第十四章代谢调节方案.ppt

第十四章 代谢调节 生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。 细胞内各种各样的反应都表现出顺序性、逻辑性和整合性，因为有一整套自动调节系统。细胞代谢的自动调节系统包括底物的供应调节、酶调节、辅助因子调节、基因表达调节、激素调节、神经系统调节等。这些调节互相交叉。 重点：物质代谢途径的相互联系，酶活性的调节 第一节 底物供应的调节 代谢是一个连续反应过程，每一个产物都是下一个反应的底物。在一个反应系列中，由于自身反应速度被干扰而导致整个系列的反应速度下降的反应称为限速步骤。催化这个为限速步骤反应的酶叫做标兵酶。 三羧酸循环总图 第二节酶在细胞中分布对代谢的调节 细胞的区域化及优点 酶在细胞内有一定的布局和定位。催化不同代谢途径的酶类，往往分别组成各种多酶体系。多酶体系存在于一定的亚细胞结构区域中，或存在于胞质中，这种现象称为酶的区域化。 功能：浓缩效应，防止干扰，便于调节。 ⑴多酶体系在细胞中区域化，为酶水平的调节创造了有利条件,使某些调节因素可以专一地影响细胞内某一部分的酶活性，而不致影响其它部位酶的活性。 ⑵此外，酶定位的区域化，使它与底物和辅助在细胞器内一起相对浓缩，利于在细胞局部范围内快速进行各个代谢反应。 主要代谢途径酶系在细胞内的分布： 胞质：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途径，脂肪酸合成，部分蛋白质合成。 线粒体：脂肪酸β氧化，三羧酸循环，呼吸链，氧化磷酸化。 细胞核：核酸的合成、修饰。 内质网：蛋白质合成，磷脂合成。 胞质和线粒体：糖异生，胆固醇合成 溶酶体：多种水解酶 酶定位的区域化 第三节 酶合成和降解对代谢 的调节 一、细胞内酶含量的变化对代谢的调节 二、基因表达对代谢的调节 基因表达有几个水平的调节 ⑴转录水平 ⑵翻译水平 ⑶加工水平 转录后加工、翻译后加工 ⑷蛋白质活性调节 其中最关键的是⑴，基因表达的控制主要发生在转录水平,原核生物尤其如此 （一）基因表达的调节 操纵子模型：1961年，Jacob和Monod提出 操纵子是基因表达的协调单位，它含有在功能上彼此有关的多个结构基因及控制部位，控制部位由调节基因、启动子和操纵基因组成。 一个操纵子的全部基因排列在一起，其中含多个结构基因，转录产物是单个多顺反mRNA，操纵子的控制部位可受调节基因产物的调节。 结构基因编码某种特定蛋白质（酶）合成；操纵基因的功能是控制结构基因的表达；启动子的功能是启动结构基因的表达。启动子有两个部位，其中一个是RNA聚合酶结合部位（RNAPB），功能是RNA合成时识别特定的RNA聚合酶；另一个是降解物基因活化蛋白结合部位（CAPB），功能是与一种称为降解物基因活化蛋白（CAP）的蛋白质结合，从而对基因的表达进行调节。调节基因的功能是编码合成一种叫阻遏物的蛋白质，这种蛋白质可以与操纵基因结合而关闭结构基因。 操纵子对基因表达的调节方式有以下几种： 1.阻遏物调节； 2.诱导合成调节； 3.降解物基因活化蛋白对基因的活化； 4.降解产物阻遏； 5.组成性合成； 6.超阻遏突变； 7.尾产物阻遏。 酶的诱导和阻遏操纵子模型 大肠杆菌乳糖操纵子模型 乳糖操纵子的降解物阻遏 大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制 乳糖操纵子对基因表达的调节动画 （二）翻译水平的调节 1.mRNA的差异对翻译的调节 2.反义RNA的调节 三、酶降解的调节 第四节 酶活性的调节 一、酶原激活对代谢的调节 二、变构酶对代谢的调节 （一）变构酶的性质 （二）变构酶调节酶活性的方式 前馈和反馈调节 前馈调节：底物对酶活性的调节，一般是前馈激活，但也可能是前馈抑制。当底物浓度过高时可避免该代谢途径的过分拥挤和产物的大量合成，如高浓度的乙酰CoA是乙酰CoA羧化酶的别构抑制剂，可避免丙二酸单酰CoA大量合成。 反馈调节：产物对酶活性的调节，一般是反馈抑制，但也有反馈激活。 酶活性的前馈和反馈调节 反馈调节中酶活性调节的机制 1.前馈激活调节 如在糖酵解中，1.6—二磷酸果糖，可提高后面丙酮酸激酶的活性，加速磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。 如当丙酮酸不能经乙酰CoA进入TCA时，丙酮酸积累，磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸，后者可合成a.a和嘧啶核苷酸。合成出的嘧啶核苷酸，反馈激活磷酸烯醇丙酮酸羧化酶，促进草酰乙酸合成，保证TCA对草酰乙酸的需要。 6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用 2.反馈抑制调节 反馈抑制有两类：单价反馈抑制和二（多）价反馈抑制 当序列终产物浓度积累过多时，会抑