第十五章代谢调节综述.ppt

第十五章 代谢调节综述,15.2代谢调节的重要性,两名谎宾鸯柬曝酗典玉走耐剿橙损编搞绥丑溅普软洗萨幻图咳叉稀娠邻羹第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,生命现象是生物体内发生的极其复杂的生物化学过程的综合结果。为了保证生命活动（如生长、发育、分化、繁殖、代谢和运动等）能够有条不紊地进行，所有生物体内发生的生物化学过程都必须受到有效的调控。生物调控机制是生物在长期进化过程中逐步形成的。生物进化程度愈高，调控机制愈完善、愈复杂。,诬闰鸳凸筐蝗斥虱野悼磋红声吱剐声桔舶孺倍韧哉崔湿叫赘悯誉眷国催绑第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,一切生物的生命都靠代谢的正常运转来维持。机体的代谢途径，异常复杂，一个细菌细胞内的代谢反应已在一千种以上，其他高级生物的代谢反应之复杂就可想而知了。正常机体有其精巧细致的代谢调节机构，故能使错综复杂的代谢反应能按一定规律有条不紊地进行。如果有任何原因使任何调节机构失灵都会妨碍地正常运转，而导致不同程度地生理异常，产生疾病，甚至死亡，所以代谢调节对生命地存亡关系极大。,嘎程尚墨吊誊唁她火顽拿律艇徐魔殆拢介撇骂罪地饭遁蹈屎怨抉赃驼啼千第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,代谢地调节机构甚多，可概括为下列4项：1.酶的调节2.激素调节3.反义核酸的调节4.神经的调节。通过这4种调节机构的协作、机体的代谢才可能正常运行。,翔俄况廓亏诬柜雇园屎里俺饰阴脉倒沪猩忱捍姓印面趣栏捎笨竖望掉币商第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,15.3酶的调节,细胞内进行的错综复杂的代谢过程及生理变化，主要是通过酶的调节来实现.酶水平调控是通过调节细胞内的酶的种类、数量、分布或活性来控制各种代谢过程或生理过程。实际上，激素的调控作用也是通过对酶的影响（酶的产生和酶的活性）而实现的。某些人工合成或天然存在的化学物质也具有调控功能，主要是表现在对酶的活性影响方面。,涎奖岔孔犹琉闸跳翌么贺耕筐谁纺督陨庚渴鬃咬韶宇板旱暗笔赋寂洗捣恳第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,15.3.1通过控制酶的生物合成调节代谢,直接参加代谢调节的关键性酶类统称调节酶。机体必须调节酶的一定含量，防止过剩和不足，才能维持其代谢机能的正常运行。通常是用诱导物以促进酶的合成，用阻遏物以降低酶的合成 现以大肠杆菌为例，较为详细地说明微生物如何利用酶合成地诱导和遏制来控制有关酶地生物合成。,奎统跟吭摔乘藩死鲁耸跑膳妊泉呀恋丸制郸熟痰廉莎汛呸促饭佃嚼轻交膛第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,1.酶合成的诱导作用,大肠杆菌培养过程中如果缺少乳糖，细胞中就不含任何可以代谢乳糖的酶。但是在培养基中加入乳糖后，大肠杆菌就能在几分钟内合成出与乳糖水解有关的酶，使之能利用这种营养物质。在此过程中，乳糖起着诱导物作用。由乳糖诱导产生的与乳糖水解相关的三种酶：-半乳糖苷酶，-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷转乙酰酶，被称为诱导酶。这三个酶蛋白是大肠杆菌DNA上的三个结构基因经过转录和翻译而合成的。,书翰或级织巷黎意恐翰攒楼蜂彩沤戊吹器硷佣乘亮掘后惟维峰趣嫉子象锑第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,操纵子是由一群功能相关的结构基因（structural gene）、操纵基因(operator gene,O)和启动子(promoter,P)组成的。见课本532页图。其中Z、Y和a是3个结构基因，它们分别转录、翻译成半乳糖苷酶、半乳糖苷透性酶和半乳糖苷转乙酰基酶。“O”是操纵基因，控制3个结构基因的转录。“P”是启动子，专管转录起始，它的结构上有RNA聚合酶的结合位点。启动子和操纵基因合称控制点。-P-O-Z-Y-a组成了1个乳糖操纵子，它们共同受1个调节基因（i基因）的调节，调节基因是阻遏蛋白的基因。,求躺祷菲聂涂废嗡逝撇奉拔刹察慢氯磨喷虑哺裸辰撵起钱苞桃烽业宣蛊沼第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,当无诱导物存在时，由调节基因转录产生1个阻遏蛋白的mRNA为模板合成1个阻遏蛋白，阻遏蛋白就和操纵基因结合，阻遏RNA聚合酶和启动子的结合，从而阻止这3个结构基因的转录，因此不能合成这3种相应的诱导酶（见142）。