第十三章物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié)

新陳代謝（metabolism)指生物體與外界物質(zhì)交換過(guò)程中體內(nèi)所經(jīng)歷的一切化學(xué)變化,是一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，包括物質(zhì)、能量、信息代謝。

代謝調(diào)節(jié)(metabolicregulation)正常情況下，生物體生成產(chǎn)物即能滿足生物的需要，又不會(huì)過(guò)多而造成浪費(fèi)，說(shuō)明生物體在進(jìn)化過(guò)程中形成了一套有效而靈敏的調(diào)控系統(tǒng)。

代謝調(diào)節(jié)的三個(gè)層次

分子水平調(diào)節(jié)

細(xì)胞水平調(diào)節(jié)

多細(xì)胞整體水平調(diào)節(jié)：激素水平（組織和器官）和整體水平（神經(jīng)和維管束系統(tǒng)）的調(diào)節(jié)。第十三章物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)控ABEX底物水平的調(diào)節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶含量的調(diào)節(jié)酶的定位調(diào)節(jié)輔助因子的調(diào)節(jié)產(chǎn)物調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)主要是分子水平的調(diào)節(jié)（基因表達(dá)調(diào)控）第十二章物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)控第一節(jié)物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)與控制第一節(jié)物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系

二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系一、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系三、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系四、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系一、糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系

TCA二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系TCATCA三、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系

脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸乙酰乙酸脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）氨基酸（生糖氨基酸）丙酮酸{脂肪酸脂肪乙酰CoA甘油四、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系

PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰胺天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋(píng)果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質(zhì)淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰胺組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二酸單酰CoA1-磷酸葡萄糖第一階段第二階段第三階段第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)與控制酶活性調(diào)節(jié)酶含量調(diào)節(jié)細(xì)胞區(qū)域化調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)①變構(gòu)效應(yīng)②共價(jià)修飾及級(jí)聯(lián)放大系統(tǒng)③酶原激活④酶分子聚合與解聚⑤抑制劑與激活劑（一）、酶活性調(diào)節(jié)的類型

通過(guò)在酶蛋白某些氨基酸殘基上增、減基團(tuán)的辦法，調(diào)節(jié)酶的活性態(tài)與非活性態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化，從而調(diào)節(jié)酶的活性，這種修飾作用叫做共價(jià)修飾，這種酶叫共價(jià)修飾酶（代謝調(diào)節(jié)酶）。包括六種類型：磷酸化／去磷酸化乙酰化／去乙?；佘挣；ハ佘挣；蜍挣；ツ蜍挣；谆ゼ谆疭－S／SH共價(jià)修飾(covalentmodification)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖連鎖代謝反應(yīng)中一個(gè)酶被激活后，連續(xù)地發(fā)生其它酶被激活，導(dǎo)致原始信號(hào)放大的酶鏈反應(yīng)體系叫級(jí)聯(lián)放大系統(tǒng)。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶（無(wú)活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMP3、蛋白激酶（無(wú)活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（無(wú)活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（無(wú)活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液腎上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456意義：由于酶的共價(jià)修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少量信號(hào)分子（如激素）存在，即可通過(guò)加速這種酶促反應(yīng)，而使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。腎上腺素主要是調(diào)節(jié)糖代謝,它能夠促進(jìn)肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量。抑制作用(inhibition)激活作用(activation)級(jí)聯(lián)放大作用(amplificationcascade)（二）酶活性調(diào)節(jié)產(chǎn)生的效應(yīng)A單價(jià)反饋抑制

