物质代谢的调节控制总结 一、物质代谢的相互调节 1、在能量代谢上的相互联系 共同中共同最终糖氧间产物
代谢通路
脂肪蛋白质乙酰CoA
TAC
2H
化磷酸化
ATPCO2
2、物质代谢之间的相互联系 1） 糖代谢与脂代谢的相互联系 摄入的糖量超过能量消耗时
脂肪的甘油部分能在体内转变为糖 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响：饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时 2） 糖与氨基酸代谢的相互联系 ①大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的α-酮酸，可转变为糖。
②糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸
3） 脂类与氨基酸代谢的相互联系 ①蛋白质可以转变为脂肪 氨基酸——α-酮戊二酸——乙酰CoA——脂肪 ②氨基酸可作为合成磷脂的原料
③脂肪的甘油可转变为非必需氨基酸 4） 核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系 ①氨基酸是体内合成核酸的重要原料 ②磷酸戊糖途径提供核糖磷酸 5） 核酸代谢与糖、脂肪、蛋白质代谢的相互联系
二、代谢调节的种类与机制 1、基本概念 1） 代谢网络 细胞中生物分子成千上万，它们最终都与几类基本代谢联系，进入一定的代谢途径，从而物质代谢有条不紊进行。不同的代谢途径又通过交叉点上关键的共同中间代谢产物得以 通，形成经济有效、运转良好的代谢网络。 2） 代谢调节： 生物体对自身各种代谢途径方向的控制和代谢反应速度的调节。普遍存在于生物界，是生物的重要特征。 3） 单细胞生物： 主要通过细胞内代谢物浓度的变化、对酶的活性及含量进行调节，这种调节方式称为原始调节或分子水平代谢调节。 4） 高等生物： 三级水平代谢调节（分子水平、细胞水平、激素水平与神经系统的整体水平）。 ①内分泌细胞及器官分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。 ②在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。 ③分子水平调节是整个代谢调节的基础。 2、分子水平的调节 1） 代谢途径的速度和方向由关键酶的活性决定 限速酶：速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度。 催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。 这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。 糖原合成：糖原合成酶；糖原分解：糖原磷酸化酶。 2） 酶水平的调节：酶活性的调节，酶量的调节 ①酶活性的调节：通过改变酶的活性在数秒、数分钟内完成的快速代谢调节，包括变构调节和化学修饰调节。 ② 酶量的调节：通过改变酶的含量在数小时、几天内完成的迟缓代谢调节，包括酶蛋白降 解和酶蛋白合成的诱导与阻遏。 3） 变构调节 ①代谢终产物反馈调节：抑制或激活反应途径中的关键酶，使代谢物不致生成过多。 ②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。 ③ 变构调节使不同的代谢途径相互协调。 ④ 酶促化学修饰调节 修饰形式：磷酸化/去磷酸化（主）、乙酰化/去乙酰化、腺苷酰化/去腺苷酰化、甲基化/去甲基化、尿苷酰化/去尿苷酰化、氧化(S-S)/还原(2SH) 4） 酶量的调节 酶降解的调节：通过改变酶蛋白分子的降解速度调节酶的含量 酶合成的调节（基因表达调控）：底物对酶合成的诱导和阻遏、产物对酶合成的阻遏、激素对酶合成的诱导、药物对酶合成的诱导。 酶水平的调节机制是最基础、最关键的代谢调节。 3、细胞水平的代谢调节： 区域化： 代谢途径有关酶类常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域。 对酶的底物转运（浓度）起调节作用。 对酶的活性起调节作用（结合状态、可溶性、激活因子等）。酶隔离与区域化分布的意义：避免了各种代谢途径互相干扰。 4、整体水平的代谢调节 内、外环境改变——机体相关组织分泌激素——激素与靶细胞上的受体结合——靶细胞产生生物学效应，适应内外环境改变
三、主要代谢途径的调节控制 1、糖酵解途径的调控 1） 限速酶：果糖磷酸激酶 ①ADP、AMP、β-D-果糖-2,6-二磷酸是别构激活剂；ATP、H+是别构抑制剂； ②ATP／AMP比值对该酶括性的调节对细胞有重要的生理意义； ③H+可抑制果糖磷酸激酶活性，它可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒； ④柠檬酸可增加ATP对酶的抑制作用；β-D-果糖-2,6-二磷酸可消除ATP对酶的抑制效，使酶活化（控制酶构象转换） 2） 己糖激酶：G-6-P是该酶的别构抑制剂 （反馈抑制）。 3 ） 丙酮酸激酶 ① 果糖-1,6-二磷酸是该酶的激活剂（前馈激活），丙氨酸是该酶的别构抑制剂。 ② 丙氨酸抑制丙酮酸激酶的活性，可避免丙酮酸的过剩（反馈抑制）； ③ ATP、乙酰CoA等也可抑制该酶活性，减弱酵解作用（反馈抑制） 2、脂代谢的调节 1） 神经调节：主要体现在季节变化，秋季脂肪合成增多，以利冬天保暖；春季脂肪分解增多，因要合成大量的性激素和繁育后代消耗能量。 2） 激素调节：促进脂肪分解的激素很多，如肾上腺素、生长激素、胰高血糖素、促肾上腺 皮质激素、甲状腺素、促甲状腺素等；促进脂肪合成的激素有胰岛素、前列腺素。 3） 脂肪动员的调节 4） β-氧化的调节 限速步骤：脂酰基进入线粒体，丙二酸单酰CoA的浓度增加，可抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ，限制脂肪氧化。 [NADH]/[NAD+]比率高时，β－羟脂酰CoA脱氢酶便受抑制。 乙酰CoA浓度高时，可抑制硫解酶，抑制氧化（脂酰CoA有两条去路：氧化和合成甘油三酯）。 5） 酮体生成的调节 ①饱食：胰岛素增加，脂解作用抑制，脂肪动员减少，进入肝中脂肪酸减少，酮体生成减少。 ② 饥饿：胰高血糖素增加，脂肪动员加强，血中游离脂酸浓度升高，利于β-氧化及酮体的生成；当草酰乙酸浓度很低时，只有少量乙酰CoA进入TCA，大多数乙酰CoA用于合成酮体。当乙酰CoA不能再进入TCA时，肝脏合成酮体送至肝外组织利用，肝脏仍可继续氧化脂肪酸。 ③ 乙酰CoA及柠檬酸能激活乙酰CoA羧化酶，促进丙二酰CoA的合成，丙二酸单酰CoA能竞争性抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ，阻止脂酰CoA进入线粒体内进行β氧化。 ④ 肝糖原含量的影响：肝细胞糖原含量丰富时，脂肪酸合成甘油三酯及磷脂；肝细胞糖供给不足时，脂肪酸主要进入线粒体，进入β-氧化，酮体生成增多。 6） 脂肪酸合成的调节 ①限速酶：乙酰-CoA羧化酶 ②别构调节：柠檬酸激活、软脂酰CoA抑制 ③共价调节：磷酸化会失活、脱磷酸化会复活 ④胰高血糖素可使此酶磷酸化失活，胰岛素可使此酶脱磷酸化而恢复活性。
四、基因表达调控 1、结构基因与调节基因 ①结构基因：编码蛋白质或RNA的任何基因。 ②调节基因：参与其他基因表达调控的RNA和蛋白质的编码基因。 ③调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合而控制受调节基因的转录，是基因表达调控的关键。 2、操纵基因和阻遏蛋白 ①操纵基因（O）：与启动子相邻的顺式作用位点，是阻遏蛋白的靶点。 ②阻遏蛋白：调节基因的产物，与操纵基因的结合可以阻止受调节基因的表达。 ③当阻遏蛋白与操纵基因结合时，就会阻止RNA聚合酶启动转录，基因的表达就被关闭。在无阻遏蛋白时，RNA聚合酶可以识别受调节基因的启动子，使这种基因得到表达。 3、原核生物的基因调控 1） 原核生物的基因调控可以发生在转录和翻译等不同阶段，但以转录水平为主。 2） 原核生物许多功能相关的结构基因，特别是编码同一代谢途径的酶的基因，一般成簇排列，能受同一启动子的共同控制。 3） σ因子决定RNA聚合酶识别特异性。 4） 转录水平的调控--操纵子学说：解释了原核生物的基因表达在转录水平上是如何调控的 操纵子：原核基因表达的协同单位，即核酸分子上调控基因转录活性的基本单元，由结构基因、操作基因（O）和启动子（P）组成。 诱导作用：用诱导物来促进酶的合成。 阻遏作用：用阻遏物来阻止或降低酶的合成。 诱导型操纵子—乳糖操纵子 5） 转录水平的调控--基因转录的时序调控 时序调控：生物生长发育过程中，基因表达按一定的时间顺序而展现的调控方式。 N：编码一种抗终止子蛋白，通过对寄主细胞RNA聚合酶的修饰，使RNA聚合酶通过早早期基因的终止子，继续转录迟早期基因。 Q：与N基因相似的抗终止因子，使使RNA聚合酶通过迟早期基因的终止子，继续转录晚期基因。 6） 翻译水平的调控--翻译过程中的自体调控 ① 阻抑蛋白对翻译起始的调控：阻抑蛋白通过与mRNA的特定区域结合，抑制核糖体对翻译起始区的识别。这种调控最常见的形式是，调控蛋白与含有起始密码子AUG的序列直接结合，从而阻止核糖体的结合。 ② mRNA二级结构对翻译的调控：翻译一个顺反子需要二级结构的改变。mRNA上有多个核糖体存在时，第一个顺反子的翻译会破坏mRNA原有的二级结构，使核糖体能够与下一个顺反子的翻译起始区域结合。 7） 糖体蛋白质合成的自体调控 核糖体蛋白基因组成若干个操纵子：每个操纵子都有自己的调节蛋白，这种调节蛋白都是核糖体蛋白本身，而且都是核糖体上与rRNA结合的蛋白。 当细胞中有游离rRNA时，调节蛋白优先和rRNA结合；当rRNA被饱和后，多余的调节蛋白就与mRNA上的结合位点结合，这些结合位点靠近或包含SD序列，阻碍mRNA的翻译。 该过程促进与rRNA结合的核糖体蛋白维持与rRNA相应的水平，而操纵子中的其它蛋白质则可按自身需要合成。 8） 应急应答 ①应急反应：又称严紧反应，当细菌发现它们处于很差的生长环境，缺乏足够的氨基酸来维持蛋白质合成时，它们停止大部分代谢活动来保存能源。 ② 应急反应时，细胞产生两种非正常的核苷酸（预警子）：ppGpp（鸟苷四磷酸）和pppGpp （鸟苷五磷酸）。 ③ 预警子的产生机制： 作用机制：在应急反应条件下，氨基酸缺乏，空载tRNA进入核糖体位点， RelA合成（p）ppGpp，驱逐空载tRNA。根据氨酰tRNA的存在与否，核糖体重新进行多肽合成，或发生另一次无效反应。