生物化學簡明教程第16章物質(zhì)代謝調(diào)控

第十六章物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)（1）整體性消化吸收中間代謝廢物排泄各種物質(zhì)代謝之間互有聯(lián)系，相互依存核酸機體有精細的調(diào)節(jié)機制，調(diào)節(jié)代謝的強度、方向和速度內(nèi)外環(huán)境不斷變化影響機體代謝適應環(huán)境的變化（2）代謝調(diào)節(jié)（3）各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色結(jié)構(gòu)不同酶系的種類、含量不同不同的組織、器官代謝途徑不同、功能各異（4）各種代謝物均具有各自共同的代謝池各種組織

消化吸收的糖

肝糖原分解糖異生血糖（5）ATP是機體能量利用的共同形式營養(yǎng)物分解釋放能量ADP+PiATP直接供能（6）NADPH是合成代謝所需的還原當量乙酰CoANADPH+H+脂酸、膽固醇磷酸戊糖途徑物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)代謝的調(diào)節(jié)是在3個不同水平上進行的分子水平的調(diào)節(jié)、細胞水平的調(diào)節(jié)、多細胞整體水平的調(diào)節(jié)分子水平和細胞水平的調(diào)節(jié)是最基本的調(diào)節(jié)方式，為動、植物和單細胞生物所共有。多細胞整體水平的調(diào)節(jié)是隨著生物進化而發(fā)展起來的調(diào)節(jié)機制，各生物表現(xiàn)的各不相同16.1物質(zhì)代謝的相互關(guān)系糖代謝與脂肪代謝的相互關(guān)系糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的關(guān)系糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被?，蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘侵敬x與蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系核酸與其他物質(zhì)代謝的相互關(guān)系（1）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系攝入的糖量超過能量消耗時葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪組織）合成糖原儲存（肝、肌肉）脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘侵嵋阴oA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、腎、腸磷酸-甘油葡萄糖脂肪的分解代謝受糖代謝的影響?zhàn)囸I、糖供應不足或糖代謝障礙時高酮血癥草酰乙酸相對不足糖不足脂肪大量動員酮體生成增加氧化受阻（2）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系丙氨酸丙酮酸脫氨基糖異生葡萄糖大部分氨基酸脫氨基后，生成相應的α-酮酸，可轉(zhuǎn)變?yōu)樘翘谴x的中間產(chǎn)物可氨基化生成某些非必需氨基酸糖丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA檸檬酸α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸氨基酸乙酰CoA脂肪蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹景被峥勺鳛楹铣闪字脑辖z氨酸磷脂酰絲氨酸膽胺腦磷脂膽堿卵磷脂（3）脂類與氨基酸代謝的相互聯(lián)系——但不能說，脂類可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被?。脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途徑丙酮酸其他?酮酸某些非必需氨基酸脂肪的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被幔?）核酸與糖、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系氨基酸是體內(nèi)合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳單位合成嘌呤合成嘧啶磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供16.2分子水平的調(diào)節(jié)分子水平的調(diào)節(jié)即酶水平的調(diào)節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)可以分成兩大類：酶活性的調(diào)節(jié)和酶濃度的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)包括酶的別構(gòu)效應和共價修飾兩種方式，屬于快速調(diào)節(jié)酶濃度的調(diào)節(jié)則屬于基因表達調(diào)節(jié)，屬于慢速調(diào)節(jié)16.2.1酶活性的調(diào)節(jié)以酶分子的結(jié)構(gòu)為基礎的，凡是導致酶結(jié)構(gòu)改變的因素都可影響酶的活性，使酶的活性增高或降低，從而調(diào)節(jié)體內(nèi)的代謝分為三個方面：反饋調(diào)節(jié)、別構(gòu)調(diào)節(jié)作用、共價修飾調(diào)節(jié)作用（1）反饋調(diào)節(jié)前饋：底物濃度對關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)

常見正前饋作用—底物濃度促進酶的活性；少見負前饋—高濃度底物抑制酶活性作用。反饋：終產(chǎn)物濃度對關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)

