第十三章 代谢调节第一节 代谢途径的相互联系第二节 酶量的调节第三节 酶分子的活性调节第四节 代谢的区域化代谢调节 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行,低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则有更复杂的激素调节和神经调节。
细胞内酶的调节是最基本的调节方式。 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行调节的。
操纵子 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结构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行的调节，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、反馈调节、
能荷调节及辅因子调节等生物代谢 是指生物活体与外界环境不断进行的物质（包括气体、液体和固体）、能量,信息 交换过程。
细胞代谢 是一切生命活动的基础。
合成代谢 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。分解代谢则是将复杂的大分子物质转变成小分子物质的过程。
糖、脂、核酸和蛋白质的合成代谢途径各不相同，但是它们的分解代谢途径则有共同之处，即糖、脂、核酸和蛋白质经过一系列分解反应后都生成了酮酸并进入三羧酸循环，最后被氧化成 CO2和 H2O。
第一节 代谢途径的相互联系一,代谢网络二,代谢的单向性和多酶系统三,代谢与能量一、代谢网络物质代谢 ---联系 ---转化 —
TCA环则是糖、脂肪和蛋白质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丙酮酸，丙酮酸经 TCA循环产生?— 酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。
蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。
如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经 糖原异生作用可生成糖，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? 丙酮酸脂肪酸草酰乙酸
— 酮戊二酸氨基酸蛋白质
2、脂类代谢与蛋白质代谢的关系乙酰辅酶 A
— 氧化 TCA循环草酰乙酸?— 酮戊二酸苹果酸 氨基酸琥珀酸乙醛酸循环甘油生酮氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸 脂肪酸丙酮酸乙酰辅酶 A 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 乙酰辅酶 A 琥珀酸 草酰乙酸 丙酮酸?— 氧化 乙醛酸循环
TCA
CO2+H2O
糖尿病,脂肪 酮体（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
3、糖代谢与脂类代谢的关系核酸 核苷酸
ATP
UTP
CTP
GTP
能量和磷酸基团的供应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.相对立的单向反应 （ opposing unidirectional reaction）：
p312
2.糖代谢的例子：
G + ATP 6— — G + ADP（ 变构抑制）
6— — G +H2O G + Pi
３,脂代谢的例子：
乙酸 ＋ ＡＴＰ＋Ｃ oA 乙酰?CoA ＋ ＡＭＰ＋ＰＰ i
乙酰?CoA + H2O 乙酸 +Ｃ oA
P
P
己糖激酶
６ — 磷酸葡萄糖酶硫激酶硫酯酶二、代谢的单向性 和多酶系统细胞中的酶常常为了催化一系列连锁反应而联系成 多酶系统,根据多酶系统结构的复杂程度，可分三种类型：
一、酶分子呈溶解状态二、酶分子结构比较紧密三、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，有利用氧化还原反应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以还原力形式携带能量还原性有机物 分解代谢 氧化产物还原性生物合成产物 还原性生物合成反应 氧化前体
NADPH+H+NADP+
代谢的基本要略在于形成 ATP,还原力和构造单元用于生物合成第二节 酶含量的调节一,酶合成的调节二,酶降解的调节酶含量的调节（基因表达的调节）
A BE
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应的催化剂，酶的相对数量决定代谢反应的进程和方向。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。
（一）转录水平调节一,酶的合成调节背景介绍：
大肠杆菌通常利用 葡萄糖 作为碳源，通常情况下环境中乳糖极少，降解 乳糖 的酶不被合成,其实质是乳糖降解酶基因不表达。
1、操纵子模型
① 操纵子模型（ operon model),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子发现的操纵子（ Monod和 Jacob,1961）
操纵子及调节基因示意图乳糖操纵子模型操纵子 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结构基因和控制部位,
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大肠杆菌乳糖酶诱导合成 ---调节基因产物对转录的调控阻遏蛋白乳糖酶基因操纵基因 结构基因半乳糖苷酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透性酶操纵基因 —— 基因合成的开关调节基因关 —— 阻遏蛋白 阻挡 操纵基因,结构基因不表达诱导物（乳糖）
开 —— 诱导物 阻止 阻遏蛋白 功能发挥。
mRNA
酶蛋白
lac 操纵子的正调控 — 分解代谢物阻遏
CAP---降解物基因活化蛋白分解代谢物激活蛋白,cAMP受体蛋白
(CRP)
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，所以结构基因表达。
酶代谢产物一旦大量积累阻遏蛋白 被产物激活，结构基因不表达。
原核生物基因主要是转录控制。
Trp 操纵子 ----产物 阻遏常规酶的合成另一种在转录水平调节基因表达的机制。
衰减子 (Attenuator):是一种位于结构基因上游前导区的终止子。
4、衰减作用 (attenuation)
前导 RNA序列 -----两个发夹环 -----
第二个发夹环和随后的 8个尿苷酸 ----终止子信号
（二） 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称为转录后的调节包括几个方面：
