生物化学第39章

1、细胞代谢内容：细胞代谢内容： 物质代谢物质代谢 能量代谢能量代谢 信息代谢信息代谢 代谢调节的三个水平：代谢调节的三个水平： 分子水平分子水平 细胞水平细胞水平 多细胞整体水平多细胞整体水平 负责代谢调控的物质：负责代谢调控的物质： 蛋白质（及蛋白质（及RNA），因此与基因表达有关。），因此与基因表达有关。 一、细胞代谢的调节网络 细胞代谢的原则和要略：细胞代谢的原则和要略： 将各类物质分别纳入共同代谢途径，以少数种类将各类物质分别纳入共同代谢途径，以少数种类 的反应产生种类繁多的分子；的反应产生种类繁多的分子； 不同的代谢途径可通过不同的代谢途径可通过交叉点交叉点上的关键中间代谢上的关键中间

2、代谢 物相互作用和相互转化。物相互作用和相互转化。 三个最关键的中间代谢物：三个最关键的中间代谢物： 葡萄糖葡萄糖6磷酸磷酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A 1、糖代谢与蛋白质代谢 的相互联系 糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 NH3 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖 （生糖氨基酸）（生糖氨基酸） 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸 2、脂类代谢与蛋白质代谢 的相互联系 脂肪脂肪 甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 脂肪酸脂肪酸 乙酰乙酰CoA 氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质 蛋白质蛋白质

3、氨基酸氨基酸 酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA 脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪 3、糖代谢与脂类代谢的相互联系 脂肪脂肪 甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢 脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 乙醛酸循环乙醛酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生 柠檬酸循环柠檬酸循环 植物植物 微生物微生物 酵解酵解 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙酮酸丙酮酸 还原还原 甘油甘油 氧化脱羧氧化脱羧 乙酰乙酰CoACoA脂肪酸脂肪酸 脂肪脂肪 糖糖 4、核酸与糖、脂类、蛋白质 代谢的联系 核苷酸的一些核苷酸的一些衍生物衍生物具重要生理功能，如具重要生理功能，如CoACoA，FADFAD， FMNFMN，NAD+NAD+，N

4、ADP+NADP+，cAMPcAMP，cGMPcGMP等。等。 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合 成，影响细胞的成分和代谢类型。成，影响细胞的成分和代谢类型。 核酸的合成需要核酸的合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物糖和蛋白质的代谢中间产物参参 加，而且需要加，而且需要酶酶和多种和多种蛋白因子蛋白因子。 许多核苷酸在代谢中具有重要作用，许多核苷酸在代谢中具有重要作用，ATPATP是主要的能量是主要的能量 载体，此外，载体，此外，UTPUTP参与多糖的合成，参与多糖的合成，CTPCTP参与磷脂合成，参与磷脂合成， GTPGTP参与蛋白质合成与糖

5、异生作用。参与蛋白质合成与糖异生作用。 糖、 脂、 蛋 白 质 和 核 酸 代 谢 的 相 互 关 系 PEP 丙酮酸丙酮酸 生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸 核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酰氨谷氨酰氨 丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸 丝氨酰丝氨酰 苏氨酸苏氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 乙酰乙酰CoA 甘油甘油 脂肪酸脂肪酸 胆固醇胆固醇 亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸 酪酰氨酪酰氨 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 亮氨酸亮氨酸 色氨酸色氨酸 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA 脂肪脂肪 核苷酸核苷

6、酸 天冬氨酸天冬氨酸 天冬酰氨天冬酰氨 天冬氨酸天冬氨酸 苯丙酰氨苯丙酰氨 酪氨酸酪氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 甲硫酰氨甲硫酰氨 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸 琥珀酰琥珀酰CoA 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 乙醛酸乙醛酸 蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸 生糖氨基酸生糖氨基酸 谷氨酰氨谷氨酰氨 组氨酸组氨酸 脯氨酸脯氨酸 精氨酸精氨酸 谷氨酸谷氨酸 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 丙二单酰丙二单酰CoA 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 葡葡 糖糖 异异 生生 途途 径径 概概 貌貌 分解代谢和合成 代谢的单向性 代谢过程是代谢过程是单单 向向的，同一物质的的，同