常見負反饋作用—產(chǎn)物濃度抑制酶的活性；少見正反饋—高濃度終產(chǎn)物激活酶活性作用。前饋和反饋是來自電子工程學的術(shù)語，前者的意思是“輸入對輸出的影響”，后者的意思是“輸出對輸入的影響”，這里分別借用來說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)可能是正調(diào)控，也可能是負調(diào)控，其調(diào)節(jié)機理是通過酶的別構(gòu)效應來實現(xiàn)的。（2）別構(gòu)調(diào)節(jié)小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)或別構(gòu)調(diào)節(jié)。被調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶或別構(gòu)酶，使酶發(fā)生變構(gòu)效應的物質(zhì)，稱為變構(gòu)效應劑變構(gòu)激活劑：引起酶活性增加的變構(gòu)效應劑變構(gòu)抑制劑：引起酶活性降低的變構(gòu)效應劑變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義（1）代謝終產(chǎn)物

反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多乙酰CoA

乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA長鏈脂酰CoA（2）變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促進糖的儲存（3）變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)檸檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化乙酰輔酶A羧化酶促進脂酸的合成（3）可逆共價修飾在其它酶催化下，酶分子通過共價鍵結(jié)合或脫去某些基團，引起酶活性改變的過程稱為酶的共價修飾。這類酶稱共價調(diào)節(jié)酶。目前已知有六種修飾方式：①磷酸化/去磷酸化；②乙?；?去乙?；?；③腺苷?；?去腺苷?；?；

④尿苷?；?去尿苷酰化；⑤甲基化/去甲基化；⑥氧化（S-S）/還原（2SH）。酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白化學修飾的特點①酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相轉(zhuǎn)變。催化互變反應的酶在體內(nèi)可受調(diào)節(jié)因素如激素的調(diào)控。②具有放大效應，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。③磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。同一個酶可以同時受變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學修飾調(diào)節(jié)16.2.2基因表達的調(diào)節(jié)酶生物合成在轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平受到調(diào)節(jié)原核生物基因表達調(diào)節(jié)1960~1961年，J.Monod和F.Jacob提出乳糖操縱子模型（lacoperonmodel）

（1）酶合成的誘導作用；（2）降解物的阻遏作用；（3）酶合成的阻遏作用真核生物基因表達的調(diào)控多級調(diào)控方式：轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控、翻譯水平調(diào)控、翻譯后水平調(diào)控。原核生物基因表達調(diào)節(jié)（1）酶合成的誘導作用酶合成的誘導作用某些物質(zhì)（誘導物）能促進細胞內(nèi)酶的合成

操縱子：原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個轉(zhuǎn)錄單位ayzopi結(jié)構(gòu)基因控制位點調(diào)節(jié)基因乳糖操縱子ayzopioCAP與cAMP形成復合物，結(jié)合在lacoperon的啟動基因上，促進轉(zhuǎn)錄的進行。cAMP-CAP是正調(diào)控因子，阻遏蛋白是負調(diào)控因子（2）降解物的阻遏作用阻遏基因mRNA阻遏蛋白IDNAzyaOPpol沒有乳糖存在時乳糖操縱子被阻遏蛋白封閉mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAzyaOPpol啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶乳糖操縱子被誘導物開放++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP結(jié)合位點mRNA低半乳糖時高半乳糖時葡萄糖低cAMP濃度高葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOOＩＩ無轉(zhuǎn)錄無轉(zhuǎn)錄低水平轉(zhuǎn)錄當培養(yǎng)基中乳糖濃度降低而葡萄糖濃度升高時乳糖作為誘導劑與阻抑蛋白結(jié)合細胞中cAMP濃度升高cAMP與CAP結(jié)合并使之激活CAP與啟動基因結(jié)合并促使RNA聚合酶與啟動基因結(jié)合促使阻抑蛋白與操縱基因分離基因轉(zhuǎn)錄激活當培養(yǎng)基中乳糖濃度升高而葡萄糖濃度降低時缺乏乳糖與阻抑蛋白結(jié)合細胞中cAMP濃度降低

CAP失活CAP及RNA聚合酶不能與啟動基因結(jié)合阻抑蛋白與操縱基因結(jié)合基因轉(zhuǎn)錄被阻遏染色質(zhì)活化轉(zhuǎn)錄起始、延長、終止轉(zhuǎn)錄后加工蛋白質(zhì)翻譯，翻譯后加工修飾轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)是基因表達調(diào)控的主要環(huán)節(jié)真核生物基因表達調(diào)節(jié)真核基因表達調(diào)控的五個水平

