第十二章代謝調節(jié)綜述第一節(jié)酶活性調節(jié)的機理第二節(jié)酶量調節(jié)機理代謝調節(jié)綜述

一切生物的生命都靠代謝的正常運轉來維持。機體的代謝途徑異常復雜，細胞作為生命活動的基本單位，它具有復雜、精確、有效的代謝調控系統(tǒng)，來維持代謝平衡。

代謝調節(jié)是指生物體根據(jù)環(huán)境的變化、生理活動的需要，自身對代謝反應速度進行調節(jié)和對代謝途徑方向加以控制的機能。

不同的生物體代謝調節(jié)機制不同，生物體的代謝調節(jié)系統(tǒng)隨著進化程度越高，變得越精細、越復雜。

如∶微生物只有細胞水平上的調節(jié)；

高等動物和人有細胞水平的調節(jié)、激素水平的調節(jié)和神經(jīng)調節(jié)，后兩者是高級水平的調節(jié)。 本章主要介紹細胞水平的調節(jié)，它主要是通過調節(jié)細胞中酶分子的活性和數(shù)量來實現(xiàn)的。細胞水平的調節(jié)是高級水平調節(jié)的基礎。

中間代謝的一切反應幾乎都是酶催化的反應，細胞調節(jié)主要是對酶的調節(jié)。

酶是細胞調節(jié)的核心,代謝物(底物、產物)是調節(jié)因子；細胞本身的膜結構起著代謝定位和控制反應條件的保證作用。這幾種要素共同構成了細胞調節(jié)的三種調節(jié)機制.(1)酶區(qū)域定位的調節(jié)－－以膜結構和膜功能為基礎的細胞結構效應；細胞內的不同部位進行不同的代謝。(2)酶活性調節(jié)－－以代謝途徑和酶分子結構為基礎的酶活性調節(jié)，它包括：

底物對酶的激活;終產物對酶的反饋抑制。(3)酶量調節(jié)－－以酶的合成系統(tǒng)為基礎的酶量調節(jié)，它包括：

底物對酶合成系統(tǒng)的誘導作用;產物對酶合成系統(tǒng)的阻遏作用。細胞調節(jié)的三種調節(jié)機制第一節(jié)酶活性調節(jié)的機理一、調節(jié)酶 調節(jié)酶的功能∶ ①催化代謝途徑中的特定反應。 ②它是一種調控元件，調節(jié)代謝速度和方向。

根據(jù)代謝調節(jié)功能，酶可分為∶

靜態(tài)酶∶只具催化功能，不具調節(jié)功能，催化的反應一般是可逆的，反應速度快，能迅速達到平衡點。

調節(jié)酶∶酶活性受調節(jié)因子的影響，催化的反應速度相對較慢，又稱為限速酶或關鍵酶。 由限速酶催化的反應一般處于一條代謝途徑的起始步驟或分支點、轉換點上。 如∶在EMP途徑中，G→6-P-G

二、調節(jié)酶的種類和酶活調節(jié)機理

根據(jù)調節(jié)酶的活性調節(jié)機理和調控代謝的功能特點，調節(jié)酶的種類可分為∶

共價修飾酶 變構酶 同功酶 多功能酶酶活性的調節(jié)機理可分為∶

變構調節(jié) 共價修飾 解聚 聚合 每種酶的調節(jié)機理可能是一種以上，如變構酶以變構調節(jié)為主，有時也伴隨發(fā)生解聚、聚合作用。三、變構酶與酶活的變構調節(jié)機理

變構酶∶是能在一些調節(jié)因子的影響下，通過構象的變化，引起酶活改變的酶。它可以調節(jié)代謝速度和代謝方向。變構激活∶ 代謝底物作用于酶分子，使本來無活性或低活性的酶分子發(fā)生結構變化，成為有活性或高活性狀態(tài)的酶。

變構抑制∶ 通常是產物的反饋抑制。當終產物在細胞內積累到一定濃度時，會反作用于代謝途徑的限速酶，使酶分子結構改變，活性降低，從而減慢代謝速度。變構作用可分為∶ 一般具有多亞基、多配基結合位點(活性中心以外的結合位點-----即調節(jié)中心)。

配基∶能夠與酶表面結合的物質(如∶底物、激活劑、抑制劑、產物等)通稱為酶的配基。1、變構酶分子的結構特點∶由相同亞基組成的變構酶，活性中心和調節(jié)中心在同一個亞基上；由不相同亞基組成的變構酶，活性中心和調節(jié)中心可能不在同一個亞基上。

變構作用∶當變構劑與調節(jié)中心結合后，誘導酶分子構象發(fā)生改變，產生一種新的穩(wěn)定構象，明顯改善了酶活性中心對底物的親和力和催化能力，這就是變構酶的變構作用(或稱別構效應)。

協(xié)同效應∶酶的一個亞基與配基結合，所發(fā)生的變構作用會影響整個酶分子的其他亞基發(fā)生相應變化，改變對后繼配基分子的親和力，這種現(xiàn)象稱為協(xié)同效應。