7、一物质的 分解和合成途径不分解和合成途径不 同，同， 其分解和合成其分解和合成 途径中某些关键部途径中某些关键部 位的正、逆反应由位的正、逆反应由 不同的酶催化。不同的酶催化。 己糖激酶己糖激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 代谢的基本要略 细胞代谢的内容：细胞代谢的内容： 分解代谢分解代谢 合成代谢合成代谢 基本要略：基本要略： 形成形成ATP（底物水平磷酸化、氧化磷酸化）、还（底物水平磷酸化、氧化磷酸化）、还 原力（原力（NADPH）、构造单元，）、构造单元，用于生物合成。用于生物合成。 脂肪脂肪 葡萄糖、葡萄糖、 其它单糖其它单糖 三羧酸三羧酸 循环循环 电子传递电子传

8、递 （氧化）（氧化） 蛋白质蛋白质 脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油 多糖多糖 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA e- 磷酸化磷酸化 +Pi 小分子化合物分解小分子化合物分解 成共同的中间产物成共同的中间产物 （如丙酮酸、乙酰（如丙酮酸、乙酰 CoA） 共同中间物进入三共同中间物进入三 羧酸循环羧酸循环,氧化脱下氧化脱下 的氢由电子传递链的氢由电子传递链 传递生成传递生成H2O，释，释 放出大量能量，其放出大量能量，其 中一部分储存在中一部分储存在 ATP中。中。 大分子降解成基本大分子降解成基本 结构单位。结构单位。 主要产能物质分解代谢的三个步骤 核糖核糖 NADPNADPH 二、酶活性的调节 代谢的

9、最关键调节：代谢的最关键调节：酶酶水平的调节水平的调节 代谢调节的四级水平：代谢调节的四级水平： 酶水平调节酶水平调节 细胞水平调节细胞水平调节 激素水平调节激素水平调节 神经水平调节神经水平调节 多细胞整体水平调节多细胞整体水平调节 酶的两种功能：酶的两种功能： 作为催化剂催化生物反应；作为催化剂催化生物反应； 调节和控制代谢速度、方向和途径。调节和控制代谢速度、方向和途径。 酶对代谢调节的两种主要方式：酶对代谢调节的两种主要方式： 酶活性酶活性的调节，激活或抑制已有酶分子的活性；的调节，激活或抑制已有酶分子的活性； 方式：别构效应、共价修饰方式：别构效应、共价修饰 酶含量酶含量的调节，影响

10、酶分子的合成和降解，改变酶含量。的调节，影响酶分子的合成和降解，改变酶含量。 方式：基因表达调控方式：基因表达调控 酶水平的调节 酶促反应的前馈和反馈 前馈和反馈的前馈和反馈的本意：本意： 前馈：前馈：“输入对产出的影响输入对产出的影响” 反馈：反馈：“产出对输入的影响产出对输入的影响” 在生物化学中分别说明在生物化学中分别说明底物底物和和代谢产物代谢产物对代谢过程对代谢过程 的调节作用。这种调节作用通过酶的的调节作用。这种调节作用通过酶的别构效应别构效应实现。实现。 前馈和反馈的类型 前馈前馈 正前馈：前面的正前馈：前面的底物底物对后面某一反应的酶起对后面某一反应的酶起激活激活作用。作用。

11、负前馈：前面的负前馈：前面的底物底物对后面某一反应的酶起对后面某一反应的酶起抑制抑制作用。作用。 反馈反馈 正反馈：代谢反应的正反馈：代谢反应的产物产物对前面某一反应的酶起对前面某一反应的酶起激活激活作用。作用。 负反馈：代谢反应的负反馈：代谢反应的产物产物对前面某一反应的酶起对前面某一反应的酶起抑制抑制作用。作用。 前馈激活和反馈激活示意图 AB C D F AB G C D E E + + + 正前馈作用正前馈作用 正反馈作用正反馈作用 由由代谢终产物代谢终产物作为别构效应剂，来作为别构效应剂，来抑制抑制在此产物在此产物 合成过程中某一酶（通常为限速酶）活性的作用，称合成过程中某一酶（通常

