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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Chap.14 Metabolism regulation,代谢途径的相互联系,酶量的调节,酶分子活性的调节,代谢的区域化,Regulation of metabolism是生物在长期进化过程中，为适应外界条件而形成的一种复杂的生理机能。通过调节作用细胞内的各种物质及能量代谢得到协调和统一，使生物体能更好地利用环境条件来完成复杂的生命活动。,代谢调节作用可在不同水平上进展：低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物那么有更复杂的激素调节和神经调节。,1) 酶水平调节,2,),细胞水平调节,3,),激素水平调节,4,),神经水平调节,单细胞生物,植物,动物,细胞内酶的调节是最根本的调节方式。酶的调节是从酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进展调节的,操纵子(Operon)是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由启动子P、操纵基因O和在功能上相关的几个构造基因组成,转录后的调节包括，真核生物mRNA转录后的加工，转录产物的运输和在细胞中的定位等,翻译水平上的调节包括，mRNA本身核苷酸组成和排列如SD序列，反义RNA的调节，mRNA的稳定性等方面,酶活性的调节是直接针对酶分子本身的催化活性所进展的调节，在代谢调节中是最灵敏、最迅速的调节方式。主要包括酶原激活、酶的共价修饰、反响调节、能荷调节及辅因子调节等,生物代谢biological metabolism：指生物活体与外界环境不断进展的物质包括气体、液体和固体、能量、信息交换过程。,细胞代谢cellular metabolism：是一切生命活动的根底。,合成代谢anabolic metabolism：一般是指将简单的小分子物质转变成复杂的大分子物质的过程。,分解代谢catabolism：那么是将复杂的大分子物质转变成小分子物质的过程。,中间代谢intermediary metabolism：发生在细胞内的一切化学反响。,根底代谢basal metabolism：指人体在清醒而又极端安静的状态下,不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等影响时的能量代谢率。根底代谢经随着性别、年龄等不同而有生理变动。男子的根底代谢率平均比女子高,幼年比成年高;年龄越大,代谢率越低.,根底代谢率basal metabolic rate, BMR：,即在上述条件下,单位时间内,每平方米人体外表所散发的热量的千卡数。,糖、脂、核酸和蛋白质的代谢,合成途径各不一样，分解代谢途径那么有共同之处，即糖、脂、核酸和蛋白质经过一系列分解反响后都进入了TCA cycle，最后被氧化成CO2和H2O。,Section 1,代谢途径的相互联系,代谢网络,Metabolic network,代谢的单向性,unidirectivity,和多酶系统,multienzyme systeme,代谢与能量,metabolism and,energy,物质代谢-联系-转化,TCA cycle那么是Saccharide、Fat、Pro三大物质互相转化的枢纽,一、代谢网络,糖代谢为蛋白质的合成提供,碳源和能源：,如糖分解过程中可产生,Pyr,，,Pyr,经,TCA,cycle,生,KG,和,OAA,，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的,AA,。糖分解过程中产生的能量可供,AA,和,Pro,的合成之用。,蛋白质分解产生的,AA,，在体内可以转变为,Sugar,。如：多数,AA,在脱氨后转变为,Pyr,，经,糖原异生,作用可生成,Sugar,，这类氨基酸称为生糖氨基酸。,1、糖代谢与蛋白质代谢的关系,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。