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
（三）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 （ trans-lational 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（ 意义）
反义 RNA指具有互补序列的 RNA。 亦称为干扰 m
RNA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的。
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，反之则低。
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行翻译。 mRNA的加帽和加尾修饰有利于 mRNA的稳定二、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。
第三节 酶活性的调节一,酶原激活二,酶的共价修饰和级联系统三,前馈和反馈作用酶分子的活性调节酶的变构调节酶原激活酶的共价修饰和级联系统反馈与前馈作用底物水平的调节酶水平的调节辅助因子的调节酶活性的调节酶含量的调节酶的定位调节产物调节A B
E
X
一、酶原激活
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 失去部分肽段从而形成或暴露活性中心、形成有活性酶分子的过程 。
3.酶原激活的实例一、酶原激活胰凝乳蛋白酶原的激活胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶
（ 245AA残基）
A 链 + B 链
（ 1-15） （ 16-245）
C 链 + D 链 + E 链
（ 1-13） （ 16-146 ） （ 149-245）
胰凝乳蛋白酶
-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对二硫键胰蛋白酶原的激活及其功能胰蛋白酶原六肽肠激酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧肽酶原 羧肽酶水解 Arg Lys
羧基形成的肽键
trypsinogen trypsin
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 （主要存在于高等动、植物细胞中）
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）
起特异反应，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 H2O
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 H2O
糖原的分解
2.级联系统（ cascade system）,连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始信号的放大。这样的连锁代谢反应系统叫级联系统。
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应。
依赖于 cAMP的蛋白激酶叫蛋白激酶 A— protein kinase A（ PKA）
蛋白质的合成是一个高耗能过程
AA活化 2个高能磷酸键（ ATP）
肽链起始 1个（ 70S复合物形成,GTP）
进位 1个（ GTP）
移位 1个（ GTP）
第一个氨基酸掺入需消耗 3个 高能磷酸键（活化 2+起始 1 ），以后每掺入一个 AA需要消耗 4个 （活化 2 +进位 1个 +移位 1个）高能磷酸键。
肽链合成的方向从 N?C。 第一个肽键的形成需要消耗 5个
ATP（ GTP）,或 7个高能磷酸键，而其它肽键的形成需要消耗 3个 ATP或 4个高能磷酸键。
肾上腺素的级联放大作用 （介绍级联反应的意义）
（ 1） 使信号 （激素信号） 放大,（肾上腺素浓度
10-8-10-10 mol/L,可引起强烈的胞内效应 —— 产生葡萄糖 5mmol/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应，在不同情况下对各种代谢物和终产物有不同的应答反应。
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）
依赖于 cAMP的蛋白激酶称为 蛋白激酶 A
（ protein kinase A,PKA）
反馈与前馈作用
S0 S1 Sn
E0 E1 En-1
前馈
+或 -
反馈
+或 -
正作用：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。
负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。
三,反馈与前馈作用
1.前馈作用 (feedforward),在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反应的调节酶有作用。
(1)前馈激活（ feedforward activation）
G 6- - G 6- -F 1.6-二 -F PEP 丙酮酸
(2)前馈抑制 (feedforward inhibition)
乙酰 CoA + CO2 +H2O + ATP 丙二酸单酰 CoA + ADP+Pi
P P 丙酮酸激酶P
前馈激活乙酰 CoA羧化酶前馈抑制
2.反馈作用 （ feedback） 代谢产物对前面的某一酶有作用
(1）反馈激活 （ feedback activation）
(2) 反馈抑制 （ feedback inhibition）
A 一价或单价反馈抑制 （ monovalent feedback
inhibition ）
A B C D P
E1 E2 E3 E4
反馈抑制
B 二价或多价反馈抑制 （ divalent or multivalent feedback
inhibition）
B1 同工酶调节
A B C DE1
E1’
E2
E3
X
Y
在 Lys Met Ile合成时的反馈抑制
B2 顺序反馈抑制
A B C DE1
E4
E5
X
Y
存在芳香族氨基酸合成的过程中
B3 协同反馈抑制
A B C D
E4
E5
E1
X
Y
存在于 Lys Thr的合成中
B4 累积反馈抑制
A BE
D
E
F
谷氨酰胺合成酶受到各种终产物的累积反馈抑制第四节 代谢的区域化一,细胞结构与酶的空间分布二,细胞膜结构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 β -
氧化和氧化磷酸化的酶系存在于线粒体中；核酸合成的酶系大部分在细胞核中；蛋白质合成酶系在微粒体中，水解酶系在溶酶体中。
