代谢调节综述

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：①磷酸化/去磷酸化②乙酰化/去乙酰化③腺 苷酰化/去腺苷酰化④尿苷酰化/去尿苷酰化⑤甲基 化/去甲基化⑥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）
启动子
操 纵 基 因
前 衰 导 减 序 子 列
P
O
L
E
D
C
B
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 利用葡萄糖，等葡萄糖耗尽再利用乳糖。这 就是葡萄糖效应。
糖酵解酶系 胞浆 TCA酶系 线粒体 磷酸戊糖途径酶系 胞浆 脂肪酸β氧化酶系 线粒体 胞浆 脂肪酸合成酶系 线粒体和胞 尿素合成酶系 浆
代谢途径 的区域化
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 。
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.
酶合成的诱导和阻遏作用 分解代谢产物对酶合成的阻遏 抑制作用 活化作用 别构作用 共价修饰

二、 通过控制酶活性调节代谢



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、通过控制酶的生物合成调节代谢
（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。
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 垂体

下丘脑 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。
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。
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、 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。
反馈抑制
反馈（feedback）是指反应系统中最终产物
别 构 酶 的 动 力 学 曲 线
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
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。
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。
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。

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)。
操纵子 启动子
操纵子模型示意图
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 蛋白质合成酶系 DNA聚合酶 RNA聚合酶 水解酶类 所在区域 粗面内质网 细胞核 细胞核 溶酶体
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：
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
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， 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。

（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。
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。
第十五章 代谢调节综述
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
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。
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。 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。

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。
诱导酶的例子

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。

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


结构基因(Structural gene)：可以转录出mRNA合成酶蛋白，

调节基因(regulator)：负责阻遏蛋白的合成。
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。


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。
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。
酶a

A
酶b
B
果糖-6-磷酸激酶

如：果糖-6-磷酸
果糖-1，6-二磷酸
果糖-1，6-பைடு நூலகம்磷酸酯酶

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。


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、