物质代谢的调节控制总结(共7页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上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 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。 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 蛋白质可以转变为脂肪氨基酸-酮戊二酸乙酰CoA脂肪 氨基酸可作为合成磷脂的原料 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 氨基酸是体内合成

2、核酸的重要原料 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、

3、细胞水平、激素水平与神经系统的整体水平）。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。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。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

4、平的调节：酶活性的调节，酶量的调节酶活性的调节：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。 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。变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。 变构调节使不同的代谢途径相互协调。 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

5、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

6、：果糖磷酸激酶ADP、AMP、-D-果糖-2,6-二磷酸是别构激活剂；ATP、H+是别构抑制剂；ATPAMP比值对该酶括性的调节对细胞有重要的生理意义； H+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； 柠檬酸可增加ATP对酶的抑制作用；-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 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。 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）； ATP、乙酰CoA等也可抑制该酶活性，减弱酵

7、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） -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，限制脂肪氧化。 NADH/NAD+比率高时，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）。

8、5） 酮体生成的调节 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。 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-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。 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，阻止脂酰CoA进入线粒体内进行氧化。 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

9、进入线粒体，进入-氧化，酮体生成增多。6） 脂肪酸合成的调节限速酶：乙酰-CoA羧化酶别构调节：柠檬酸激活、软脂酰CoA抑制共价调节：磷酸化会失活、脱磷酸化会复活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结构基因：编码蛋白质或RNA的任何基因。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。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。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

10、因的表达。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） 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

11、（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 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，

12、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。 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

13、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。 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）。 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。4、真核生物的基因调控1） 在高等真核生

14、物中，各种细胞表型的差异很大程度上取决于那些由RNA聚合酶转录的可编码蛋白质的基因在表达上的不同。2） DNA水平的基因表达调控染色质状态对基因表达的调控 DNA表达状态的调控模型：存在着活性和非活性两种状态，转录复合体或核小体可能形成两种稳定结构。 修饰作用与染色质状态的关系组蛋白的乙酰化：与基因活化有关；组蛋白的甲基化：与基因失活有关；DNA的甲基化：与基因失活有关。 DNA甲基化抑制基因转录的机理：DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。 启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受抑制的程度密切相关。 DNA结构的规律性

15、变化与基因表达调控 基因的丢失：在细胞分化过程中，可通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常丢失整条或部分染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中很少发现类似的基因丢失现象。 基因的扩增：在没发生细胞分裂、整条染色体几乎没复制情况下，染包体的某特定区段进行超量复制。 基因的重排与变换A. 有序重排：高度特异重排，如：免疫球蛋白结构基因的表达。B. 无序重排： 由重复元件之间的重组事件、转座子的转座等产生的染色体的重新排列。C. 基因的变换：基因序列的改变导致一个基因变

16、成另一个基因。3、转录水平的基因表达调控顺式作用元件：基因周围能与特异转录因子结合而影响基因转录的DNA序列。如：启动子、增强子、绝缘子、转座子和其他应答元件。 反式作用因子、基本转录因子（通用转录因子）：和RNA聚合酶一起结合于转录起始点和TATA盒；、激活剂：特异性识别短共有序列元件的转录因子，结合于启动子或增强子位点上。通过增加基本转录复合体结合于启动子的效率而起作用；、辅激活剂：连接了激活剂和基本转录复合体；、调节因子：使染色质结构改变。反式作用因子包括DNA结合域、转录激活域和蛋白质-蛋白质结合域。反式作用因子的DNA结合域锌指结构：每个锌指的N端形成折叠，C端形成螺旋；三个螺旋恰好

17、等于DNA大沟的一圈。亮氨酸拉链：一种特殊的螺旋：疏水氨基酸集中排列在螺旋的一侧，螺旋上Leu频繁出现，每7个aa残基中出现一个，沿螺旋的疏水侧排列成直线，与Leu重复区相邻的是碱性氨基酸含量较高的DNA结合区。形成二聚体时该碱性区对DNA的亲和力较高。螺旋-环-螺旋：HLH由4050氨基酸组成基序，含两个两性螺旋；每个螺旋由1516个氨基酸组成，两个螺旋被1024个残基的环隔开；螺旋负责二聚体的形成；HLH基序附近含碱性的DNA结合序列。真核基因转录调控的模式： RNA聚合酶的启动子和转录因子4、转录后水平的调控（转录产物的加工转运） RNA的不同剪接（顺式剪接与反式剪接）和编辑使同一基因转

18、录产生出不同的蛋白质； RNA的切割和加polyA改变基因编码的蛋白质； RNA从核中转运到细胞质的过程受控制。5、翻译水平的基因表达调控 mRNA的稳定性与基因表达调控； mRNA 5前导序列对翻译水平的影响； 翻译起始因子的磷酸化可抑制或选择性地加强蛋白质的合成； mRNA 3端的结构对翻译速率和mRNA寿命的影响； 真核生物mRNA翻译起始的控制； 翻译延伸过程对蛋白质合成的影响； 微小的干扰RNA对mRNA翻译的负控制； 蛋白质的加工折叠转运的调控RNA干扰：生物体内利用双链RNA诱导同源靶基因的mRNA特异性降解，从而导致转录后基因沉默的现象。作用机理：通过核酸酶Dicer切割dsRNA生成21-23 nt 小干扰RNA（siRNA），继而由siRNA识别并靶向降解同源靶基因mRNA，从而抑制靶基因的表达。 专心-专注-专业