代謝調(diào)節(jié)與基因表達(dá)調(diào)控一代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡(luò)二分解、合成代謝是單向三代謝基本要略第一節(jié)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)第一節(jié)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)糖代謝與Pr代謝的關(guān)系脂類(lèi)代謝與Pr代謝的關(guān)系糖代謝與脂類(lèi)代謝的關(guān)系核酸代謝與糖、脂類(lèi)及Pr代謝的關(guān)系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白質(zhì)

+NH3蛋白質(zhì)氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被帷５鞍踪|(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。糖代謝與Pr代謝的關(guān)系草酰乙酸

—酮戊二酸氨基酸脂類(lèi)分子中的甘油

丙酮酸

蛋白質(zhì)甘油生酮氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸脂肪酸丙酮酸乙酰輔酶A丙二酸單酰輔酶A脂肪脂肪酸乙酰輔酶A

-氧化TCA循環(huán)草酰乙酸

—酮戊二酸蘋(píng)果酸

氨基酸琥珀酸乙醛酸循環(huán)氨基酸脂代謝與Pr代謝的關(guān)系磷酸二羥丙酮丙酮酸甘油乙酰輔酶A脂肪酸脂肪

-甘油磷酸磷酸二羥丙酮糖脂肪酸乙酰輔酶A琥珀酸草酰乙酸丙酮酸

-氧化乙醛酸循環(huán)TCA循環(huán)CO2+H2O糖尿?。褐就w

在血液中產(chǎn)生酸中毒或到達(dá)肌肉中提供能源在饑餓時(shí)也產(chǎn)生與糖尿病類(lèi)似的情況。脂肪糖乙酰乙酸丙酮

-羥丁酸糖代謝與脂類(lèi)代謝的關(guān)系脂肪不能大量轉(zhuǎn)變?yōu)樘牵擞土献魑锓N子脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系延胡索酸琥珀酸蘋(píng)果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸

氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物核酸與糖、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系

核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。

核酸是細(xì)胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細(xì)胞的成分和代謝類(lèi)型。

核酸生物合成需要糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要酶和多種蛋白質(zhì)因子。

各類(lèi)物質(zhì)代謝都離不開(kāi)具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。PEP丙酮酸生酮氨基酸

-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴(lài)氨酸酪酰氨色氨酸苯丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫氨酸蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋(píng)果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質(zhì)淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖糖類(lèi)脂類(lèi)氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系分解代謝和合成代謝的單向性

分解代謝和合成代謝各有其自身的途徑。

在一條代謝途徑中，某些關(guān)鍵部位正反應(yīng)和逆反應(yīng)往往是由兩種不同的酶所催化，一種酶催化正反應(yīng)另一種酶催化逆反應(yīng)，因此這些反應(yīng)是相對(duì)獨(dú)立的單向反應(yīng)。

這種分開(kāi)的機(jī)制使生物合成和降解途徑或者正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)分別處于熱力學(xué)的有利狀態(tài)，生物合成是吸能反應(yīng)，降解則是放能反應(yīng)，這些都遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)保證反應(yīng)的單向進(jìn)行。糖酵解和葡萄糖異生的關(guān)系（胞液）（線粒體）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮3-P-甘油醛

-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸TCA循環(huán)乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸

-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油a/Ab/BC1C2AG-6-P磷酸酯酶BF-1.6-2P磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶C1ca己糖激酶b果糖磷酸激酶c

丙酮酸激酶ATP是通用的能量載體D通過(guò)NADPH循環(huán)將還原力由分解代謝轉(zhuǎn)移給生物合成反應(yīng)NADPH+H+NADP+分解代謝還原性有機(jī)物還原性生物合成反應(yīng)氧化物還原性生物合成產(chǎn)物氧化前體NADPH以還原力形式攜帶能量代謝的基本要略

細(xì)胞代謝包括分解代謝和合成代謝，其基本要略在于形成ATP、還原力和構(gòu)造單元，以用于生物合成。底物水平磷酸化產(chǎn)生有限的ATP，綠色植物和光合細(xì)菌的光合磷酸化以及呼吸鏈的氧化磷酸化是ATP的主要來(lái)源。NADPH主要來(lái)自HMP。構(gòu)造單元來(lái)自于四大生物分子的分解。

由ATP、NADPH和構(gòu)造單元可合成各類(lèi)生物分子，并進(jìn)而裝配成生物不同層次的結(jié)構(gòu)。生物合成和形態(tài)的建成是耗能和增加有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程，需要物質(zhì)流、能量流、信息流來(lái)支持。第二節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)

酶的功能酶促反應(yīng)的前饋和反饋酶的共價(jià)修飾酶除了具有催化功能外，還具有調(diào)節(jié)和控制各類(lèi)生物化學(xué)反應(yīng)速度、方向和途徑的功能。酶水平的調(diào)節(jié)作用主要有兩種方式：一是通過(guò)激活或抑制酶的活性；二是通過(guò)影響酶的合成或降解速度，以改變細(xì)胞內(nèi)酶分子的含量。這種酶水平的調(diào)節(jié)作用是代謝最關(guān)鍵的調(diào)節(jié)。酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)：前饋（feedforward