12、为限速酶）活性的作用，称 为为负反馈抑制。负反馈抑制。多数情况下控制多数情况下控制合成代谢。合成代谢。 负反馈抑制 负反馈抑制示意图 AB G F J DC H E1 E3 E2 负反馈调节中酶活性调节的机制 产物产物 别别 构构 中中 心心 活性活性 中心中心 例1.乙酰CoA形成和柠檬酸 循环中的激活和抑制 激活：激活： 抑制：抑制： 反馈抑制：反馈抑制： P P 例.嘧啶核苷酸从头合成的调节 在其它酶的催化下，酶分子中的某些基团可以共价结在其它酶的催化下，酶分子中的某些基团可以共价结 合或脱去，引起酶分子构象改变，使酶活性得到调节，这合或脱去，引起酶分子构象改变，使酶活性得到调节，这 种

13、方式称为酶的种方式称为酶的共价修饰。共价修饰。 目前已知有六种修饰方式：磷酸化目前已知有六种修饰方式：磷酸化/ /去磷酸化，乙酰化去磷酸化，乙酰化/ /去去 乙酰化，腺苷酰化乙酰化，腺苷酰化/ /去腺苷酰化，尿苷酰化去腺苷酰化，尿苷酰化/ /去尿苷酰化，去尿苷酰化， 甲基化甲基化/ /去甲基化，氧化（去甲基化，氧化（S-SS-S）/ /还原还原(2SH)(2SH)。 激酶激酶 ATPADP 磷酸化酶磷酸化酶 （无活性）（无活性） 磷酸化酶磷酸化酶 P （有活性）（有活性）磷酸酯酶磷酸酯酶 -OHH2OP 例：糖原磷酸化酶的共价修饰例：糖原磷酸化酶的共价修饰 酶的共价修饰 酶活性调节的其它方式

14、产能反应与需能反应的调节产能反应与需能反应的调节 酶活性的激活和抑制酶活性的激活和抑制 酶原的激活酶原的激活 三、细胞结构对代谢途径 的分隔控制 酶 定 位 的 区 域 化 线粒体线粒体：丙酮酸氧化；：丙酮酸氧化； 柠檬酸循环；柠檬酸循环； -氧化；氧化； 呼吸链电子传递；氧化呼吸链电子传递；氧化 磷酸化磷酸化 细胞质细胞质：糖酵解；糖酵解； 戊糖磷酸途径；糖戊糖磷酸途径；糖 原合成；脂肪酸合原合成；脂肪酸合 成成 细胞核：细胞核：核酸合成、加工核酸合成、加工 内质网内质网:蛋白质合成蛋白质合成 ；磷脂合成；磷脂合成 四、细胞信号传递系统 通过细胞信号传递系统进行代谢调节的方式：通过细胞信号传

15、递系统进行代谢调节的方式： 激素调节、神经调节激素调节、神经调节 两种方式都体现了两种方式都体现了多细胞生物多细胞生物从从整体水平整体水平上对代谢进行的调节上对代谢进行的调节 五、基因表达的调节 操纵子：操纵子：是原核生物基因表达的协同单位，有共同是原核生物基因表达的协同单位，有共同 的控制区和调节系统，包括在功能上彼此的控制区和调节系统，包括在功能上彼此 有关的有关的结构基因结构基因和控制部位，控制部位由和控制部位，控制部位由 启动子启动子和和操纵基因操纵基因组成。组成。 操纵子操纵子 结构基因（编码蛋白质）结构基因（编码蛋白质） 控制部位控制部位 操纵基因操纵基因 启动子启动子 原核生物基

16、因表达的调节 操纵子模型 操纵子模型的基本内容 酶的酶的诱导诱导和和阻遏阻遏在在调节基因调节基因的产物的产物阻遏蛋白阻遏蛋白作用作用 下，通过下，通过操纵基因操纵基因控制结构基因的转录。控制结构基因的转录。 细菌通常并不合成代谢无用的酶，一些细菌通常并不合成代谢无用的酶，一些分解代谢的酶分解代谢的酶 类类在在底物或底物类似物底物或底物类似物存在时存在时被诱导合成，被诱导合成，酶酶诱导诱导时，阻时，阻 遏蛋白与遏蛋白与诱导物诱导物结合失去封闭操纵基因的能力；结合失去封闭操纵基因的能力； 合成代合成代 谢的酶类谢的酶类在在产物或产物类似物产物或产物类似物足够时，足够时，合成被阻遏，合成被阻遏，酶酶