,脂类与蛋白质之间可以相互转化：,脂类分子中的甘油,丙酮酸,FA,OAA,-,KG,AA,Pro,2、脂类代谢与蛋白质代谢的关系,AcCoA,-Oxidation,TCA Cycle,OAA,KG,Malate AA,琥珀酸,乙醛酸循环,甘油,生酮氨基酸,生糖氨基酸,乙酰乙酸,FA,丙酮酸,AcCoA,丙二酸,单酰辅酶,A,脂肪,糖与脂类物质也能相互转变：,糖,磷酸二羟丙酮,丙酮酸,甘油,乙酰辅酶,A,脂肪酸,脂类,甘油,-,甘油,磷酸,磷酸二,羟丙酮,糖,脂肪酸,AcCoA,琥珀酸,OAA,丙酮酸,-,氧化,乙醛酸循环,TCA,CO,2,+H,2,O,3、糖代谢与脂类代谢的关系,糖尿病：,脂肪,ketone body,acetone body,乙酰乙酸、,丙酮、-羟丁酸,在血液中产生酸,中毒或到达肌肉,中提供能源,在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况,核酸,核苷酸,ATP,UTP,CTP,GTP,能量和磷酸基团的供给,单糖的转变和多糖的合成,参与卵磷脂的合成,给蛋白质合成提供能量,AMP,辅酶、组氨酸等,Gly、Asp、Gln,嘌呤、嘧啶,蛋白酶,核苷酸、核酸的合成,蛋白因子,核苷酸、核酸的合成,4、核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系,1. 相对立的单向反响opposing unidirectional reaction：,糖代谢的例子：,G + ATP 6-p-G + ADP变构抑制,6-p-G +H2O G + Pi,脂代谢的例子：,乙酸ATPCoA 乙酰CoA AMPPPi,乙酰CoA + H2O 乙酸 +oA,硫激酶,硫酯酶,二、代谢的单向性 和多酶系统,HK,-p,葡萄糖酶,2. 细胞中的酶常常为了催化一系列连锁反响而联系成多酶系统，根据多酶系统构造的复杂程度，可分三种类型：,酶分子呈溶解状态如EMP,PPP,-氧化,酶分子构造比较严密(如FA synthetase complex , Pyruvate DHase complex,-KG DHase complex),酶连接在膜上或核蛋白体上,ATP,ADP+Pi,太阳能,化学能,生物合成,细胞运动,膜运输,能荷=,ATP+0.5ADP,ATP+ADP+AMP,三、,代谢与能量,有机体从环境中获得能量的方式各有不同，有的利用太阳的辐射能，有利用氧化复原反响释放的化学能不管哪种形式，细胞都能将它转化成高能分子ATP。,NADPH以复原力形式携带能量,复原性有机物 分解代谢 氧化产物,复原性生物合成产物 复原性生物合成反响 氧化前体,NADPH+H,+,NADP,+,代谢的根本要略在于形成ATP、复原力和构造单元用于生物合成,基因表达的调节酶含量的调节,A B,E,X,底物水,平的调节,酶水平,的调节,酶活性的调节,酶含量的调节,酶的定位调节,辅助因子,的调节,产物调节,酶是生物反响的催化剂，酶的相对数量决定代谢反响的进程和方向。通过酶的合成和降解，细胞内的酶含量和组分便发生变化，因而对代谢过程起调节作用。生物细胞的这种通过改变酶的合成和降解而调节酶的数量，被称为“粗调。通过粗调，细胞可以开动或完全关闭某种酶的合成，或适当调整某种酶的合成和降解速度，以适应对这种酶的需要。,Section 2,基因表达的调节,生物体的每个活细胞都含有一样的一整套基因。,基因表达具有高度的时空专一化：如肌红蛋白基因肌细胞,基因表达的调控：生物有机体对其基因表达的时空程序、表达速率等所进展的调节和控制。,本底水平表达：调控处于关闭状态，只翻译极少量的蛋白质,一、原核生物基因的转录和翻译调控,原核生物的DNA：,单个裸露的DNA,不编码占5%,转录和翻译同一时间，地点进展,转录水平调控(主) ，兼有翻译水平调控,根据基因表达产物可划分： 组成型蛋白：基因表达不受时期、部位、,环境影响组成型表达。 调节型蛋白/适应型蛋白：基因表达受时 期、部位、环境影响非组成型表达。,一种生物的整套遗传密码可以比作一本密码字典,该种生物的每个细胞中都有这本字典。为什么基因只有在它应该发挥作用的细胞内和应该发挥作用的时间才能呈现活化状态,结论：必然有一个基因调控系统在发挥作用。