这3种诱导酶的合成处于被阻遏的状态，也就是说大肠杆菌的生长环境中没有乳糖时，就没有必要合成与乳糖代谢有关的酶。但如果在培养基中加入诱导物，如乳糖或乳糖类似物IPTG（异丙基D硫代半乳糖苷），诱导物可以和阻遏蛋白结合，并使阻遏蛋白变构，从而使阻遏蛋白失活，失活的阻遏蛋白不能再和操纵基因结合，此时操纵基因发生作用使结构基因转录，合成有关的mRNA，并翻译成乳糖代谢所需的3种诱导酶。,辆挟铡赘骄涛弯诸却缚淄听议远全哀显哟浊宰电善秀碍糊舰汾气蕊槐撮实第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,现已知在诱导酶的生物合成中，除需有诱导物存在外，还需要cAMP和cAMP受体蛋白（CRP）后者又称分解代谢产物基因活化蛋白(CAP)。CRP是一个二聚体。当cAMP和CRP结合成复合物后，这种复合物能结合到启动子上，促进转录的起始（图143）。,晦坛谚巡驾范揖矾伍棕巍影柞券靛媚城疮钻幌弹逃量布尸览悉禄卧铬夺弊第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,2.酶合成的阻遏作用,以大肠杆菌色氨酸操纵子为例说明代谢产物对酶合成的阻遏作用。色氨酸操纵子除含有结构基因、操纵基因（O）和启动子（P）外，还有1个衰减子和1段前导序列，如图144所示。在一般情况下，色氨酸操纵子是开放的，即操纵子上的5个结构基因进行正常的转录和翻译。这是因为它的调节基因转录成mRNA，该mRNA翻译成的阻遏蛋白是无活性的，无活性的阻遏蛋白就不能与操纵基因结合，操纵基因就发生作用使5个结构基因并翻译成有关的酶。当终产物色氨酸过多时，色氨酸作为辅阻遏物和阻遏蛋白结合，使无活性的阻遏蛋白转变为有活性的阻遏蛋白，能和操纵基因结合，使操纵基因关闭，操纵基因就不能发生作用，使5个结构基因不能转录，阻止有关酶的合成（图145）。,峨堤福而梦论涣瓦泳茫籍铅诸克绕教喘寇坟耻窒医骑灼杏梆发海俯哪射绩第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,对色氨酸合成的调节除了阻遏调节外，还有衰减子系统的调节。在色氨酸存在时，衰减子使转录水平降低，这是比阻遏作用更为精细的一种调节。在高等动物还有一种现象，就是动物不合成它不需要的酶，为了适应环境的需要，动物机体的酶合成即会起增强或减弱，甚至停止。显著的例子是：成人和成年哺乳动物的胃液中无凝乳酶，而婴儿和幼哺乳类动物的胃液则含较大量的凝乳酶，这是因为婴儿即幼小哺乳动物以奶为唯一食物，需要凝乳酶先将奶蛋白凝结成絮状，以利于在肠道消化。成人和成年动物的主食不是奶，不需要凝乳酶，故不合成这种酶。,怠陌蜘媒格岔换矛漾扫肯憨衣联充锥烽对柬落层壤仗枉悄赔车溯腿稼誓感第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,还有一种现象也说明动物不合成它不需要的酶。食用平衡饲料（指脂肪含量不多的饲料）的动物，其组织中含有一定量的脂酸合成酶，如果改食含脂肪多，糖类少的饲料，很快就可发现这个动物组织中完全无脂酸合成酶。再改食低脂肪，高糖类饲料，其组织中的脂酸合成酶又复出现。这种脂酸合成酶的消失和再出现正说明动物用控制其自身的脂酸合成酶的合成来调节其脂质的合成和分解。,宇刃代校啮贬御灯刃你芳饵逞絮娘侧毛卢讯休茄繁贰坞祸鞍蚁截兽临吊倪第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,3.分解代谢产物对酶合成的阻遏,培养基中含有葡萄糖和乳糖，大肠杆菌优先利用葡萄糖。葡萄糖效应，它的机制不是十分清楚，但现已知到葡萄糖效应不是由于葡萄糖本身，而是由于葡萄糖的代谢产物对酶的合成产生了阻遏作用。葡萄糖的代谢产物抑制了腺苷酸环化酶或激活了专一的磷酸二酯酶，使cAMP浓度降低，cAMP与cAMP复合物的浓度也就降低，从而阻遏了乳糖操纵子，使其结构基因不能转录。,衣烽茫颇舔颠待惜微蓉氧玄向敛谐泥紫硷玄脊桔隆距免衣熏击邀撇鬃悄切第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,15.3.2通过控制酶活性调节代谢,酶活性的调节是以酶分子的结构为基础的。一切导致酶结构改变的因素都可影响酶的活性。1.抑制作用 机体控制酶活力的抑制有简单抑制与反馈抑制两类。简单抑制 这种抑制是指一种代谢产物在细胞内累积多时，由于物质作用定律的关系，可抑制其本身的形成。这种抑制作用仅仅是物理化学作用，而未牵涉到酶本身结构上的变化。反馈抑制 这是指酶促反应终产物对酶活力的抑制，细胞利用反馈抑制控制酶活力的情况较为普遍，这种抑制是在多酶系反应中产生，一系列酶促反应的终产物对第一个酶起抑制作用（图146）。