第十五章物质代谢的相互关系及代谢的调节控制

1、 第十五章第十五章 物质代谢的相互关系及物质代谢的相互关系及代谢的调节控制代谢的调节控制 主要内容主要内容 n物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系 n代谢的调节代谢的调节 一一 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系 （一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系 糖可以在生物体内变成脂肪。 脂肪不能大量转变为糖，除了油料作 物种子。 糖糖 脂脂 （二）糖代谢与蛋白质代谢的关系（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系 糖可以转变为非必需氨基酸。 蛋白质可以转变为糖。 糖糖 蛋白质蛋白质 （三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系 由脂肪合成蛋白质的可能性是有

2、限的，实际上仅限于由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。 蛋白质间接地转变为脂肪。蛋白质间接地转变为脂肪。 脂脂 蛋白质蛋白质 (四四)三大基础物质代谢的相互关系三大基础物质代谢的相互关系： 相互转变、相互制约、殊途同归相互转变、相互制约、殊途同归。 n相互转变：相互转变：指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢 中间产物丙酮酸、乙酰辅酶中间产物丙酮酸、乙酰辅酶A、-酮戊二酸等相互联系酮戊二酸等相互联系 起来，可以相互转变。起来，可以相互转变。 n相互制约：相互制约：指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由

3、 糖类的代谢强度决定。当糖类供应充足时，糖类在体内糖类的代谢强度决定。当糖类供应充足时，糖类在体内 大量氧化分解供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一大量氧化分解供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一 定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分解供能，蛋定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分解供能，蛋 白质也有供能作用。白质也有供能作用。 正常情况下，蛋白质的代谢主要用于蛋白质的不正常情况下，蛋白质的代谢主要用于蛋白质的不 断自我更新，只有当机体能源物质糖类、脂类严断自我更新，只有当机体能源物质糖类、脂类严 重消耗时，蛋白质才表现为大量分解供能。重消耗时，蛋白质才表现为大量分解供能。 n殊途同归：殊途

4、同归：三大物质代谢分解途径虽不相同，但三大物质代谢分解途径虽不相同，但 彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到TCA循环中，循环中， 所以所以TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧 化的一条共同途径化的一条共同途径。 TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质三大物质的共循环是糖类、脂肪、蛋白质三大物质的共 同通路：同通路： n(1)、三羧酸循环是乙酰辅酶、三羧酸循环是乙酰辅酶A最终氧化生成最终氧化生成CO2和和H2O 的途径。的途径。 n(2)、糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化。、糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化。 n(3)、

5、脂肪分解产生的甘油可通过糖有氧氧化进、脂肪分解产生的甘油可通过糖有氧氧化进 入三羧酸循氧化，脂肪酸经入三羧酸循氧化，脂肪酸经氧化产生氧化产生乙酰辅乙酰辅 酶酶A可进入三羧酸环氧化。可进入三羧酸环氧化。 n(4)、蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨后碳骨架、蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨后碳骨架 可进入三羧循环，同时，三羧酸循环的中间产物可进入三羧循环，同时，三羧酸循环的中间产物 可作为氨基酸的碳骨架接受可作为氨基酸的碳骨架接受NH3后合成非必需氨后合成非必需氨 基酸。所以，三羧酸循环是三大物质代谢共同通基酸。所以，三羧酸循环是三大物质代谢共同通 路路 (五五)核酸核酸 糖、脂和蛋白质糖、脂和蛋白质 代

6、谢网络 二二 代谢的调节代谢的调节 生物界代谢的调控，可分为3个水 平：细胞内的调控、体液的调控、 神经水平调控。 1.细胞内的调控 n1).区域定位的调节不同酶分部于细胞的不同部 位. (一)生物体内的代谢调控模式 活细胞是一个微小的化学工业园 在极其微小的空间内发生着 数千种生物化学反应 细胞不是一个装满了各种酶 和底物的口袋 细胞复杂的结构特别是膜的 结构固定了各代谢反应的空 间和时间，使它们高度有序 并可以被控制和调节。 细胞区域化调节细胞区域化调节 2)酶活性的调节酶结构的变化改变酶活性 n(1)酶原激活 n(2)酶的化学修饰(共价修饰):有些酶在它 的某些氨基酸残基上连接一定化学基

7、团 或去掉一定化学,从而实现酶的活性态与 非活性态的互相转变. 酶原的活化酶原的活化 酶的化学修饰 n(3)酶分子的聚合与解聚 n(4)酶的构象变化 3)酶量的调节基因的诱导与阻遏 2.体液激素的激素的调控 n1)激素的概念激素的概念: n2)激素的分类激素的分类: n3)蛋白质激素的作用机制蛋白质激素的作用机制第二信使学说第二信使学说 激素激素 n什么是激素？什么是激素？ n激素是生物体内特定细胞产生的的对某激素是生物体内特定细胞产生的的对某 些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。 n在机体的代谢过程或生理过程起调控作在机体的代谢过程或生理过程起调控作 用，

8、用， n1，含量少；在生物体某特定组织细胞产，含量少；在生物体某特定组织细胞产 生；生； n2，通过体液的运动被输送到其他组织中，通过体液的运动被输送到其他组织中 发挥作用；发挥作用； n3，作用很大，效率高，在新陈代谢中起，作用很大，效率高，在新陈代谢中起 调节控制作用。调节控制作用。 n在医疗上，激素也是一类重要药物。在医疗上，激素也是一类重要药物。 激素具有以下几个特点：激素具有以下几个特点： 激素的分类激素的分类 n在生物激素中，动物激素最为重要。植物激素在生物激素中，动物激素最为重要。植物激素 主要为植物生长调节剂。主要为植物生长调节剂。 n根据激素的化学结构和调控功能，一般可以分根