,DNA,level,Transcription level,Translation level,基因调控主要在三个水平上进展:,突变子：突变的最小单位,基因 重组子：交换的最小单位,顺反子作用子：功能单位基因,基因可进一步分为不同类型：,(1)构造基因：可编码RNA或蛋白质的一段DNA,序列,(2)调控基因：其产物参与调控其他构造基因表,达的基因,(3)重叠基因：指同一段DNA的编码顺序，由于阅读框架(ORF)的不同或终止早晚的不同，同时编码两个或两个以上多肽链的现象,(4)隔裂基因：指一个构造基因内部为一个或更多的不翻译的编码顺序，如内含子所隔裂的现象,(5)跳跃基因：可作为插入因子和转座因子移动的DNA序列，有人将它作为转座因子的同义词,(6)假基因：同的基因相似，但位于不同位点，因缺失或突变而不能转录或翻译，是没有功能的基因,1,、转录水平的调控,原核生物基因表达的调控主要发生在转录水平,当需要某一特定基因产物时，合成这种,mRNA,。当不需要这种 产物时，,mRNA,转录受到抑制,正调控：是经诱导物诱导转录的调控机制，即诱导物与另一蛋白质结合形成一种激活子复合物，与基因启动子DNA序列结合，激活基因起始转录,负调控：阻遏物阻止转录过程的调控，即阻遏物与DNA分子结合，阻碍RNA聚合酶转录，使基因处于关闭状态。只有当阻遏物被除去之后，转录才能起动，产生mRNA分子,原核生物中基因表达以负调控为主。真核生物中那么主要是正调控机制。,转录水平的负调控与正调控,2、乳糖操纵元(可诱导操纵子),E.coli的乳糖降解代谢途径：,Monod等发现，当E.coli生长在含有乳糖的培养基上时，Lactose代谢酶浓度急剧增加；当培养基中没有Lactose时，Lactose代谢基因不表达，乳糖代谢酶合成停顿。,Jacob和Monod1961提出了乳糖操纵元模型，用来阐述乳糖代谢中基因表达的调控机制,负责乳糖代谢的3个酶：,1、-半乳糖苷酶,2、半乳糖苷透性酶,3、硫代半乳糖转乙酰基酶具体功能不详,操纵子模型operon model),操纵子模型是原核生物基因表达的调节机制。大肠杆菌乳糖操纵子是第一个被发现的操纵子Monod和Jacob，1961,操纵子及调节基因示意图,操纵子Operon :,基因表达的协调单位,它们有共同的控制区和调节系统。包括在功能上彼此有关的构造基因和控制部位.,或指染色体上控制酶蛋白质合成的功能单位，包括一个操纵基因，一群功能相关的构造基因以及在调节基因和操纵基因之间专管转录起始的启动基因启动子。,调控区 信息区,调节基因(i) 启动子(p) 操纵基因(o) 构造基因,操纵子,DNA控制蛋白质合成的功能单位,DNA,控制蛋白质合成的功能单位,乳糖操纵子模型,调节基因,操纵基因,乳糖构造基因,阻遏蛋白,诱导剂,乳糖,-,半乳糖,苷酶,半乳糖苷,通透酶,硫半乳糖苷,转乙酰基酶,启动子基因,操纵基因,基因合成的开关,关阻遏蛋白阻挡操纵基因，构造基因不表达,开,诱导物,阻止,阻遏蛋白,功能发挥。,转录起点,5/ 负模 3/,上游 下游+,3/ -1 +1 正编 5/,mRNA,互补于负链,转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游转录区，转录起点左侧为上游，用负数表示：-1，-2，-3。,乳糖操纵元的正调控,除了阻遏蛋白能抑制,lac,操纵元转录外，其它因子也能有效地抑制,lac mRNA,转录，这个因子的活性与,Glc,有关：,Glc,抑制腺苷酸环化酶的活性,腺苷酸环化酶催化,ATP,cAMP,cAMP+,代谢激活蛋白,(CAP),cAMP-CAP,复合物，作为,操纵元的正调控因子,当cAMP-CAP复合物的二聚体插入到lac启动子区域特异核苷酸序列时，使启动子DNA弯曲形成新的构型，RNA聚合酶与这种 DNA 新构型的结合更加结实，因而转录效率更高。,在有葡萄糖存在时，不能形成cAMP，也就没有操纵元的正调控因子cAMP-CAP复合物，因此基因不表达。