協(xié)同效應可分為∶正協(xié)同效應 負協(xié)同效應2、變構作用與協(xié)同效應∶

------S型v～[S]關系曲線∶

正常情況下(米氏酶)∶[S]0.9/[S]0.1=81

具有正協(xié)同效應的酶∶[S]0.9/[S]0.1<81

具有負協(xié)同效應的酶∶[S]0.9/[S]0.1>81 3、變構酶的動力學特征

這類酶有無活性和有活性兩種基本形式。

由于酶的兩種結構形式是通過其他酶(修飾酶)的催化作用，在其酶蛋白的某些氨基酸殘基上引入或去除共價結合的某種化學基團，從而發(fā)生分子共價結構和構象的變化，實現(xiàn)活性形式與非活性形式的互相轉變，這種酶活調節(jié)方式稱為共價修飾調節(jié)，這種酶稱為共價修飾酶。

四、共價修飾酶及其調節(jié)機理∶

磷酸化/去磷酸化 乙?；?去乙?；?尿)苷酸化/去腺(尿)苷酸化 甲基化/去甲基化共價修飾酶的化學修飾反應有∶

糖原磷酸化酶去磷酸化∶無活性磷酸化∶有活性

五、解聚與聚合∶

乙酰CoA羧化酶 同功酶是指催化同一種化學反應，但酶蛋白分子組成、結構有所不同的一組酶。

它們存在于同一個體或同一組織中，而生理上、免疫上和理化性質上都存在差異。同功酶一般是由不同亞基組成的二聚體、四聚體或多聚體。如∶乳酸脫氫酶有五種不同的分子結構形式。M4、M3H、M2H2、MH3、H4。六、同功酶∶酶原的激活第二節(jié)酶量調節(jié)機理

酶量調節(jié)主要是通過調節(jié)酶蛋白的合成過程來實現(xiàn)的。 酶是一種蛋白質，蛋白質合成體系的各個環(huán)節(jié)(轉錄、翻譯、翻譯后的加工等)都可能影響酶的生物合成速度。

轉錄是最重要的調節(jié)環(huán)節(jié)。轉錄的產物mRNA是合成酶蛋白的模板，mRNA越多，則酶的生產能力越大。細胞可根據(jù)需要加快或減慢合成mRNA的速度以調節(jié)酶量。

研究發(fā)現(xiàn)，酶合成系統(tǒng)與環(huán)境中代謝物質有關，根據(jù)其關系酶可分為兩種∶誘導酶∶ 該酶的合成系統(tǒng)正常情況下處于關閉狀態(tài)，產酶的基因不轉錄、不翻譯，只有在代謝底物或其結構類似物存在時，才誘導酶合成系統(tǒng)啟動，轉錄并翻譯酶蛋白。組成酶(固有酶)∶

在正常情況下，產酶基因能以正常恒定的速度合成酶。無論代謝底物存在與否，細胞中總能維持一定數(shù)量。組成酶的合成主要是受代謝終產物的調控。當終產物的濃度在細胞內積累到一定水平時，除反饋抑制限速酶，迅速關閉已有的代謝途徑外，還能反饋作用于該酶的蛋白質合成體系，關閉合成系統(tǒng)，停止酶分子的合成------即阻遏作用。 總之：底物正調節(jié)激活或誘酶產物負調節(jié)抑制或阻遏酶 誘導和阻遏是底物和產物分別對轉錄產生的正、負調節(jié)作用，這是基因水平上的兩種基本調節(jié)機制。

一、操縱子的概念及類型∶

1961年Monod

和Jacob的研究表明∶

①基因有兩種類型：

一種是負責編碼蛋白質分子的結構基因；

另一種是對結構基因轉錄起調節(jié)作用的調節(jié)基因。

②基因的表達是協(xié)同的。

一條代謝途徑中的幾個酶的結構基因在基因圖上常常是排列在一起的，而且一組結構基因常常是轉錄為一個共同的mRNA。

由此，他們提出了著名的“操縱子學說”?！倏v子學說’認為∶

酶的誘導和阻遏是在調節(jié)基因的產物------阻遏蛋白的作用下，通過操縱基因控制結構基因或基因組的轉錄而發(fā)生的。

所謂操縱子（Operon）∶

是原核生物基因表達系統(tǒng)的一種功能單 位，它由啟動基因（P）、操縱基因（O） 和若干個功能相關的結構基因。

在基因圖上，啟動基因、操縱基因和結構基因是連接在一起的。啟動基因是RNA聚合酶的附著部位，操縱基因是調控RNA聚合酶啟動(或停止)轉錄的調控位點。啟動基因和操縱基因不能被轉錄和翻譯，故沒有基因產物。它的操縱功能是被動的，是受一個在基因圖上遠離操縱子的調節(jié)基因的控制。

調節(jié)基因能編碼一種蛋白質叫阻遏蛋白(或稱阻遏物)，阻遏蛋白的專一性很強，只能與特定操縱子的操縱基因結合，擋住RNA聚合酶的去路，使轉錄不能正常進行。

阻遏蛋白是一種變構蛋白，分子表面至少有兩個配基結合部位：

一個與操縱基因結合； 另一個與效應物(誘導物或輔阻遏物)結合。 根據(jù)阻遏蛋白的性質不同，操縱子可分為兩種類型∶

誘導型(阻遏蛋白是有活性的)

阻遏型(阻遏蛋白是無活性的)大腸桿菌乳糖操縱子1、誘導型操縱子∶誘導型(阻遏蛋白是有活性的)2、阻遏型操縱子∶體液激素的調節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的調控諸子—概念及其英文密碼子操縱子啟動子復制子