）和反饋（feedback）是來(lái)自電子工程學(xué)的術(shù)語(yǔ)，前者的意思是“輸入對(duì)輸出的影響”，后者的意思是“輸出對(duì)輸入的影響”，這里分別借用來(lái)說(shuō)明底物和代謝產(chǎn)物對(duì)代謝過(guò)程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)可能是正調(diào)控，也可能是負(fù)調(diào)控，其調(diào)節(jié)機(jī)理是通過(guò)酶的變構(gòu)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（酶化學(xué)中的別構(gòu)酶）

S0SnS2S1E0E1En-1或+—或+—反饋前饋正/負(fù)前饋、正/負(fù)反饋、一價(jià)/單價(jià)反饋抑制、二價(jià)/多價(jià)反饋抑制p544-545共價(jià)修飾調(diào)控某些酶分子上的基團(tuán)可以在另一種酶催化下發(fā)生共價(jià)修飾作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），從而引起酶活性的激活或抑制。這種作用稱(chēng)為共價(jià)修飾作用。（共價(jià)調(diào)節(jié)酶）有如下兩個(gè)特點(diǎn)：被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無(wú)催化活性)。正反兩個(gè)方向的互變均發(fā)生共價(jià)修飾反應(yīng)，并且都將引起酶活性的變化。共價(jià)修飾調(diào)控共價(jià)修飾調(diào)節(jié)作用可以產(chǎn)生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象，引起級(jí)聯(lián)反應(yīng)具有信號(hào)放大效應(yīng)。例如腎上腺素引起糖原分解過(guò)程中的一系列磷酸化激活步驟，其結(jié)果將激素的信號(hào)被逐級(jí)放大了約300萬(wàn)倍。共價(jià)修飾導(dǎo)致的級(jí)聯(lián)激活與蛋白酶解級(jí)聯(lián)激活不同：p549常見(jiàn)的共價(jià)修飾有磷酸化、腺苷酰化、尿苷?；谌?jié)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)

原核生物基因表達(dá)的調(diào)節(jié)

乳糖操縱子（乳糖誘導(dǎo)和G降解物阻遏）

色氨酸操縱子（阻遏和衰減子）真核生物基因表達(dá)的調(diào)節(jié)操縱子——基因表達(dá)的協(xié)同單位乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因（編碼蛋白質(zhì)，S）控制部位CAP蛋白結(jié)合位點(diǎn)（CRP）啟動(dòng)子（premotor,P）原核生物酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制——操縱子學(xué)說(shuō)調(diào)節(jié)基因（調(diào)節(jié)/阻遏蛋白，I）操縱基因（operator,O）某些代謝物可以誘導(dǎo)某些酶的合成，是通過(guò)促進(jìn)為該酶編碼的基因的表達(dá)而進(jìn)行的，這種現(xiàn)象叫做酶合成的誘導(dǎo)。能誘導(dǎo)酶合成的物質(zhì)叫誘導(dǎo)物。被誘導(dǎo)合成的酶叫誘導(dǎo)酶。乳

糖

操

縱

子

的

誘

導(dǎo)

即

負(fù)

調(diào)

控調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacamRNA

阻遏/調(diào)節(jié)蛋白（有活性）基因關(guān)閉啟動(dòng)子OIPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子OImRNAZmRNAYmRNAa

阻遏/調(diào)節(jié)蛋白+乳糖（無(wú)活性）

基因表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

B、乳糖酶的誘導(dǎo)

乳糖

阻遏/調(diào)節(jié)蛋白（有活性）CAP結(jié)合部位

RNA聚合酶乳糖操縱子的正調(diào)控即降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCAPOCAP結(jié)合部位

RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白CRP：環(huán)腺苷酸受體蛋白降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)實(shí)驗(yàn)：大腸桿菌生長(zhǎng)在無(wú)機(jī)鹽和葡萄糖的培養(yǎng)基上時(shí),細(xì)胞內(nèi)有色氨酸合成酶的存在；在上述培養(yǎng)基中加入Trp，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)色氨酸合成酶的活性降低直至消失。表明Trp的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，體現(xiàn)了細(xì)菌生長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)原則：不需要就不合成。酶合成的阻遏：某些代謝物可以阻止某些酶的合成，是通過(guò)阻止為該酶編碼的基因的表達(dá)而進(jìn)行的，這種現(xiàn)象叫做酶合成的阻遏。能阻遏酶合成的物質(zhì)叫輔阻遏物。被輔阻遏物作用而停止合成的酶叫阻遏酶。

酶合成阻遏的現(xiàn)象（色氨酸操縱子）色氨酸操縱子（酶的阻遏）調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物Trp代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合，使之構(gòu)象發(fā)生變化與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不能表達(dá)ABCDEopLatrpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpAE.coli

色氨酸操縱子模型

Trp合成途徑還存在色氨酸操縱子中衰減子所引起的衰減調(diào)節(jié)。衰減子：在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的衰減作用，用于終止和減弱轉(zhuǎn)錄，這種調(diào)節(jié)的作用部位叫衰減子——是一種位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)的終止子。Trp真核生物基因表達(dá)調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體mRNA降解物活性蛋白質(zhì)DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核細(xì)胞質(zhì)

真核基因表達(dá)調(diào)控的五個(gè)水平

DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)

真核基因調(diào)