,乳糖操纵子的正调控,R,LacZ,LacY,LacA,mRNA,mRNAZ,mRNAY,mRNAA,基 因 表达,CAP,基因,构造基因,T,CAP,O,CAP,结合部位,RNA,聚合酶,T,cAMP - CAP,P,葡萄糖,分解代谢产物,腺苷酸环化酶,磷酸二酯酶,ATP,cAMP,5-AMP,抑制,激活,葡萄糖降解物与,cAMP,的关系,cAMP,CAP：降解物基因活化蛋白catabolic gene activation protein,降低,cAMP,浓度,使,CAP,呈失活状态,乳糖操纵元的正调控,通过遗传分析证明Lac操纵元的存在；别离出阻遏蛋白，测定了阻遏蛋白的结晶构造，以及阻遏蛋白与诱导物及操纵子序列结合的构造,阻遏蛋白,乳糖操纵元的不同调控位点,a,：,CAP,结合位点；,b,：,RNA,聚合酶结合位点；,R,：,形成抑制环的区域,3、色氨酸操纵元可阻遏操纵子,E.coli Trp操纵元是合成代谢途径中基因调控的典型例子：,Trp操纵元包括色氨酸合成中5种酶的构造基因。,当培养基中有Trp时，Trp操纵元5种酶的转录同时受到抑制；,在Trp供给缺乏时，发生转录,Trp直接作为共阻遏物或辅阻遏物(corepre-,ssor) 而不是诱导物参与调控Trp mRNA的转录。因此Trp操纵元是一个典型的可阻遏操纵元,阻遏蛋白,操纵基因,结构基因,调节基因,mRNA,酶蛋白,阻遏蛋白不能与操纵基因结合，所以构造基因表达。,酶代谢产物一旦大量积累,阻遏蛋白被产物激活，构造基因不表达。,Trp阻遏物,该阻遏物是Dimer，2个单体灰色和浅蓝色以螺旋转角螺旋构造域与DNA结合。结合的Trp为分子为红色。,色氨酸操纵元的组成,负调控,正调控,操纵子的调控模型,诱导物,诱导物,辅阻遏物,辅阻遏物,4,、阿拉伯糖操纵元,阿拉伯糖操纵元也是解释代谢途径的调控系统，它具有一些与,lac,操纵元相似的特点，但与前述两种操纵元系统的显著区别是,它的同一种调控蛋白,-,Ara C,调控蛋白,既可起正调控,也可起负调控作用,A,、阿拉伯糖操纵元的组成。,R,：调控基因,araC,编码,AraC,蛋白；,O,：操纵子位点；,I,：诱导位点，具有,CAP,结合位点。,B、有ara时，AraC与I位点结合，CAP-cAmp与CAP位点结合，诱导表达构造基因，为正调控,C、无ara时，没有CAP-cAmp复合体与CAP位点结合，AraC二聚体(D)与I及O2同时结合，形成抑制环，抑制转录，表现为负调控。,5、翻译水平的调控,反响调控机制：大肠杆菌有7个操纵元与核糖体蛋白质合成有关。从这些操纵元转录的每一种mRNA，能够被同一操纵元编码的核糖体蛋白质识别与结合。如果其中有一种核糖体蛋白质过量积累，都将与其自身的mRNA结合，阻止进一步翻译。这种结合位点通常包括mRNA 5端非翻译区，也包括启动子区域的 Shine-Dalgarno 序列。,反义,RNA,调控：,反义,RNA,可与目的基因的,5,互补配对，配对的区域通常也包括启动子的,Shine-Dalgarno,序列，使,mRNA,不能与核糖体有效结合，从而阻止蛋白质的合成。,反义,RNA,基因已被导入真核细胞，控制真核生物基因表达。例如，,将乙烯形成酶基因的反义,RNA,导入蕃茄，大大延长了蕃茄常温贮藏期,。,作业题,原核生物中共阻遏物和诱导物如何对基因表达起调控作用。,1高等真核生物的基因组远比细菌的基因组大得多,2很多重复序列与调控作用有关,3染色质构造的变化可以调控基因表达,4存在同一染色体上不同基因间的调控，也存在不同染色体之间的基因调控,调控发生在DNA水平，转录水平，转录后修饰，翻译水平和翻译后修饰等多种层次。多数基因表达调控发生在转录水平,二、真核生物的基因调控,一、DNA的改变,1基因剂量与基因扩增,组蛋白基因是基因剂量效应的一个典型例子。为了合成大量组蛋白用于形成染色质，多数细胞含有数百个组蛋白基因拷贝,基因剂量可经基因扩增临时增加。人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量扩增后高效表达，导致细胞生长失控。有些致癌基因扩增的速度与病症的开展及癌细胞扩散程度高度相关。,2DNA重排,真核生物基因组中的DNA序列可发生重排，这种重排是由特定基因组的遗传信息所决定的，是有些基因调控的重要机制。,抗体分子的根本构造,动物抗体基因重排,一个抗体分子包括两条重链,( H ),和两条轻,( L ),。