一、细胞结构与酶的空间分布二、细胞膜结构对代谢的调节和控制膜结构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
代谢调节作用可在不同水平上进行,低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则有更复杂的激素调节和神经调节。
细胞内酶的调节是最基本的调节方式。 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行调节的。
操纵子 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结构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行的调节，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、反馈调节、
能荷调节及辅因子调节等生物代谢 是指生物活体与外界环境不断进行的物质（包括气体、液体和固体）、能量,信息 交换过程。
细胞代谢 是一切生命活动的基础。
合成代谢 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。分解代谢则是将复杂的大分子物质转变成小分子物质的过程。
糖、脂、核酸和蛋白质的合成代谢途径各不相同，但是它们的分解代谢途径则有共同之处，即糖、脂、核酸和蛋白质经过一系列分解反应后都生成了酮酸并进入三羧酸循环，最后被氧化成 CO2和 H2O。
第一节 代谢途径的相互联系一,代谢网络二,代谢的单向性和多酶系统三,代谢与能量一、代谢网络物质代谢 ---联系 ---转化 —
TCA环则是糖、脂肪和蛋白质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丙酮酸，丙酮酸经 TCA循环产生?— 酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。
蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。
如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经 糖原异生作用可生成糖，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? 丙酮酸脂肪酸草酰乙酸
— 酮戊二酸氨基酸蛋白质
2、脂类代谢与蛋白质代谢的关系乙酰辅酶 A
— 氧化 TCA循环草酰乙酸?— 酮戊二酸苹果酸 氨基酸琥珀酸乙醛酸循环甘油生酮氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸 脂肪酸丙酮酸乙酰辅酶 A 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 乙酰辅酶 A 琥珀酸 草酰乙酸 丙酮酸?— 氧化 乙醛酸循环
TCA
CO2+H2O
糖尿病,脂肪 酮体（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
3、糖代谢与脂类代谢的关系核酸 核苷酸
ATP
UTP
CTP
GTP
能量和磷酸基团的供应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.相对立的单向反应 （ opposing unidirectional reaction）：
p312
2.糖代谢的例子：
G + ATP 6— — G + ADP（ 变构抑制）
6— — G +H2O G + Pi
３,脂代谢的例子：
乙酸 ＋ ＡＴＰ＋Ｃ oA 乙酰?CoA ＋ ＡＭＰ＋ＰＰ i
乙酰?CoA + H2O 乙酸 +Ｃ oA
P
P
己糖激酶
６ — 磷酸葡萄糖酶硫激酶硫酯酶二、代谢的单向性 和多酶系统细胞中的酶常常为了催化一系列连锁反应而联系成 多酶系统,根据多酶系统结构的复杂程度，可分三种类型：
一、酶分子呈溶解状态二、酶分子结构比较紧密三、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，有利用氧化还原反应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以还原力形式携带能量还原性有机物 分解代谢 氧化产物还原性生物合成产物 还原性生物合成反应 氧化前体
NADPH+H+NADP+
代谢的基本要略在于形成 ATP,还原力和构造单元用于生物合成第二节 酶含量的调节一,酶合成的调节二,酶降解的调节酶含量的调节（基因表达的调节）
A BE
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应的催化剂，酶的相对数量决定代谢反应的进程和方向。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。
（一）转录水平调节一,酶的合成调节背景介绍：
大肠杆菌通常利用 葡萄糖 作为碳源，通常情况下环境中乳糖极少，降解 乳糖 的酶不被合成,其实质是乳糖降解酶基因不表达。
1、操纵子模型
① 操纵子模型（ operon model),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子发现的操纵子（ Monod和 Jacob,1961）
操纵子及调节基因示意图乳糖操纵子模型操纵子 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结构基因和控制部位,
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大肠杆菌乳糖酶诱导合成 ---调节基因产物对转录的调控阻遏蛋白乳糖酶基因操纵基因 结构基因半乳糖苷酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透性酶操纵基因 —— 基因合成的开关调节基因关 —— 阻遏蛋白 阻挡 操纵基因,结构基因不表达诱导物（乳糖）
开 —— 诱导物 阻止 阻遏蛋白 功能发挥。
mRNA
酶蛋白
lac 操纵子的正调控 — 分解代谢物阻遏
CAP---降解物基因活化蛋白分解代谢物激活蛋白,cAMP受体蛋白
(CRP)
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，所以结构基因表达。
酶代谢产物一旦大量积累阻遏蛋白 被产物激活，结构基因不表达。
原核生物基因主要是转录控制。
Trp 操纵子 ----产物 阻遏常规酶的合成另一种在转录水平调节基因表达的机制。
衰减子 (Attenuator):是一种位于结构基因上游前导区的终止子。
4、衰减作用 (attenuation)
前导 RNA序列 -----两个发夹环 -----
第二个发夹环和随后的 8个尿苷酸 ----终止子信号
（二） 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称为转录后的调节包括几个方面：