17、阻阻 遏遏时，原本无活性的阻遏蛋白与时，原本无活性的阻遏蛋白与辅阻遏物辅阻遏物（合成途径的终（合成途径的终 产物或产物类似物）结合而被活化，封闭操纵基因。产物或产物类似物）结合而被活化，封闭操纵基因。 酶 的 诱 导 和 阻 遏 的 操 纵 子 模 型 A. 酶的诱导酶的诱导 B. 酶的阻遏酶的阻遏 调节基因调节基因 结构基因结构基因 诱导物诱导物 阻遏蛋白阻遏蛋白 阻遏蛋白结合操纵基因，结构基因不表达阻遏蛋白结合操纵基因，结构基因不表达 诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能结合操纵基因，结构基因可以表达诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能结合操纵基因，结构基因可以表达 酶蛋白酶蛋白 mRNA

18、 阻遏蛋白不能跟操纵基因结合，阻遏蛋白不能跟操纵基因结合， 结构基因表达结构基因表达 代谢产物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白能够结合操纵基因，结构基因不表达代谢产物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白能够结合操纵基因，结构基因不表达 阻遏蛋白阻遏蛋白 酶蛋白酶蛋白 mRNA 代谢产物代谢产物 启动子启动子 操纵基因操纵基因 大 肠 杆 菌 乳 糖 操 纵 子 模 型 调节基因调节基因 操纵操纵 基因基因 乳糖结构基因乳糖结构基因 P LacZLacYLacA mRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 （有活性）（有活性） 基基 因因 关关 闭闭 启启 动动 子子 O R PLacZLacYLacA 调节调节 基因基因 操

19、纵操纵 基因基因 乳糖结构基因乳糖结构基因 启启 动动 子子 O R mRNAZmRNAYmRNAA 基基 因因 表表 达达 mRNA A、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构 B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳糖 阻遏蛋白阻遏蛋白 （无活性）（无活性） 真核生物基因表达调控 DNA 转录初产物转录初产物 RNA mRNA 蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物 活性蛋白质活性蛋白质 DNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 （主要调节方式）（主要调节方式） 转录后转录后水平水平的调节的调节 翻译调节翻译调节 mRNA降解降解 翻译后翻译后水平水平的调节的调节 核核内内 细胞质细胞

20、质 真核基因表达调控的五个水平：真核基因表达调控的五个水平： 转录前水平的转录前水平的调节调节（DNADNA水平水平） 转录水平调节转录水平调节 转录后转录后水平水平的调节的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后翻译后水平水平的调节的调节 3、糖代谢与脂类代谢的相互联系 脂肪脂肪 甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢 脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 乙醛酸循环乙醛酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生 柠檬酸循环柠檬酸循环 植物植物 微生物微生物 酵解酵解 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙酮酸丙酮酸 还原还原 甘油甘油 氧化脱羧氧化脱羧 乙酰乙酰CoACoA脂肪酸脂肪酸 脂肪脂肪 糖糖

21、糖、 脂、 蛋 白 质 和 核 酸 代 谢 的 相 互 关 系 PEP 丙酮酸丙酮酸 生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸 核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酰氨谷氨酰氨 丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸 丝氨酰丝氨酰 苏氨酸苏氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 乙酰乙酰CoA 甘油甘油 脂肪酸脂肪酸 胆固醇胆固醇 亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸 酪酰氨酪酰氨 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 亮氨酸亮氨酸 色氨酸色氨酸 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA 脂肪脂肪 核苷酸核苷酸 天冬氨酸天冬氨酸 天冬酰氨天冬酰氨 天冬氨酸天冬氨酸 苯丙酰氨苯丙酰氨 酪氨酸酪氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 甲硫酰氨甲硫酰氨 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸 琥珀酰琥珀酰CoA 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 乙醛酸乙醛酸 蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸 生糖氨基酸生糖氨基酸 谷氨酰氨谷氨酰氨 组氨酸组氨酸 脯氨酸脯氨酸 精氨酸精氨酸 谷氨酸谷氨酸 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 丙二单酰丙二单酰CoA 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 葡葡 糖糖 异异 生生 途途 径径 概概 貌貌 分解代谢和合成 代谢的单向性 代谢过程是代谢过程是单单 向向的，同一物质的的，同一物质的 分解和合成途径不分解和合成