,氨基端,( N ),是变异区,( V ),，羧基端,( C ),是恒定区,( C ),3DNA甲基化,真核生物中，少数胞嘧啶第5碳上的氢被一个甲基取代，甲基化。甲基化C在DNA复制中可整合到正常DNA序列中。C甲基化在CG双核苷酸序列中发生频率最高。许多真核,生物基因5端,未翻译区富含,CG序列，易甲,基化。甲基化,可降低转录效率。,二、转录水平的调控,(1)启动子与转录因子,同原核生物一样，真核生物基因启动子包括所有顺式调控元件及RNA聚合酶识别位点，可以起始转录形成RNA。,顺式调控元件Cis-acting element:指基因转录起点上游与基因表达调节有关的特异序列。,顺式调控元件,启动子识别,RNA,聚合酶与之结合,增强子促进转录,沉默子是负调节蛋白作用的位点,等,转录因子或反式作用因子Trans-acting factor指识别、结合顺式调控元件的特异蛋白质，激活真核生物基因转录。,真核生物基因转录与原核生物的一个重要区别是：真核生物基因的启动子必须与一系列转录因子结合，才能在RNA聚合酶的作用下起始转录,转录因子,根本转录因子结合在TATA box 和转录起点，与RNA聚合酶共同形成起始复合物。,上游因子结合在启动子和增强子的上游控制位点。,可诱导因子与应答元件相互作用,转录方向用箭头表示，转录起始点用,+1,表示,真核生物基因,(A),在,5,端启动子的顺式调控元件,原核生物基因,(B),在,5,端启动子的顺式调控元件,TATA,盒,CAAT,盒,GC,盒,增强子,顺式作用元件,构造基因,-GCGC-CAAT-TATA,转录起始,真核生物启动子保守序列,(2)强化子增强子,转录强化子是真核生物基因转录中的另一种顺式调控元件，通常位于启动子上游700-1000bp处，离转录起始点较远,与转录激活子结合，改变染色质的构型,使DNA弯曲形成环状构造，使强化子与启动子直接接触，以便通用转录因子、转录激活子、RNA聚合酶一起形成转录复合体，从而提高mRNA合成效率,强化子主要有两个功能,:,DNA,环化与转录活性,强化子竞争控制基因表达,(3)激活子,激活子是一种与强化子结合的蛋白质，也属 于一种转录因子,正激活子 真激活子,促进转录 抗阻遏物激活子,激活子,负激活子：抑制转录,转录因子,反式作用因子转录因子识别结合DNA的主要几种基序构造,Zinc finger,Leucine ziper,常见的DNA结合域：, 锌指zinc finger,由,Cys-His,与锌离子形成的具有三个手指的锌指构型,(a),模式图,(b),与,DNA,结合，一个手指与,DNA,大沟结合,亮氨酸拉链leucine zipper,二聚体形成的拉链,(a),模式图,(b),与,DNA,结合时的剪刀状构型,螺旋环螺旋helix-loop-helix,衰减子: 是DNA分子中的调控序列，首先发现在细菌Trp操纵子中，此类序列具有使转录终止的作用，即一种位于构造基因上游前导区的终止子。,增强子：是DNA分子中的调控序列，发现真核生物和病毒中，远距离作用于同一条DNA的启动子，对转录起增强作用。,衰减作用(,attenuation),衰减子作用,1、真核细胞基因转录起点上游与基因表达调控有关的主要顺式作用调控元件有哪些？他们的主要功能是什么？ 2、简述原核细胞DNA复制与RNA的生物合成有何不同。 3简述原核细胞蛋白质合成的过程。 4、真核细胞RNA聚合酶的细胞定位和合成RNA的类型如何。 5蛋白质合成体系需要哪些生物大分子参加？其功能分别是什么？,作业题：,复习思考题：,1. 概念：,1操纵子2增强子,3顺式作用元件4反式作用因子,5基因组6基因表达,2. 简述操纵子的构造与功能。,3. 简述乳糖操纵子的调控原理。,4. 简述基因表达调控的主要要素。,三、转录后的调节,转录后的调节：对mRNA转录后的加工,也称为成熟、输出核外、胞浆内定位和降解等过程的调控.,包括：,1、真核生物mRNA转录后的加工,2、转录产物由细胞核向胞质运输,3、mRNA在胞质中的定位,四、翻译水平的调节,翻译水平的调节的类型： 不同mRNA翻译能力的差异、翻译阻遏作用、反义RNA的作用,1. 翻译阻遏translational repression,当有过量核糖体蛋白质存在时，可引起它自身以及有关蛋白质合成的阻遏。这种在翻译水平上的阻遏作用叫翻译阻遏。