9、据激素的化学结构和调控功能，一般可以分 为三类为三类 n（1 1）含氮激素。包括蛋白质激素、多肽激素、）含氮激素。包括蛋白质激素、多肽激素、 氨基酸衍生物激素等。氨基酸衍生物激素等。 n（2 2）类固醇激素。性腺和肾上腺皮质分泌的）类固醇激素。性腺和肾上腺皮质分泌的 激素大多数是类固醇激素。激素大多数是类固醇激素。 n（3 3）脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系统及）脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系统及 其它组织分泌产生。其它组织分泌产生。 蛋白质激素的作用机制蛋白质激素的作用机制 第二信使学说第二信使学说 n4)类固醇激素的作用机制调节基因表达 3.神经系统的调节 神经调控作用神经调控作用 n人及

10、高等动物具有高度发达的神经系统，人及高等动物具有高度发达的神经系统， 这类生物的各种活动和代谢的调节机制这类生物的各种活动和代谢的调节机制 都处于中枢神经系统的控制之下。神经都处于中枢神经系统的控制之下。神经 系统既直接影响各种酶的合成，又影响系统既直接影响各种酶的合成，又影响 内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以 神经系统的调节具有整体性特点。神经系统的调节具有整体性特点。 n神经系统对生命活动的调控在很大程度神经系统对生命活动的调控在很大程度 上是通过调节激素的分泌来实现的上是通过调节激素的分泌来实现的。 (二二)反反馈调节馈调节 n1).前馈代谢底物浓度的

11、的调节 n2).反馈终产物的调节作用 1.反馈与前馈 反馈与前馈 2.反反馈抑制的方式馈抑制的方式 n1)线性反线性反馈馈:反反馈抑制的基本方式馈抑制的基本方式 n2)分支代谢分支代谢反反馈馈:原核生物中重要调控方式原核生物中重要调控方式 特点特点:每一个分支途径的终产物常常控制分支后的第每一个分支途径的终产物常常控制分支后的第 一个酶一个酶,同时每一个终产物又对整个途径的第一个同时每一个终产物又对整个途径的第一个 酶有部分酶有部分抑制作用抑制作用. 分支反馈调节几种类型分支反馈调节几种类型(P251) n(1)多价反多价反馈抑制馈抑制 n(2)协同协同反反馈抑制馈抑制 n(3)累积累积反反馈

12、抑制馈抑制 n(4)合作合作反反馈抑制馈抑制 n(5)顺序顺序反反馈抑制馈抑制 3.反反馈调节的机制馈调节的机制 n1)变构酶调节变构酶调节-反反馈的普遍机制馈的普遍机制 n2)同工酶调节同工酶调节-对环境及代谢变化的一对环境及代谢变化的一 种适应机制种适应机制 n3)多功能酶调节多功能酶调节-更灵活的更灵活的调节调节机制机制 (三三) 基因表达的调节基因表达的调节 n酶生物合成在转录水平和翻译水平受到酶生物合成在转录水平和翻译水平受到 调节。调节。 1原核生物基因表达调节原核生物基因表达调节 1)酶合成的诱导作用酶合成的诱导作用 2)降解物的阻遏作用降解物的阻遏作用 3)酶合成的阻遏作用酶合

13、成的阻遏作用 1)酶合成的诱导作用酶合成的诱导作用 19601961年，年，J. Monod 和和 F. Jacob 提出乳糖操纵子模型（提出乳糖操纵子模型（lac operon model）。）。 n大肠杆菌乳糖操纵子模型说明了酶大肠杆菌乳糖操纵子模型说明了酶 合成的诱导作用机制合成的诱导作用机制. ayzopi 结构基因结构基因控制位点控制位点调节基因调节基因 乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型 ayzopio CAP与cAMP形成复合物，结 合在lac operon的启动基因上， 促进转录的进行。 cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。 启启 操操 2)降解物的阻遏作用降解物的阻

14、遏作用 n当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时乳糖的培养基中生长时, 则先利用则先利用葡萄糖,而不利用乳糖利用乳糖.只有当只有当葡萄糖耗 尽后,细菌生长经过一段停滞期,出现二度生长曲 线.不久在乳糖诱导下乳糖诱导下,分解乳糖代谢的酶开始合分解乳糖代谢的酶开始合 成成,细菌才能利用乳糖细菌才能利用乳糖.这种现象称为降解物的阻这种现象称为降解物的阻 遏作用遏作用. 3)酶合成的阻遏作用酶合成的阻遏作用 E. coli 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. ABCDEopLa trpR trpPtrpO trpE trpD trpC trpB trpA E. coli 色氨酸操纵子模型 Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子衰减子所引起的衰 减调节。 （2）真核生物基因表达的调控）真核生物基因表达的调控 n为多级调控方式：转录前水平调控、为多级调控方式：转录前水平调控、 转录水平上的调控、转录后水平的转录水平上的调控、转录后水平的 调控、翻译水平调控、翻译后水平调控、翻译水平调控、翻译后水平 调控