ABCDPE1E2E3E4反饋抑制在線性的代謝途徑中，單一的末端產(chǎn)物對(duì)催化關(guān)鍵步驟酶的反饋抑制抑制作用B協(xié)同反饋抑制

ABCD

E4E5E1XY指一種終產(chǎn)物單獨(dú)過(guò)量時(shí)只抑制其分支反應(yīng)速度，而當(dāng)幾個(gè)終產(chǎn)物同時(shí)過(guò)量時(shí)才抑制共同的第一個(gè)關(guān)鍵酶的活性例如：賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)C酶的多重性抑制ABGFJDCH----E1E2E3E4在分支代謝中，在分支點(diǎn)之前的某個(gè)反應(yīng)，若有一組同工酶催化時(shí)，分支代謝的幾個(gè)終產(chǎn)物往往分別對(duì)這一組同工酶中的某個(gè)酶發(fā)生抑制，叫酶的多重性抑制。D順序反饋抑制ABCDE1E4E5XY終產(chǎn)物X和Y首先分別抑制各支路上第一個(gè)酶，從而使中間產(chǎn)物D累積；然后在通過(guò)中間產(chǎn)物D再對(duì)共同途徑第一個(gè)酶產(chǎn)生反饋抑制。芳香族氨基酸合成的順序反饋調(diào)節(jié)Ｅ累積反饋抑制ABEDEF幾個(gè)終產(chǎn)物中任何一個(gè)過(guò)量都能單獨(dú)部分地抑制共同途徑中前面的關(guān)鍵酶，并且各終產(chǎn)物對(duì)共同關(guān)鍵酶抑制作用有累積效應(yīng)，當(dāng)所有終產(chǎn)物都過(guò)量時(shí)，對(duì)這個(gè)酶的抑制達(dá)到最大谷氨酰胺合成酶受到各種終產(chǎn)物的累積反饋抑制第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)控制酶活性調(diào)節(jié)酶含量調(diào)節(jié)細(xì)胞區(qū)域化調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶含量調(diào)節(jié)（基因表達(dá)的調(diào)節(jié)）酶的合成受基因表達(dá)調(diào)控。生物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，基因表達(dá)可按一定時(shí)間順序發(fā)生改變，而且隨著內(nèi)外環(huán)境條件的變化而加以調(diào)整，這就是基因表達(dá)的時(shí)序調(diào)節(jié)和適應(yīng)調(diào)節(jié)，基因表達(dá)的調(diào)控可在轉(zhuǎn)錄水平（前、中、后）和翻譯水平（中、后）進(jìn)行。（一）酶合成的調(diào)節(jié)(1)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏（JacobandMonod的工作）大腸桿菌生長(zhǎng)在葡萄糖培養(yǎng)基上時(shí)，細(xì)胞內(nèi)無(wú)上述三種酶合成；大腸桿菌生長(zhǎng)在以乳糖為唯一碳源培養(yǎng)基上時(shí)，細(xì)胞內(nèi)有上述三種酶合成；當(dāng)換成葡萄糖培養(yǎng)基時(shí)，三種酶基本消失；表明菌體生物合成的經(jīng)濟(jì)原則：需要時(shí)才合成。由于底物或底物類似物存在而導(dǎo)致作用于該物質(zhì)的酶合成的現(xiàn)象叫做酶合成的誘導(dǎo)作用(induction)。能誘導(dǎo)酶合成的物質(zhì)叫誘導(dǎo)物。被誘導(dǎo)合成的酶叫誘導(dǎo)酶。已知分解利用乳糖的酶有：

-半乳糖苷酶；-半乳糖苷透過(guò)酶；硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶。(1)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏（JacobandMonod的工作）大腸桿菌生長(zhǎng)在無(wú)機(jī)鹽和葡萄糖的培養(yǎng)基上時(shí)，檢測(cè)到細(xì)胞內(nèi)有色氨酸合成酶的存在；在上述培養(yǎng)基中加入色氨酸，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，體現(xiàn)了菌生長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)原則：不需要就不合成。酶合成的阻遏作用：某些代謝物可以阻止某些酶的合成，是通過(guò)阻止為該酶編碼的基因的表達(dá)而進(jìn)行的，這種現(xiàn)象叫做酶合成的阻遏作用(repression)。通過(guò)與原來(lái)無(wú)活性的阻遏蛋白結(jié)合能有效阻止相關(guān)酶合成的物質(zhì)叫輔阻遏物。被輔阻遏物作用而停止合成的酶叫阻遏酶。(2)操縱子模型操縱子(operon)——由幾個(gè)相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控區(qū)以及調(diào)節(jié)基因組成的整個(gè)核苷酸序列。操縱子結(jié)構(gòu)基因（編碼蛋白質(zhì)，S）控制部位操縱子（operator,O）啟動(dòng)子（premotor,P））調(diào)節(jié)基因（regulator,R）酶的誘導(dǎo)和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑A.有活性阻遏蛋白C.無(wú)活性阻遏蛋白D.無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動(dòng)子調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻檔操縱基因，結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)阻遏蛋白(無(wú)活性)酶蛋白mRNA輔阻遏物與阻遏蛋白結(jié)合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)代謝產(chǎn)物實(shí)例：誘導(dǎo)型操縱子乳糖操縱子阻遏型操縱子色氨酸操縱子