,2.反义RNA,反义RNA指具有互补序列的RNA。亦称为干扰,mRNA的互补RNA。调节基因表达；抑制有害基因的表达,原核生物和真核生物的调节方式是有所不同,原核生物mRNA翻译水平的调节：受控于5末端与核糖体的结合部位，该部位通常位于起始密码子AUG上游约10个核苷酸的地方，往往由一段富含嘌呤的序列组成，称为SD序列Shine-Dilgavno)。凡有明显SD序列特征性部位，翻译起始频率就高，反之那么低。,真核生物在翻译水平上的调节：主要是控制mRNA的稳定性和有选择的进展翻译。 mRNA的加帽和加尾修饰有利于mRNA的稳定,五、酶降解的调节,酶合成的诱导和阻遏作用可以调节酶的数量，相反,酶的降解速度也能调节细胞内酶的含量。,酶的降解是由特异的蛋白质水解酶催化的。在细胞内常含有各种水解酶，其水解蛋白质的种类和速度随细胞的生长状态和环境条件而不断变化。如大肠杆菌在指数生长期，蛋白酶的总活性较低，但当大肠杆菌由于营养缺乏而处于静止期时，便诱导合成蛋白水解酶，分解细胞内不需要的蛋白质,植物种子在萌发时蛋白酶的合成速度也明显增加，用于分解种子中的贮藏蛋白质供幼苗生长之用。,细胞内酶的数量决定于其合成速度与降解速度的比值，是多种因素综合作用的结果。,Section 3,酶活性的调节,酶原激活,Activation of proenzyme(prozyme,enzymogen),酶的变构调节,Allosteric regulation,酶的共价修饰和级联系统 Covalent modification and cascade amplification of enzyme,前馈和反响作用,Feedforward and feedback,1.酶原：酶的无活性前体。,2.酶原激活不可逆的共价修饰：某些酶先以无活性的酶原形式合成或分泌，然后在到达作用部位时由其它酶作用，使其失去局部肽段从而形成或暴露活性中心、形成有活性酶分子的过程。,一、酶原激活,Activation of chymotrypsinogen,chymotrypsinogen,trypsin,（245,AA,残基）,A chain + B chain,（,1-15,）,（,16-245,）,C chain + D chain,+,E chain,（1-13） （ 16-146 ） （ 149-245）,chymotrypsin,-,胰凝乳蛋白酶,Ser14-Arg15,Thr147-Asn148,水解芳香族,AA,羧基形成的肽键,Chymotrypsinogen,5,对二硫键,Chymotrypsin,5,对二硫键,Trypsinogen,六肽,肠激酶,Trypsin,Chymotrypsinogen,Chymotrypsin,Proelastase,Elastase,Procarboxypeptidase,Carboxypeptidase,水解,Arg Lys,羧基形成的肽键,Activation and function of trypsinogen,Trypsinogen,Trypsin,电荷接力系统,电荷中继网,二、,酶的共价修饰和级联系统,1. 共价修饰Covalent modification：,指在专一性酶的催化下，某些小分子基,团共价地结合到被修饰的酶分子上，使被,修饰酶的活性发生改变，从而调节酶活,性。,1共价修饰调节酶：即通过共价修饰调节活性的酶叫共价修饰调节酶。,2共价修饰的类型：,磷酸化/去磷酸化主要存在于动、植细胞中,腺苷酰化/去腺苷酰化；主要存在细菌中,乙酰化/去乙酰化；尿苷酰化/去尿苷酰化；,甲基化/去甲基化；S-S/SH,蛋白质的化学修饰：,是指在较温和的条件下，以可控制的方式使蛋白质与某种试剂称化学修饰剂起特异反响，以引起蛋白质中个别氨基酸侧链或功能团发生共价化学改变。,糖原磷酸化酶和糖原合成酶活性的调节,糖原的合成,糖原合成酶,a,(,脱磷酸化，有活性),糖原磷酸化酶,b,(,脱磷酸化，无活性),ATP ADP,Pi H,2,O,糖原合成酶,b,磷酸化，无活性),糖原磷酸化酶,a,磷酸化，有活性,ATP ADP,Pi H,2,O,糖原的分解,2. 级联系统cascade system：,连锁代谢反响中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始信号的放大。