乳糖操纵子中同样也存在着正调节，大肠杆菌含有一个称为代谢产物活化蛋白（缩写为CAP）和cAMP受体蛋白（缩写为CRP），CAP及cAMP都是mRNA合成所必需的。研究指出，CAP能够与cAMP形成复合物、cAMP-CAP复合物结合在启动基因上，可促进转录的进行。因此cAMP-CAP是一个不同于阻遏蛋白的正调控因子，阻遏蛋白为负调控因子。而乳糖操纵子“开”和“关”则是在这两个相互独立的正、负调节因子的作用下实现的。因此，cAMP浓度影响转录活性。当有葡萄糖存在时，葡萄糖分解代谢产物可抑制腺苷酸环化酶活性，激活磷酸二酯酶活性，cAMP含量下降，使CAP呈失活状态。这种调控与阻遏蛋白引起的负调控不同，它在酶合成中主要起促进作用，所以是一种正调控（图8-5）。
图8-5葡萄糖降解物与cAMP
②降解物的阻遏作用当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，则先利用葡萄糖，而不利用乳糖。只有当葡萄糖耗尽，细菌生长经过一段停滞期，出现二度生长曲线。不久在乳糖诱导下，分解乳糖代谢的酶开始合成，细菌才能利用乳糖。这种现象称为降解物阻遏作用。这是因为葡萄糖分解代谢的降解物能抑制腺苷酸环化酶活性并活化磷酸二酯酶，从而降低cAMP浓度，此时，调节基因的产物[代谢产物活化蛋白（CAP）］不能被cAMP活化、形成cAMP-CAP复合物。使许多参与分解代谢酶基因不能转录（图8-6）。
③酶合成的阻遏作用大肠杆菌色氨酸操纵子模型说明了某些代谢产物阻止细胞内酶生成的机制。色氨酸操纵子是由5个功能相关的结构基因（E、D、C、B、A）、操纵基因（o）和启动基因（p）组成，在第一个结构基因与操纵基因之间有一段前导序列（c）和衰减子（a）（图8-7）。
图8-6降解物阻遏
图8-7大肠杆菌色氨酸操纵子模型
色氨酸操纵子的调节基因产物阻遏蛋白是无活性的，称为阻遏蛋白原。无活性的阻遏蛋白原不能与操纵基因结合，此时结构基因（E、D、C、B、A）可转录并翻译成由分支酸合成色氨酸的5种酶。在有过量色氨酸存在时，色氨酸作为辅阻遏物与阻遏蛋白原结合，则形成有活性的阻遏蛋白，有活性的阻遏蛋白与操纵基因结合，可阻止转录的进行，使结构基因（E、D、C、B、A）不能编码参与色氨酸合成代谢的有关酶（图8-8）。
图8-8操纵子的阻遏机制
色氨酸合成途径中除了阻遏蛋白一操纵基因的阻遏调节外，还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰减调节；衰减调节是在转录水平调节基因表达，它可使转录终止或减弱，衰减凋节是比阻遏作用更为精细的调节。
（2）真核生物基因表达的调控真核生物由多细胞组成，细胞分化形成不同组织、器官。一生中有不同的生长发育阶段，各阶段及各细胞除有共同的维持生命的基本代谢外，还有各自的代谢。这些专一的代谢是导致细胞分化形成不同细胞、组织、器官的基础，因此，细胞分化及组织器官的形式是不同基因表达及相互作用的结果。与原核生物一样，真核生物细胞中除组成型合成的基因外，绝大多数基因的表达是受调控的。真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，真核生物基因表达在多层次，并受多种因子协同调节控制，是一种多级调控方式（图8-9）。
图8-9真核生物基因表达在不同水平上进行调节转录前水平的调控是指通过改变DNA序列和染色质结构的过程，包括染色质的丢失、基因扩增、基因重排、基因修饰等。但转录前水平的调控并不是普遍存在的调控方式，例如：染色质的丢失只在某些低等真核生物中发现。
真核生物的基因表达调控主要集中在转录水平上的调控。目前的研究主要集中在顺式作用元件和反式作用元件以及它们的相互作用上。
不同水平上进行调节 基因转录的顺式作用元件包括启动子和增强子两种特异性DNA调控序列。启动子上RNA聚合酶识别并结合，从此起始转录前的一段特异性I）NA序列。增强子是能够增强基因转录活性的调控序列，这种增强作用是通过结合特定的转录因子或改变染色体DNA的结构而促进转录。