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)控順式作用元件和反式作用因子轉(zhuǎn)錄因子的相互作用控制轉(zhuǎn)錄順式作用元件：存在于DNA分子上的一些與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的特殊順序。反式作用因子：由某一基因表達后，通過與順式作用元件相互作用反式激活另一基因的轉(zhuǎn)錄。原核生物中，大多數(shù)基因表達通過操縱子模型進行調(diào)控，其順式作用元件主要由啟動基因、操縱基因和調(diào)節(jié)基因組成原核生物中的反式作用因子主要分為特異因子、激活蛋白和阻遏蛋白真核生物中，與基因表達調(diào)控有關(guān)的順式作用元件主要有啟動子、增強子和沉默子真核生物中的反式作用因子通常稱為轉(zhuǎn)錄因子16.3細胞水平的調(diào)節(jié)酶及反應區(qū)域化真核生物各種細胞器由細胞膜分割區(qū)域化使酶催化的各種反應相對獨立。代謝途徑的有關(guān)酶常常組成酶體系，分布與細胞的某一區(qū)域或亞細胞結(jié)構(gòu)中，使不同的代謝途徑在不同的區(qū)域中進行。酶的隔離分布的意義，避免了各種代謝途徑互相干擾細胞質(zhì)：酵解；磷戊糖途徑；糖原合成；脂肪酸合成細胞核：核酸合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：蛋白質(zhì)合成；磷脂合成線粒體：丙酮酸氧化；三羧酸循環(huán)；-氧化；呼吸鏈電子傳遞；氧化磷酸化16.4多細胞整體水平的調(diào)節(jié)多細胞整體水平的調(diào)節(jié)是隨著生物進化而發(fā)展起來的調(diào)節(jié)機制，植物出現(xiàn)了激素水平的調(diào)節(jié)，而動物不但有激素水平的調(diào)節(jié)，而且還出現(xiàn)了更加完善的神經(jīng)水平的調(diào)節(jié)，但高級水平的神經(jīng)和激素的調(diào)節(jié)仍然是以分子水平和細胞水平的原始調(diào)節(jié)為基礎的。16.4.1激素水平的代謝調(diào)節(jié)激素是生物體內(nèi)特定細胞產(chǎn)生的的對某些靶細胞具有特殊刺激作用的微量物質(zhì)。激素是生物細胞分泌的一類特殊化學物質(zhì)，它對各種生命活動和代謝過程具有調(diào)控功能。激素調(diào)控往往是局部性的，作用于能識別激素信號被稱為激素受體的特異物質(zhì)。通常一種激素只作用于一定的細胞組織，不同的激素調(diào)節(jié)不同的物質(zhì)代謝或生理過程。激素作用機制內(nèi)、外環(huán)境改變機體相關(guān)組織分泌激素激素與靶細胞上的受體結(jié)合靶細胞產(chǎn)生生物學效應，適應內(nèi)外環(huán)境改變只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促共價修飾反應，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效應。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。激素分類按生物種類，分為：

動物激素：氨基酸及其衍生物、肽及蛋白質(zhì)、固醇類、脂肪酸衍生物

植物激素：生長素、赤霉素類、激動素類、脫落酸、乙烯根據(jù)激素的化學結(jié)構(gòu)和調(diào)控功能，分為：

含氮激素：蛋白質(zhì)激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等

類固醇激素：大多數(shù)由性腺和腎上腺皮質(zhì)分泌

脂肪酸衍生物激素：主要由生殖系統(tǒng)及其它組織分泌產(chǎn)生按激素受體在細胞的部位不同，分為：

膜受體激素：氨基酸衍生物、蛋白質(zhì)肽類激素

胞內(nèi)受體激素：類固醇激素、甲狀腺素激素作用的特點1、含量少；2、特異性強；3、親和力高；4、與受體可逆結(jié)合；5、受體與激素的結(jié)合具有飽和性；6、激素類似物可與受體結(jié)合。膜受體激素的作用方式在細胞內(nèi)傳遞信息的小分子化學物質(zhì)稱為第二信使：①環(huán)核苷酸類：

cAMP、cGMP②脂類衍生物：甘油二脂（DAG）、三磷酸肌醇（IP3）、N-脂酰鞘氨醇（Cer）③無機物：Ca2+

當配體與受體結(jié)合后，往