这样的连锁代谢反响系统叫级联系统。,实例：肾上腺素作用于膜受体，引起效应器活化，进而引发一系列的胞内连锁反响。,依赖于cAMP的蛋白激酶叫蛋白激酶A,protein kinase APKA,肾上腺素的级联放大作用,1 使信号激素信号放大:肾上腺素浓度,10-810-10 mol/L，可引起强烈的胞内效应产生葡萄糖5.0mmol/L,2提供了更多的调控位点，使代谢过程能对细胞内外多种因素的变动作出调整,3使关键的调节酶能够更灵敏和更灵活地控制代谢反响，在不同情况下对各种代谢物和终产物有不同的应答反响。,肾上腺素-,cAMP,的信号转导途径,受体,G,蛋白（一类,GTP,结合蛋白）,肾上腺素主要是调节糖代谢, 它能够促进 肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中 的乳酸含量。和胰岛素的作用不同,S,0,S,1,Sn,E,0,E,1,E,n-1,+或-,反响,+或-,正作用：凡反响物能使代谢过程速度加快者称为正作用。,负作用：凡反响物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。,三、反响与前馈作用,反响与前馈作用,前馈,1.前馈作用(feedforward),输入对输出的影响。在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反响的调节酶有作用。,(1)前馈激活feedforward activation,G G-6-p 6-p-F 1.6-二p -F PEP Pyruvate,丙酮酸激酶,前馈激活,(2)前馈抑制(,feedforward inhibition),乙酰,CoA + CO,2,+H,2,O + ATP,丙二酸单酰,CoA + ADP+Pi,乙酰,CoA,羧化酶,前馈抑制,2.反响作用feedback,在连锁代谢反响中，代谢产物对前面的某一酶有作用,(1反响激活feedback activation,(2) 反响抑制feedback inhibition,A. 一价或单价反响抑制monovalent feedback inhibition ,A B C D P,E,1,E,2,E,3,E,4,反响抑制,B. 二价或多价反响抑制divalent or multivalent feedback inhibition,A B C D,E,1a,E,3,X,Y,在Lys Met Ile合成时的反响抑制,B,1,同工酶调节,E,2,E,3,E,1b,B2 顺序反响抑制,A B C D,E,1,E,4,E,5,X,Y,存在芳香族氨基酸合成的过程中,B3 协同反响抑制,A B C D,E,4,E,5,E,1,X,Y,存在于,Lys Thr,的合成中,B4 累积反响抑制,A B,E,D,E,F,谷氨酰胺合成酶受到各种终产物的累积反响抑制,Section 4,代谢的区域化,一、细胞构造于酶的空间分布,二、细胞膜构造对代谢的调节和控制,由膜包围的多种细胞器分布在细胞质内，如细胞核、叶绿体、线粒体、溶酶体、高尔基体等。,各细胞器均包含有一整套酶系统，执行着特定的代谢功能。,例如糖酵解、磷酸戊糖途径和脂肪酸合成的酶系存在于细胞质中；三羧酸循环、脂肪酸-氧化和氧化磷酸化的酶系存在于线粒体中；核酸合成的酶系大局部在细胞核中；蛋白质合成酶系在微粒体中，水解酶系在溶酶体中。,一、细胞构造与酶的空间分布,酶或酶系,所在区域,酶或酶系,所在区域,糖酵解酶系,TCA,酶系,磷酸戊糖途径酶系,脂肪酸,氧化酶系,脂肪酸合成酶系,尿素合成酶系,胞浆,线粒体,胞浆,线粒体,胞浆,线粒体和胞浆,蛋白质合成酶系,DNA,聚合酶,RNA,聚合酶,水解酶类,粗面内质网,细胞核,细胞核,溶酶体,真核细胞内某些酶的区域化分布,节首,二、细胞膜构造对代谢的调节和控制,膜构造对代谢具有非常重要的调控作用：,1.控制跨膜离子浓度和电位梯度,2.控制细胞和细胞器的物质运输,3.内膜系统对代谢途径的分隔,4.酶与膜的可逆结合,
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