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
（三）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 （ trans-lational 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（ 意义）
反义 RNA指具有互补序列的 RNA。 亦称为干扰 m
RNA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的。
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，反之则低。
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行翻译。 mRNA的加帽和加尾修饰有利于 mRNA的稳定二、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。
第三节 酶活性的调节一,酶原激活二,酶的共价修饰和级联系统三,前馈和反馈作用酶分子的活性调节酶的变构调节酶原激活酶的共价修饰和级联系统反馈与前馈作用底物水平的调节酶水平的调节辅助因子的调节酶活性的调节酶含量的调节酶的定位调节产物调节A B
E
X
一、酶原激活
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 失去部分肽段从而形成或暴露活性中心、形成有活性酶分子的过程 。
3.酶原激活的实例一、酶原激活胰凝乳蛋白酶原的激活胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶
（ 245AA残基）
A 链 + B 链
（ 1-15） （ 16-245）
C 链 + D 链 + E 链
（ 1-13） （ 16-146 ） （ 149-245）
胰凝乳蛋白酶
-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对二硫键胰蛋白酶原的激活及其功能胰蛋白酶原六肽肠激酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧肽酶原 羧肽酶水解 Arg Lys
羧基形成的肽键
trypsinogen trypsin
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 （主要存在于高等动、植物细胞中）
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）
起特异反应，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 H2O
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 H2O
糖原的分解
2.级联系统（ cascade system）,连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始信号的放大。这样的连锁代谢反应系统叫级联系统。
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应。
依赖于 cAMP的蛋白激酶叫蛋白激酶 A— protein kinase A（ PKA）
蛋白质的合成是一个高耗能过程
AA活化 2个高能磷酸键（ ATP）
肽链起始 1个（ 70S复合物形成,GTP）
进位 1个（ GTP）
移位 1个（ GTP）
第一个氨基酸掺入需消耗 3个 高能磷酸键（活化 2+起始 1 ），以后每掺入一个 AA需要消耗 4个 （活化 2 +进位 1个 +移位 1个）高能磷酸键。
肽链合成的方向从 N?C。 第一个肽键的形成需要消耗 5个
ATP（ GTP）,或 7个高能磷酸键，而其它肽键的形成需要消耗 3个 ATP或 4个高能磷酸键。
肾上腺素的级联放大作用 （介绍级联反应的意义）
（ 1） 使信号 （激素信号） 放大,（肾上腺素浓度
10-8-10-10 mol/L,可引起强烈的胞内效应 —— 产生葡萄糖 5mmol/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应，在不同情况下对各种代谢物和终产物有不同的应答反应。
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）
依赖于 cAMP的蛋白激酶称为 蛋白激酶 A
（ protein kinase A,PKA）
反馈与前馈作用
S0 S1 Sn
E0 E1 En-1
前馈
+或 -
反馈
+或 -
正作用：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。
负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。
三,反馈与前馈作用
1.前馈作用 (feedforward),在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反应的调节酶有作用。
(1)前馈激活（ feedforward activation）
G 6- - G 6- -F 1.6-二 -F PEP 丙酮酸
(2)前馈抑制 (feedforward inhibition)
乙酰 CoA + CO2 +H2O + ATP 丙二酸单酰 CoA + ADP+Pi
P P 丙酮酸激酶P
前馈激活乙酰 CoA羧化酶前馈抑制
2.反馈作用 （ feedback） 代谢产物对前面的某一酶有作用
(1）反馈激活 （ feedback activation）
(2) 反馈抑制 （ feedback inhibition）
A 一价或单价反馈抑制 （ monovalent feedback
inhibition ）
A B C D P
E1 E2 E3 E4
反馈抑制
B 二价或多价反馈抑制 （ divalent or multivalent feedback
inhibition）
B1 同工酶调节
A B C DE1
E1’
E2
E3
X
Y
在 Lys Met Ile合成时的反馈抑制
B2 顺序反馈抑制
A B C DE1
E4
E5
X
Y
存在芳香族氨基酸合成的过程中
B3 协同反馈抑制
A B C D
E4
E5
E1
X
Y
存在于 Lys Thr的合成中
B4 累积反馈抑制
A BE
D
E
F
谷氨酰胺合成酶受到各种终产物的累积反馈抑制第四节 代谢的区域化一,细胞结构与酶的空间分布二,细胞膜结构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 β -
氧化和氧化磷酸化的酶系存在于线粒体中；核酸合成的酶系大部分在细胞核中；蛋白质合成酶系在微粒体中，水解酶系在溶酶体中。
一、细胞结构与酶的空间分布二、细胞膜结构对代谢的调节和控制膜结构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
