代谢调节的主要方式 PPT

某些重要的代谢途径的关键酶
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※ 调节关键酶活性（酶分子结构改变或酶含量改变）是细胞 水平代谢调节的基本方式，也是激素水平代谢调节和整体代谢调 节的重要环节。
①快速调节（改变酶分子结构） 数秒、数分钟 改变单个酶分子的催化能力
②迟缓调节（改变酶含量） 数小时、几天 调节酶的合成与降解速度
（二）关键酶活性决定整个代谢途径的速度和方向
※ 关键酶（key enzymes） 代谢过程中具有调节作用的酶。
※ 关键酶催化的反应特点 ① 常常催化一条代谢途径的第一步反应或分支点上的反应，速度最慢，其
活性能决定整个代谢途径的总速度。 ② 常催化单向反应或非平衡反应，其活性能决定整个代谢途径的方向。 ③ 酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂调节。
节亚基导致“假底物”序列构象变化，释放催化亚基，使其发挥催化作用。 如cAMP激活PKA。
（2）别构效应剂与调节亚基结合，能引起酶分子三级和/或四级结构在“T” 构象（紧密态、无活性／低活性）与“R”构象（松弛态、有活性／高活性） 之间互变，从而影响酶活性。如氧调节Hb。
3. 别构调节使一种物质的代谢与相应的代谢需求和相关物质的代谢协调 别构效应剂（底物、终产物、其他小分子代谢物）
代谢调节的主要方式
高等生物 —— 三级水平代谢调节 • Βιβλιοθήκη Baidu胞水平代谢调节
• 激素水平代谢调节 高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内分泌细胞及
内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。
• 整体水平代谢调节 在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经递质对靶细
胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及 功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。
磷酸化/去磷酸化修饰对酶活性的调节
酶的磷酸化与去磷酸化
2. 酶的化学修饰调节具有级联放大效应
酶促化学修饰的特点 ： ① 受化学修饰调节的关键酶都具无（或低）活性和有（或高）活性两种形式，由两种酶
催化发生共价修饰，互相转变。 ② 酶的化学修饰是另外一个酶的酶促反应，特异性强，有放大效应。 ③ 磷酸化与去磷酸化是最常见的酶促化学修饰反应，作用迅速，有放大效应，是调节酶
酶的诱导剂经常是底物或类似物 酶的阻遏剂经常是代谢产物
（五）通过改变细胞内酶含量调节酶活性
2. 改变酶蛋白降解速度调节酶含量
通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。
溶酶体 —— 释放蛋白水解酶，降解蛋白质
别构调节 (allosteric regulation)
化学修饰调节 (chemical modification)
（三）别构调节通过别构效应改变关键酶活性
1. 别构调节是生物界普遍存在的代谢调节方式
一些小分子化合物能与酶蛋白分子活性中心外的特定 部位特异结合，改变酶蛋白分子构象、从而改变酶活性， 这种调节称为酶的别构调节(allosteric regulation)。
体内也有一些酶，其浓度在任何时间、任何条件下基本不变，几乎恒定。这类 酶称为组成（型）酶（constitutive enzyme），如甘油醛-3-磷酸脱氢酶 （glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase，GAPDH），常作为基因表 达变化研究的内参照（internal control）。
活性经济有效的方式。 ④ 催化共价修饰的酶自身常受别构调节、化学修饰调节，并与激素调节偶联，形成由信
号分子、信号转导分子和效应分子组成的级联反应。
※同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。
（五）通过改变细胞内酶含量调节酶活性
1. 诱导或阻遏酶蛋白基因表达调节酶含量
酶的底物、产物、激素或药物可诱导或阻遏酶蛋白基因的表达。诱导剂或阻遏 剂在酶蛋白生物合成的转录或翻译过程中发挥作用，影响转录较常见。
一、细胞内物质代谢主要通过对关键酶活性的调节来实现的
• 细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。 • 细胞内酶呈隔离分布。 • 代谢途径的速度、方向由其中的关键酶的活性决定。 • 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。
（一）各种代谢在细胞内区隔分布是物质代谢及其调节的 亚细胞结构基础
酶的这种区隔分布，能避免不同代谢途径之间彼 此干扰，使同一代谢途径中的系列酶促反应能够更顺 利地连续进行，既提高了代谢途径的进行速度，也有 利于调控。
一些代谢途径中的别构酶及其效应剂
2. 别构效应剂通过改变酶分子构象改变酶活性
别构酶
催化亚基 调节亚基
别构效应剂： 底物、终产物 其他小分子代谢物
别构效应剂 + 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 ）
※ 别构效应的机制有两种：
（1）调节亚基含有一个“假底物”（pseudosubstrate）序列 “假底物”序列能阻止催化亚基结合底物，抑制酶活性；效应剂结合调
长链脂酰CoA
②变构调节使能量得以有效利用，避免生成过多造成浪费
+
G-6-P
–
糖原合酶
糖原磷酸化酶
促进糖的储存
抑制糖的氧化
③变构调节使不同的代谢途径相互协调进行
柠檬酸
+
–
乙酰辅酶A羧化酶
磷酸果糖激酶-1
促进脂酸的合成
抑制糖的氧化
（四）化学修饰调节通过酶促共价修饰调节酶活性
1. 酶促共价修饰有多种形式
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(covalent modification)，从而引起酶活性 改变，这种调节称为酶的化学修饰。
（四）化学修饰调节通过酶促共价修饰调节酶活性
1. 酶促共价修饰有多种形式 化学修饰的主要方式 磷酸化 - - - 去磷酸 乙酰化 - - - 脱乙酰 甲基化 - - - 去甲基 腺苷化 - - - 脱腺苷 SH 与 – S — S – 互变
细胞内浓度的改变 （反映相关代谢途径的强度和相应的代谢需求）
关键酶构象改变，影响酶活性
调节相应代谢的强度、方向，以协调相关 代谢、满足相应代谢需求
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的关键 酶，避免产生超多需要的产物
乙酰CoA
丙二酰CoA 乙酰CoA羧化酶