第三章+微生物代谢调节机制和调节模式预案.ppt

天津科技大学硕士论文答辩 代谢控制发酵 Metabolic Control Fermentation 谢 希 贤 xixianxie@tust.edu.cn Tel：022 第三章 代谢调节机制和调节模式 E——OH E——O-PO3 ATP ADP 蛋白激酶 H2O 蛋白磷酸酶 Pi E E 三、酶活性的调节机制 可逆共价修饰 哺乳动物 （—S—S化）酶 （—SH化）酶 黄嘌呤氧化酶 原核细胞 谷氨酸在许多合成反 应中起N的给体作用 （去腺苷酰化）酶 （腺苷酰化）酶 谷氨酰胺合成酶 真核细胞 脂肪酸的合成 （乙酰化）酶 （乙酰化） 乙酰COr羧化酶 真核细胞 （磷酸化）酶 （去磷酸化）酶 丙酮酸脱氢酶 哺乳动物 （去磷酸化）酶 （磷酸化）酶 磷酸化酶 激酶 真核细胞 （去磷酸化）酶 （磷酸化）酶 糖原磷酸化酶 真核细胞 糖原代谢 （磷酸化）酶 （去磷酸化）酶 糖原合成酶 来源 生物功能 高活性状态 低活性状态 酶类 磷酸化 去磷酸化 三、酶活性的调节机制 可逆共价修饰 寡聚酶的解聚和聚合是一种特殊的可逆共价修饰调节 大多数寡聚酶随着酶的聚合、解聚，酶的活性也往往发生改变，如乙酰辅酶A羧化酶由四个亚基组成，是脂肪酸合成途径中的第一个酶，它催化乙酰辅酶A羧化为丙二酰辅酶 A；该酶可被柠檬酸激活，但被软脂酰辅酶A抑制 三、酶活性的调节机制 可逆共价修饰 可逆共价修饰意义 因酶构型的转换是由酶催化的，故可在很短时间内经信号启动，触发生成大量有活性的酶（或改变酶的活性）有效控制细胞的生理代谢 这种修饰作用可更容易控制酶的活性的响应代谢环境的变化，这系统有能随时响应的特性，经常处于活化与钝化状态之间的来回变换 三、酶活性的调节机制 不可逆共价修饰 酶活性调节的另一种方式是通过专一性蛋白酶的水解作用来实现的，如消化系统中的各种蛋白酶，以无活性的前体形式合成和分泌，然后输送到特定的部位，当功能需要时，经特异性蛋白酶的作用转变为有活性的酶而行使其功能。此外，还有执行防御功能的酶原 不具催化活性的酶的前体称为酶原，某种物质作用于酶原使之转变成有活性的酶的过程称为酶原激活 酶原被激活的机制与上述变构酶调节、共价修饰调节不同，这种激活机制不需要能量供应；同时这种激活作用在酶的“一生”中只能进行一次 三、酶活性的调节机制 不可逆共价修饰 胰凝乳蛋白酶原激活 三、酶活性的调节机制 共价调节酶的特点 作用方式：酶都具有两种形式即无活性（低活性）和有活性（高活性） 作用本质：与别构调节不同，是酶分子共价键发生了改变，即酶的一级结构发生改变，而别构酶中酶分子只发生非共价键的改变，即构象的改变 作用能耗：所需酶分子比生物合成酶要少，在酶分子发生磷酸化等修饰作用反应中，一般每个亚基只消耗一个分子ATP，比一亚基生物合成所需的ATP少很多 作用效率：共价调节酶的调节信号具有级联式的放大效应，其催化效率比别构酶调节要高很多 三、酶活性的调节机制 共价调节酶的特点 化学修饰的级联式的调节 能荷是一个表示细胞能量状态的参数，是细胞中所含腺苷酸中含有相当于ATP的数量百分比，其表示式为： 能荷（EC）=（[ATP]+0.5[ADP]）/（[ATP]+[ADP]+[AMP]）×100% 当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1 当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0.5 当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0 当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时，能荷大小随三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化 四、能荷的调节 能荷 四、能荷的调节 另外一个度量细胞能量状态的参数是磷酸化值 磷酸化值=[ATP]/[ADP][Pi] 磷酸化值除了腺苷酸外，还决定于无机磷浓度。 磷酸化值与能荷相比，其值变化范围更宽，因此是反映细胞能量状态更加灵敏的指标 磷酸化值 在某种意义上，可把ATP当作糖代谢的末端产物。当ATP过量时会对合成ATP系统产生反馈抑制。当ATP分解为ADP、AMP 、Pi时。将其能量供给合成反应时，ATP生物合成的反馈调节被解除，ATP又得以合成。因此，能量不仅调节生成ATP的分解代谢酶类的活性，也能调节利用ATP的生物合成酶类的活性。糖代谢和中心代谢途径中的酶活性受能荷的调节 四、能荷的调节 ATP 当能荷降低时：则激活催化糖分解，能量生成酶系，或解除ATP对这些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、反丁烯二酸酶等）并抑制糖原合成酶，1、6磷酸果糖酯酶，从而加速糖分解和TCA的产能代谢 当能荷生高时：细胞中AMP，ADP转变为ATP，这时ATP则抑制糖