基因调控的反式作用因子主要是各种蛋白质调控因子。所有的反式作用因子都是DNA结合蛋白，它们对基因表达起调控作用，因此也可称之为调控蛋白。调控蛋白通常有两个与调控有关的结构域，即与DNA结合的结构域和与其他蛋白质结合的结构域，两者范围很小，仅有60～90个氨基酸残基。研究基因调控序列和蛋白质调控因子的相互作用是阐明真核生物基因表达调控分子机制的基础。
转录后水平的调控包括转录产物的加工和转运的调节。翻译水平的调控主要是控制mRNA的稳定性和mRNA翻译的起始频率。翻译后水平的调控主要是控制多肽链的加工和折叠，产生不同功能活性的蛋白质。
2.酶的调节
一切代谢反应都有酶参加，酶在代谢反应中所起作用的大小，与其浓度和活性密切相关。细胞的酶浓度取决于酶的合成速度，所以控制酶的生物合成和活性是机体调节自身代谢的措施。
（1）控制酶的合成调节代谢改变酶的含量是通过调节其合成速度和降解速度来实现的。细胞内不断合成新酶，也不断降解原有的酶，从而使酶的含量和种类改变而调节细胞中代谢的活性和类型，酶的合成主要在基因转录水平进行调节，酶的降解速率也通过十分复杂的机制受到有效的控制。直接参加代谢调节的关键酶类统称调节酶。机体必须保存调节酶的一定含量，防止过剩和不足，才能维持其代谢机能的正常运行。通常是用诱导物促进酶的合成．用阻遏物降低酶的合成。酶本身是蛋白质，酶的合成也就是蛋白质合成。蛋白质生物合成的调节方式前边已经讨论过，而诱导物和阻遏物的调控在基因调控中已经作过介绍，在这里不再讨论。
（2）通过控制酶活性调节代谢酶含量不变，通过改变酶的构象或结构而改变酶活性。
酶活性的调节是以酶分子的结构为基础的。因为酶的活性强弱与其分子结构密切相关，一切导致酶结构改变的因素都可影响酶的活性。有的改变使酶活性增高，有的使酶活性降低。酶水平调节的类型包括酶的抑制作用和激活作用。
酶活性通过酶原激活、共价修饰、变构及聚合和解聚等机制进行调节。
①抑制作用机体控制酶活力的抑制有简单抑制与反馈抑制两类。
简单抑制是指一种代谢产物在细胞内累积多时，由于物质作用定律的关系，可抑制其本身的形成。抑制不涉及酶结构变化。例如在己糖激酶催化葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖的反应中，当6-磷酸葡萄糖的浓度增高时，己糖激酶的作用速度即受抑制，反应变慢。这种抑制作用仅仅是物理化学作用，而不牵涉到酶本身结构上的变化。
反馈抑制是指系列反应终产物对酶活力的抑制，也就是指酶促反应终产物对酶活力的抑制。细胞利用反馈抑制控制酶活力的情况较为普遍。这种抑制是在多酶系反应中产生，一系列酶促反应的终产物对第一个酶起抑制作用。起控制作用的一步称为关键步，这种酶称为关键酶。关键酶起着决定全过程速度的作用。在下列的一个假设的代谢过程中。G为最终产物，分支反应发生在中间产物C上，C—D这步便是关键步。G过多时，G对催化C—D反应的酶抑制，但不抑制B—C或D—E。如果抑制B—C，则将影响X的形成；如果抑制D—E或E—F则浪费能量和原料（图8-10）。
图8-10反馈抑制
例如：大肠杆菌体中由苏氨酸转变为异亮氨酸反应中，终产物异亮氨酸对参加第一步反应的苏氨酸脱氨酶的抑制就是生物利用反馈抑制调节代谢的一个典型例子。异亮氨酸过多时对卜苏氨酸脱氨酶反馈抑制．这样既不影响苏氨酸本身在蛋白质合成中的需求量，也不合成其他中问物，造成浪费。
②激活作用机体为了使代谢正常也用增进酶活力的手段进行代谢调节。例如对无活性的酶原用专一的蛋白水解酶将掩蔽酶活性的一部分切去；对另一些无活性的酶则用激酶使其致活，对被抑制物抑制的酶用活化剂或抗抑制剂解除其抑制。
图8-11酶的反馈活化
例如在糖的分解代谢过程中，当丙酮酸不能顺利通过乙酰CoA转变为柠檬酸进入三羧循环时，丙酮酸即通过烯醇丙酮酸磷酸在烯醇丙酮酸磷酸羧化酶催化下直接转变为草酸乙酰。乙酰CoA即对烯醇丙酮酸磷酸羧化酶起了反馈活化作用（图8-11）。
