《代谢调节综述》PPT课件

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对色氨酸合成的调节除了阻遏调节外，还有衰 减子系统的调节。在色氨酸存在时，衰减子使 转录水平降低，这是比阻遏作用更为精细的一 种调节。
在高等动物还有一种现象，就是动物不合成它 不需要的酶，为了适应环境的需要，动物机体 的酶合成即会起增强或减弱，甚至停止。显著 的例子是：成人和成年哺乳动物的胃液中无凝 乳酶，而婴儿和幼哺乳类动物的胃液则含较大 量的凝乳酶，这是因为婴儿即幼小哺乳动物以 奶为唯一食物，需要凝乳酶先将奶蛋白凝结成 絮状，以利于在肠道消化。成人和成年动物的 主食不是奶，不需要凝乳酶，故不合成这种酶。
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。
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操纵子是由一群功能相关的结构基因 （structural gene）、操纵基因(operator gene,O)和启动子(promoter,P)组成的。
见课本532页图。其中Z、Y和a是3个结构基因， 它们分别转录、翻译成β－半乳糖苷酶、β－半 乳糖苷透性酶和β－半乳糖苷转乙酰基酶。“O” 是操纵基因，控制3个结构基因的转录。“P” 是启动子，专管转录起始，它的结构上有RNA 聚合酶的结合位点。启动子和操纵基因合称控 制点。-P-O-Z-Y-a组成了1个乳糖操纵子，它们 共同受1个调节基因（i基因）的调节，调节基 因是阻遏蛋白的基因。
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代谢地调节机构甚多，可概括为下列4项： 1.酶的调节2.激素调节3.反义核酸的调节 4.神经的调节。通过这4种调节机构的协 作、机体的代谢才可能正常运行。
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15.3酶的调节
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. 酶水平调控是通过调节细胞内的酶的种类、数量、 分布或活性来控制各种代谢过程或生理过程。 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。 某些人工合成或天然存在的化学物质也具有调控功 能，主要是表现在对酶的活性影响方面。
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当无诱导物存在时，由调节基因转录产生1个阻遏蛋 白的mRNA为模板合成1个阻遏蛋白，阻遏蛋白就和 操纵基因结合，阻遏RNA聚合酶和启动子的结合， 从而阻止这3个结构基因的转录，因此不能合成这3种 相应的诱导酶（见14－2）。这3种诱导酶的合成处于 被阻遏的状态，也就是说大肠杆菌的生长环境中没有 乳糖时，就没有必要合成与乳糖代谢有关的酶。
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现已知在诱导酶的生物合成中，除需有诱导物 存在外，还需要cAMP和cAMP受体蛋白 （CRP）后者又称分解代谢产物基因活化蛋白 (CAP)。CRP是一个二聚体。当cAMP和CRP 结合成复合物后，这种复合物能结合到启动子 上，促进转录的起始（图14－3）。
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2.酶合成的阻遏作用
但如果在培养基中加入诱导物，如乳糖或乳糖类似物 IPTG（异丙基－β－D－硫代半乳糖苷），诱导物可 以和阻遏蛋白结合，并使阻遏蛋白变构，从而使阻遏 蛋白失活，失活的阻遏蛋白不能再和操纵基因结合， 此时操纵基因发生作用使结构基因转录，合成有关的 mRNA，并翻译成乳糖代谢所需的3种诱导酶。
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1.酶合成的诱导作用
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。
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。
第十五章 代谢调节综述
15.2代谢调节的重要性
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生命现象是生物体内发生的极其复杂的 生物化学过程的综合结果。
为了保证生命活动（如生长、发育、分 化、繁殖、代谢和运动等）能够有条不 紊地进行，所有生物体内发生的生物化 学过程都必须受到有效的调控。
生物调控机制是生物在长期进化过程中 逐步形成的。生物进化程度愈高，调控 机制愈完善、愈复杂。
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15.3.1通过控制酶的生物合成调节代谢
直接参加代谢调节的关键性酶类统称调 节酶。机体必须调节酶的一定含量，防 止过剩和不足，才能维持其代谢机能的 正常运行。通常是用诱导物以促进酶的 合成，用阻遏物以降低酶的合成
现以大肠杆菌为例，较为详细地说明微 生物如何利用酶合成地诱导和遏制来控 制有关酶地生物合成。
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一切生物的生命都靠代谢的正常运转来 维持。机体的代谢途径，异常复杂，一 个细菌细胞内的代谢反应已在一千种以 上，其他高级生物的代谢反应之复杂就 可想而知了。正常机体有其精巧细致的 代谢调节机构，故能使错综复杂的代谢 反应能按一定规律有条不紊地进行。如 果有任何原因使任何调节机构失灵都会 妨碍地正常运转，而导致不同程度地生 理异常，产生疾病，甚至死亡，所以代 谢调节对生命地存亡关系极大。
以大肠杆菌色氨酸操纵子为例说明代谢产物对酶合成的阻遏 作用。
色氨酸操纵子除含有结构基因、操纵基因（O）和启动子 （P）外，还有1个衰减子和1段前导序列，如图14－4所示。
在一般情况下，色氨酸操纵子是开放的，即操纵子上的5个 结构基因进行正常的转录和翻译。这是因为它的调节基因转 录成mRNA，该mRNA翻译成的阻遏蛋白是无活性的，无 活性的阻遏蛋白就不能与操纵基因结合，操纵基因就发生作 用使5个结构基因并翻译成有关的酶。当终产物色氨酸过多 时，色氨酸作为辅阻遏物和阻遏蛋白结合，使无活性的阻遏 蛋白转变为有活性的阻遏蛋白，能和操纵基因结合，使操纵 基因关闭，操纵基因就不能发生作用，使5个结构基因不能 转录，阻止有关酶的合成（图14－5）。
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还有一种现象也说明动物不合成它不需要的酶。 食用平衡饲料（指脂肪含量不多的饲料）的动 物，其组织中含有一定量的脂酸合成酶，如果 改食含脂肪多，糖类少的饲料，很快就可发现 这个动物组织中完全无脂酸合成酶。再改食低 脂肪，高糖类饲料，其组织中的脂酸合成酶又 复出现。这种脂酸合成酶的消失和再出现正说 明动物用控制其自身的脂酸合成酶的合成来调 节其脂质的合成和分解。