莫洛(Monod)和雅各布(Jacob)

獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)操縱子模型的提出①

阻

遏

蛋

白

的

負(fù)

調(diào)

控調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacAmRNA阻遏蛋白（有活性）基因關(guān)閉啟動(dòng)子ORPLacZLacYLacA調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子ORmRNAZmRNAYmRNA阻遏蛋白（無(wú)活性）基因表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

B、乳糖酶的誘導(dǎo)

乳糖阻遏蛋白（有活性）②CAP（降解物基因活化蛋白）的正調(diào)控RLaczLacyLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAA基因表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因CAPOCAP結(jié)合部位RNA聚合酶cAMP-CAPPcAMP降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)☆葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖葡萄糖可降低cAMP濃度，阻礙其與CAP結(jié)合從而抑制轉(zhuǎn)錄。結(jié)論：lac操縱子強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖。

色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制

trp操縱子——屬阻遏型操縱元，主要調(diào)控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的轉(zhuǎn)錄合成。由啟動(dòng)子、操縱子及5個(gè)結(jié)構(gòu)基因組成，5個(gè)結(jié)構(gòu)基因依次為trpE、trpD、trpC、trpB、trpA，分別編碼鄰氨基苯甲酸合成酶的ε和δ鏈，吲哚甘油磷酸合成酶，trp合成酶的β和α鏈，在操縱基因和trpE之間有一段長(zhǎng)162bp的前導(dǎo)序列（trpL），其中含衰減子或弱化子(attenuator)。trp操縱子的阻遏作用當(dāng)Trp濃度低于蛋白質(zhì)合成所需最適水平時(shí)，trp操縱子即轉(zhuǎn)錄。當(dāng)Trp充足時(shí)，trp操縱子的轉(zhuǎn)錄被終產(chǎn)物阻遏。trp操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是通過(guò)Trp阻遏蛋白實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)Trp水平低時(shí)，阻遏蛋白以無(wú)活性形式存在，不能與操縱基因結(jié)合，因而trp操縱子被RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄，Trp生物合成途徑被激活。而當(dāng)trp合成過(guò)多時(shí)，Trp作為輔阻遏物與阻遏蛋白結(jié)合形成同源二聚體，后者再與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉。trp操縱子輔阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控阻阻m形成終止信號(hào)轉(zhuǎn)錄終止

是RNA聚合酶從啟動(dòng)子出發(fā)進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄作用受到衰減子的調(diào)控，也稱為弱化作用。無(wú)Trp時(shí)操縱子基因開(kāi)始轉(zhuǎn)錄，衰減子是位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)的終止子。在衰減子區(qū)域含有4段特殊的序列，高濃度色氨酸存在時(shí)，能形成不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，RNA聚合酶脫落，轉(zhuǎn)錄終止。低濃度色氨酸存在時(shí)，則不能形成轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)。trp操縱子的衰減作用真核生物基因表達(dá)調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體mRNA降解物活性蛋白質(zhì)DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核細(xì)胞質(zhì)真核基因表達(dá)調(diào)控的五個(gè)水平

DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)真核基因調(diào)控主要是正調(diào)控（二）酶降解的調(diào)節(jié)許多代謝關(guān)鍵酶和受到嚴(yán)格調(diào)控的酶都會(huì)迅速降解。酶的降解由蛋白水解酶催化。第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)控制酶活性調(diào)節(jié)酶含量調(diào)節(jié)細(xì)胞區(qū)域化調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶定位的區(qū)域化線粒體:丙酮酸氧化;TCA循環(huán);-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化細(xì)胞質(zhì):EMP;PPP;糖原合成;脂肪酸合成;細(xì)胞核:核酸合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成;磷脂合成；糖脂；糖蛋白；膽固醇；膽汁；粘多糖等，脂肪酸碳鏈延長(zhǎng)第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)控制酶活性調(diào)節(jié)酶含量調(diào)節(jié)細(xì)胞區(qū)域化調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)控制

神經(jīng)和激素調(diào)節(jié)體現(xiàn)了多細(xì)胞整體水平的代謝調(diào)節(jié)，它涉及到細(xì)胞與外界及細(xì)胞之間的信息交流，這種信息交流主要通過(guò)信號(hào)分子起作用，信號(hào)分子作用于細(xì)胞后，細(xì)胞將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為細(xì)胞能感知的信號(hào)，從而使細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)作出相應(yīng)的反應(yīng)，這種由細(xì)胞外信