所谓前馈激活是指在一反应序列中，前面的代谢物可对后面的酶起激活作用。促使反应向前进行。前馈激活的例子也很多。例如，在糖原合成中，6-磷酸葡萄糖是糖原合成酶的变构激活剂，因此可以促进糖原的合成（图8—12）。1，6-二磷酸果糖对丙酮酸激酶的激活作用也是前馈激活，从而有利于糖酵解的顺利进行（表8-13）。
图8-12 6-磷酸葡萄糖对糖原合成酶的前馈激活表8-13酶原活化
酶原活化
名称合成部位因素部位途径
活性酶
胃蛋白酶原胰蛋白酶原羧默酶原弹性蛋白酶原胃黏膜胰胰胰胃蛋白酶肠澈酶，胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胃腔小肠腔小肠腔小肠腔从肽链末端切除42个氨基酸残基从肚链末端切除六肽胃蛋白酶胰蛋白酶羧肽酶弹性蛋白酶③别构效应别构酶的结构及性质前边已作过介绍，在以前的论述中把底物、某些代谢产物乃至某些有关的辅酶都看作是别构效应剂。因为这些物质与酶分子有关部位结合都有触发酶分子构象改变的作用，并因此而改变酶活性。根据别构剂性质及其与酶分子结合的部位，把它们分为底物性及产物性两大类。底物性别构剂只与催化部位（或催化亚基）结合，使别的催化部位产生构象变化；产物性别构剂与调节部位结合，除能影响别构调节部位构象外，主要是影响催化部位构象，使之有利于结合底物或不利于结合底物。前者称为别构激活剂，后者称为别构抑制剂。
a．别构调节的基本原理
图8-14[S］对两类酶促反应速度的影响Ⅰ．底物性别构剂与酶结合的协同效应别构酶的底物可使别构剂与催化部位结合，反应的动力学特征是S形曲线。比较图8-14
中a和b两种曲线可以发现：非别构酶（a），当底物浓度[S］=0．11时，υ达到υm的10％，当[S］=9时，υ达到υm的90％，达到这两种速度的底物浓度之比为81；而别构酶（b），达到这同样两种速度的底物浓度比仅为3。这表明，当底物浓度略有变化时（图中是增加3倍），别构酶的反应速度就可从10％上升到90％。而典型的矩形双曲线的酶其速度若发生同样大的变化，则要求底物浓度有大得多的改变，需升81倍才行。由此可见，别构酶调节效果显著。在生物活细胞中底物浓度一般较低，代谢速度也不大，但当需要时，只要底物浓度或其他调节因素发生较小变化，别构酶就可灵敏而有效地调节反应速度。
很早就发现，氧结合到去氧血红蛋白上的速度可以用一个S形曲线来描述，并把这个氧合过程称为协同作用。别构酶S形曲线成因与血红蛋白别构机理具有相似性，这就是说，底物分子（效应剂）结合到寡聚酶第一个催化亚基所引起构象变化的信息，经过亚基间的相互作用和传递可使第二个催化亚基结合底物变得更容易。因此，其余催化亚基对底物的亲和力也就愈来愈高，于是就构成S形曲线这一动力学特征，并把形成S形曲线这一效应称为正协同效应。如果一个分子既是酶的底物又是效应剂，它所触发的都是催化亚基的构象改变，增进或减弱结合的都是相同分子，并不涉及其他部位和分子，这种变构的性质称为同促（同位）协同性。
Ⅱ．产物性别构剂对酶的抑制或激活作用别构酶在结构上具有明确的调节部位（或中心）是该类酶的一个重要特点；别构抑制剂（常是代谢的终产物）结合到酶的调节部位，通过改变催化部位的构象使其不利于结合底物，即降低酶对底物的亲和力，S形曲线右移，不易达到酶的最大反应速度。反之，别构激活剂结合于酶的调节部位，可增加催化部位对底物的亲和力。S形曲线左移，易于达到酶的最大反应速度。
b．别构调节的基本方式及意义虽然不同别构剂浓度变化的信息可触发别构酶的构象变化，但因酶在代谢途径中的位置及别构剂性质的不同，对其调节方式和意义有不同的分析和描述。
I．别构酶底物协同效应的调节与非调节酶比较，别构酶底物所产生的正协同效应有显著的调节作用。大肠杆菌的天冬氨酸氨基甲酰转移酶，在有氨基甲酰结合的条件下，酶结合底物天冬氨酸具有正协同效应。即当天冬氨酸浓度稍有增加时，就能灵敏而有效地增进反应速度，以促进嘧啶核苷酸的合成，负协同性酶的例子不多，其意义尚需进一步研究。