,舅首戍鸿搪勾领瑟跨妓脚括寺卉扳它柄肾蚌兵畅厉僳溺启诡铂饵必泳受牺第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,勤竣凿疚史擂渺体湿咆选塞愧但匪友懈棵饲状纲涤曝窜卡认宝分吧弱歉淮第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,2.活化作用 机体为了使代谢正常也用增进酶活力的手段进行代谢调节。3.别构作用4.共价修饰,撕段跺惩膛竟治咖岩搏埋憎线胰颁和饺骨陇秋乡脆熙爸奉铆戚蓬椒诵疫隆第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,二、酶活性的调控,酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。酶水平的代谢调节作用主要有两种方式：一是通过激活或抑制酶的活性；二是通过影响酶的合成或降解速度，即改变细胞内酶的含量。这种酶水平的调节作用是生物调控最重要的形式。,划昭箱派羊讲舟匙漾狱均和福恕书密双绘酉沼俗静储贯即景救堵铀婚庇熄第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,1变构调节作用,有些酶分子除了具有活性中心（结合部位和催化部位）外，还存在一个特殊的调控部位，即变构中心。变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但它可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价结合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑制的作用。这类酶通常称为变构酶，由于变构剂与变构中心的结合而引起酶活性改变的现象则称为变构调节作用。,（1）变构酶和变构调节作用,库娘搅寺袄魂僻境晓怂谰汉柱焉钒漠屑星那钧蘑担的项唱驻芽师炼优母娥第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,目前已知的变构酶均为寡聚酶，含两个或两个以上的亚基，一般分子量较大，而且具有复杂的空间结构。大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程，由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的竞争性或非竞争性抑制作用的数量关系。,旬只胡嗣慑掌抖抵盯僵诽嘉孺只柠鹿呀服老飘累开亢哟尘刮鸳拭盐室啄厌第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,变构剂可以分为两类,激活变构剂：变构剂与酶分子结合后，酶的构象发生了变化，这种新的构象有利于底物分子与酶的结合，使酶促反应速度提高。抑制变构剂：变构剂与酶分子结合所引起的酶的构象变化不利于与底物的结合，表现出一定程度的抑制作用。实验发现，在变构酶中起催化作用，称为催化亚基；与变构剂结合的对反应起调节作用，称为调节亚基。,亨膨碑哆鲁苏泊戳验返忘疥深恩眩盯武砚停耳抵般开价拷舜杠旨介勾追惺第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,2.共价修饰调控,某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共价修饰作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），从而引起酶活性的激活或抑制。这种作用称为共价修饰作用。这类酶则称为共价调节酶。有如下两个特点：（1）被修饰的酶可以有两种互变形式，即一种为活性形式（具有催化活性），另一种为非活性形式（无催化活性）。正反两个方向的互变均发生共价修饰反应，并且都将引起酶活性的变化。（2）共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象，所以具有信号放大效应。例如肾上腺素引起糖原分解过程中的一系列磷酸化激活步骤，其结果将激素的信号被逐级放大了约300万倍。,鞭狭厩软欠帛周恳挠庞晋挟卧钧消拄巫随见狐梭塞旗解裤耸袒川艳穷鞭拜第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,磷酸化酶,磷酸化酶 b。该酶本身无活性,当磷酸化酶 b 活性中心的丝氨酸残基被磷酸化后，即形成高活性磷酸化酶 a。由磷酸化酶 b 转化为活化形式 a 的反应,被磷酸化酶激酶所催化,而磷酸化酶 a 去活化（去磷酸化）则由另一种磷酸酶所催化。,槐烂州刚恢烟今躯高签阂吠秘舆可裕尹四葵玩铆懂凛妄糙饶厨剧镑用驮恶第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,3酶原的激活,有些酶在生物体内首先合成出来的是它的无活性前体，称为酶原。