调节基因和 操纵基因之间专管转录起始的启动子(基因)。
启动子
操纵子
操纵子模型示意图
启动子
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。
反馈抑制
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。
CTP利用率低，CTP浓度高，抑制天冬aa转氨甲酰酶 的活力。
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。
1.酶的诱导和阻遏
(induce and repression of enzyme)
阻遏作用：某种代谢产物能阻止细胞内某种 酶的生成，这种作用叫阻遏。
例：用NH4+作为唯一氮源时，E.coli能合成 20种氨基酸，但若在培养基中加入某种氨基 酸，如色氨酸时，则作用NH4+和碳源合成 色氨酸的酶系迅速消失，这种现象就是酶生 成的阻遏作用。
2. 操纵子 (operon)
1961年Monod和Jacob提出了操纵子学说，阐明了酶的诱导、 阻遏和基因的关系，这一学说开始只是一个假说，但后来， 逐步为许多实验证实，现已普遍接受。
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， β半乳糖苷酶，半乳糖苷透性酶、β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。
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。
β半乳糖苷酶 半乳糖苷透性酶 β半乳糖苷转乙酰酶
乳糖操纵子
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。
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。
操 纵 基 启动子 因
PO
前 导 序 列
衰 减 子
L
ED
CB A
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
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。