第16章 物质代谢的调节控制PPT课件

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乳糖操纵子的诱导
乳糖操纵子的阻遏
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（2）酶的阻遏
调节基因
结构基因 操纵基因
调节基因 操纵基因 结构基因
mRNA
酶蛋白
辅阻遏物
代谢产物与阻遏蛋白结
阻遏蛋白不能与操纵基因结合， 合，使之构象发生变化
结构基因表达
与操纵基因结合，结构基
因不能表达
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E. coli 色氨酸操纵子模型
无活性阻抑物
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10
16.2 分子水平的调节
0、分子水平的调节即酶水平的调节，是最基本的代谢调
节 别构效应
酶活性的调节 共价修饰
（快速调节）
酶浓度的调节——基因表达调节 （慢速调节）
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1. 酶活性的调节 （1）反馈调节
酶促反应系统中的最终产物对起始步骤的酶的活 性的调节作用 （正反馈、负反馈）
S0
E0
E1
第16章 物质代谢的调节控制
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整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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16.0 概述
1.生物体内各种代谢途径相互联系，有条不紊进行
代谢调节
普遍存在于生物界，是新陈代谢的重要途径之一
o
p
E D CBA
o
E D CBA
色氨酸结合到阻抑物使它激活
trp
trpmRNA
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16.3 细胞水平的调节
代谢酶类区域化具有的生理意义即是实现代谢调控的 一个原始方式。
细胞-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。
这类调控主要包括：细胞膜结构的调控作用和酶的活 性调控作用。
变构效应剂： 底物、终产物 其他小分子代谢物
乙酰CoA
乙酰CoA羧化酶 丙二酰CoA
长链脂酰CoA
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变构效应剂 + 酶的调节亚基
酶的构象改变
酶的活性改变 （激活或抑制 ）
疏松 紧密 亚基聚合 亚基解聚 酶分子多聚化
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（3）共价修饰调节作用
酶蛋白肽链上某些集团在酶的催化下发生可逆的 共价修饰(covalent modification)，使酶处于活性与无 活性的互变状态，从而调节酶的活性，这种调节称为 酶的共价修饰调节作用。
2. 代谢调节在3个不同水平上进行
• 分子水平（酶水平） 最基本调节方式
• 细胞水平
• 多细胞整体水平（激素调节、神经调节）
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16.1 物质代谢的相互联系
1. 糖代谢与脂肪代谢的相互关系 •糖可以在生物体内变成脂肪。（北京鸭的故事） •脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。
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磷酸二羟丙酮 甘油
•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
•尿苷化 - - - 脱尿苷化
• SH 与 – S — S – 互变
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ATP
ADP
蛋白激酶
Thr
Ser -OH
Tyr
酶蛋白
磷蛋白磷酸酶
Pi
H2O
Thr Ser -O-PO32Tyr
脂肪
糖 丙酮酸 乙酰CoA
脂肪酸
-甘油磷酸
磷酸二羟丙酮
糖
丙酮酸
脂
乙醛酸
肪
脂肪酸 -氧化 乙酰辅酶A 循环 琥珀酸 草酰乙酸 （植物）
糖尿病 ：
（动物） TCA循环
乙酰乙酸
CO2+ H2O
在血液中产生酸
脂肪
酮体 丙 酮
中毒或到达肌肉
中提供能源
-羟丁酸
在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况。 5
2. 糖代谢与蛋白质代谢的关系 糖可以转变为非必需氨基酸。 蛋白质可以转变为糖。
蛋
白
生酮氨基酸
质
生糖氨基酸
乙酰乙酸 丙酮酸
脂肪酸
甘油 乙酰辅酶A
氨基酸
脂肪
丙二酸单酰辅8酶A
4. 核酸与其他物质代谢的相互关系
蛋白质代谢为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原 料；糖类产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又 是戊糖的来源。
核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制 蛋白质的合成影响细胞的组成成分和代谢类 型
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பைடு நூலகம்
2.基因表达的调节(酶浓度调节）
酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。
（1）原核生物基因表达调节
乳糖操纵子模型。 （2）真核生物基因表达的调控
为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调 控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平 调控。
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Jacob and Monod的操纵子模型（1961）
S1
反馈
Sn EEnn-1-1
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（1）别构调节
•具有别构调节作用的酶大多数为寡聚酶，一般由两 个或两个以上的亚基组成。
小分子化合物与酶分子活性中心以外的 某一部位（别构部位）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或别构调节。
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•变构调节的机制
变构酶
催化亚基 调节亚基
诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白
不能阻挡操纵基因，结构基因表达。
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Jacob and Monod的乳糖操纵子（大肠杆菌的乳 糖操纵子是第一个被发现的操纵子）
实验：细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长， 优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽时，在乳糖的诱 导下，作用于乳糖的酶才产生，细菌开始利用乳 糖。
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磷酸化的
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
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•共价修饰调节与别构调节区别 •修饰集团以共价键与酶分子结合； •修饰过程是酶促反应，对调节信号有放大效应 • 同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。 •磷酸化与脱磷酸是最常见的共价修饰方式。
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级联放大系统：在一系列反应中，一个酶被共价修饰 活化后又引起后续反应中每个酶的共价活化，这样逐 级将信号放大的系统。 演 示
1.操纵子：是基因表达的协调单位，由调节基因、操纵 基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。 操纵基因受调节基因产物的控制。
2.酶合成的诱导与阻遏的操纵子模型
（1）酶的诱导
调节基因
结构基因 操纵基因
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
阻遏蛋白阻挡操纵基因， 结构基因不表达。
阻遏蛋白
mRNA
诱导物 酶蛋白
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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16.4 多细胞整体水平的调节
1. 激素对代谢的调节
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3. 脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系 由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的， 实际上仅限于Glu。 蛋白质间接地转变为脂肪。
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脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体 内贮藏能量的物质。
脂类分子中的甘油 丙酮酸
草酰乙酸 —酮戊二酸
氨基酸
脂肪酸
-氧化
TCA循环 乙酰辅酶A
草酰乙酸
—酮戊二酸
苹果酸
乙醛酸循环 琥珀酸