物质代谢的相互关系和调节控制szxy1234.doc

第十二章 物质代谢的相互联系和调控 基本要求： 1. 掌握生物体内各类物质代谢相互联系的枢纽物质。 2. 熟悉酶水平和激素水平的调节机制。 3. 了解细胞水平和神经水平的调节。 第一节 物质代谢的相互联系 前面我们分别学习了糖类、脂类、蛋白质、核酸的代谢，但是这些物质在体内的代谢过程并不是彼此孤立的，实际上，生物体内的新陈代谢是一个完整统一的过程，是在各个反应过程相互制约下进行的。 一、物质代谢的相互联系 代谢的完整性与统一性主要表现在下列两个方面：一是各代谢过程可通过某些代谢中间物作为桥梁相互转变；二是各代谢反应之间存在着相互转化关系，这种相互转化关系使整个代谢过程能够处于有调节、有控制的情况下，保持着协调与平衡。 尽管不同的物质代谢过程非常复杂，但是，仅仅依赖少数中间代谢产物，就可以将不同的代谢途径连接起来，实现代谢产物的相互转化。例如，分解代谢的糖酵解、磷酸戊糖途径和柠檬酸循环的中间产物，包括4种磷酸化糖类（磷酸丙糖，磷酸丁糖，磷酸戊糖和磷酸己糖），3种α-酮酸（丙酮酸，α-酮戊二酸，草酰乙酸），2种辅酶A衍生物（乙酰CoA和琥珀酰CoA）以及磷酸烯醇式丙酮酸等即可以为多数的合成代谢提供原料。 在同化作用过程中，代谢中间产物不断被消耗，必须通过分解代谢不断地进行补充。ATP为合成代谢提供能量，NADPH是生物合成过程的主要电子供体，它们在代谢过程中通过不断的循环转化得以再生。在生物合成过程中，ATP和NADPH分别转化为ADP和NADP+，通过生物氧化过程，ATP和NADPH得以再生。因此，ATP和NADPH在代谢活动中具有连接产生能量的分解代谢和消耗能量的合成代谢的功能共价调节酶通过其他酶对其肽链上某些基团进行共价修饰，使酶处于活性与无活性的互变状态，从而调节酶的活性，这种调节方式称为共价修饰调节作用。 目前已知至少有6～7种类型的可逆共价修饰作用：(1)磷酸化／脱磷酸化；(2)乙酰化／脱乙酰化；(3)腺苷酰化／脱腺苷酰化；(4)尿苷酰化/脱尿苷酰化；(5)ADP-核糖基化；(6)甲基化／脱甲基化；(7)S—S／SH相互转变。磷酸 从20世纪40年代到60年代中法国巴黎的巴斯德研究所的J.Monod和F.Jacob对大肠乳发酵过程酶的适应生成以及一系列有关突变型进行广泛深入的研究。在—1961年提出了乳操纵子模型。操纵子模型可以很清楚的说明原核生物基因表达机制乳操纵子模型年F.Jacob和J.Monod操纵子是由一组功能相关的结构基因()，操纵基因()和RNA聚合酶结合的启动基因(P)调节基因(i)编码的产物阻遏蛋白可调节操纵基因的“开”与“关”乳操纵子是由一组功能相关的结构基因()，操纵基因()和RNA聚合酶结合的启动基因(P)半乳糖半乳糖透酶半乳糖乳操纵子(i)的调节。调节基因无诱导物时，调节基因编码的阻遏蛋白处于活性状态阻遏蛋白可与操纵基因相结合阻止RNA聚合酶与启动基因的结合乳分解代谢的三种酶 ② 酶合成的诱导 在诱导物乳存在的情况下，诱导物同阻遏蛋白结合使阻遏蛋白发生构象变化而处于失活状态，失活阻遏操纵基因结合此时操纵基因结构基因乳分解代谢的三种酶。乳糖操纵子中同样也存在着正调，大肠杆菌有一个称为代谢产物活化蛋白(CAP)又称cAMP受体蛋白(CRP)CAP及cAMP都是mRNA合成所必的近一步的研究指出CAP能够与cAMP形成复合物，cAMP—CAP复合物结合在乳操纵子的启动基因，促进转录的进行。cAMP—CAP是一个于的，为负。而乳糖操纵子与关则是这相互独立的正、负调节实现的当细在含葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，则先利用葡萄糖，而不利用乳糖当葡萄糖耗尽后，细生长经过—段停滞期出现二度生长曲线不久在乳糖诱导，分解乳糖代谢的开始合成，细菌才能利用乳糖。这种现象称为降解物阻遏作用如何解释降解物的阻遏作用呢?葡萄糖分解代谢的降解物能抑制腺酸环化酶活性并活化磷酸二酶，从而降低cAP浓度此时，调节基因的产物(代谢产物活化蛋白AP)不能被cAMP活化形成cAMP—CAP复合物。使许多代谢酶基因不能 （3）酶合成的阻遏作用—色氨酸操纵子模型 大肠操纵子模型说明了某些代谢产物阻止细胞内酶生成的机制。操纵是 5个功能相关的结构基因(E、D、、B、A)，操纵基因()和启动基因（P)组成在第—个结构基因操纵基因之间有段前导序列()和子(a)大肠操纵子模型色氨酸操纵子的调节基因(R)产物是无活性的，称为阻遏蛋白原。无活性的阻遏蛋白原不能与操纵基因结合，此时结构基因(E、D、C、B、A)可转录并翻译成由分支酸合成色氨酸的5种酶。在有过量色氨酸存在时，色氨酸作为辅阻遏物与阻遏蛋白原结合，则形成有活性的阻遏蛋白，有活性的阻遏蛋白与操纵基因结合，可阻止转录的进行，使结构基因(E、D、C、B、A)不能编码色氨酸合成代谢的有关酶。