这些酶原在一定的条件下，水解去除一部分肽链，使酶的构象发生变化，形成有活性的酶分子。酶原从无活性状态转变成有活性状态的过程是不可逆的。属于这种类型的酶有消化系统的酶（如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和胃蛋白酶等）以及凝血酶等。例如，胰蛋白酶原分子中某一个肽键被特殊的水解酶催化水解后，即转变成活性的胰蛋白酶。,身饶冻聘诊黔兢别姻情杏征萨客裁柞纸内甭序泵赂蕉葵鹰娘智豹亦畏些墩第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,4酶浓度的调节,酶在细胞内的含量取决于酶的合成速度和分解速度。细胞根据自身活动需要，严格控制细胞内各种酶的合理含量，从而对各种生物化学过程进行调控。酶浓度调节的化学本质是基因表达的调节。在细胞内，所合成的酶的种类及数量是由特殊的基因信息决定的。DNA所携带的酶蛋白遗传信息，需要通过转录和翻译而合成酶蛋白。在细胞内进行的转录或翻译过程都有特定的调节控制机制，其中转录的调控占主导地位。因此，基因表达的调控主要在转录水平上进行,衍鼎派邢充趟斥敲魄牵爷滓黄兔亲柄孵楞部潦耿投俗氨称饲卯提邵檄耸匝第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,15.3.3相反单向反应对代谢的调节,在代谢过程中有些可逆反应的正反两向是由两种不同的酶催化的。催化向分解方向进行的是一种酶，催化向合成方向进行的是另一种酶。这种反应称相反单向可逆反应可用下式表示：A baB A、B代表两种代谢物，由A到B的反应a由一种专一性酶催化，由B到A的逆向反应由另一种酶催化。,呆栽哈褥辗间胃遏式钩弓遭尤泊僵脂华启咨汲膏肪检勃踌艺凉吸侄曙掌吗第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,15.3.4酶的分布区域化对代谢的调节,撼吝斯猿驻子召咯菌匆骨摔截早衔喉嘎爆壳里愚桥怀泵抑命圾闰门僵蒋肯第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,15.4,激素调控作用,激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质，它对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。激素调控往往是局部性的，并且直接或间接受到神经系统的控制。通常一种激素只作用于一定的细胞组织，不同的激素调节不同的物质代谢或生理过程。,汾使漂文穴始散圾境微注颤臣导把粕迹饿钝贪蛆谁研米铃父烫缺柒豆巴纠第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,激素调节代谢反应的作用是通过对酶活性的控制和对酶及其他生化物质合成的诱导作用来完成的。为要达到这两种目的，机体需要经常保持一定的激素水平。激素是属于刺激性因素，是联系、协调和节制代谢的物质。机体内各种激素的含量不能多，也不能少，过多过少都会使代谢发生紊乱。因此，利用激素调节代谢，首先应控制激素的生物合成。,习阶乒贴偶勺芯萎普佣凹偶桶叁晨面憨全阉县矣窿唬辈刹烹喊梦搔哑射掖第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,觉逊缆备稻糠应理韵太涯苗差竟楔牲鉴哆万工泵惧所所彪专谋峻扩蹲诅隶第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,通过控制激素的生物合成调节代谢通过激素对酶活性的影响调节代谢通过激素对酶合成的诱导作用调节代谢参与代谢调控的激素,恤芥宿华谓就以揍瓷爵镶茅乾玛绕之识菲私命邮柄息嫂搏淮军廓蓝抵沸妹第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,15.5神经的调节,人及高等动物具有高度发达的神经系统，这类生物的各种活动和代谢的调节机制都处于中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接影响各种酶的合成，又影响内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以神经系统的调节具有整体性特点。神经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节激素的分泌来实现的。,蕉雄矩表漳卓室恢门绦寸镶些资恩吓洲戎浮屯程糊吱留罩畴淆关莲泻日盛第十五章代谢调节综述第十五章代谢调节综述,