10物质代谢的相互联系和代谢调节

1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY第十章第十章物质代谢的相互物质代谢的相互联系和调节联系和调节YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY第一节第一节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系 第二节第二节 物质代谢的物质代谢的调节调节 本章讲授提纲本章讲授提纲YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY第一节第一节 物质代谢间的相互联系物质代谢间的相互联系一、糖代谢与脂类代谢的相互关系一、糖代谢与脂类代谢的相互关系 二、

2、二、 糖代谢与蛋白质代谢的相互关系糖代谢与蛋白质代谢的相互关系三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系四、核酸与糖类、脂类、蛋白质代谢的相互四、核酸与糖类、脂类、蛋白质代谢的相互关系关系YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1.1.各物质的代谢是各物质的代谢是相互影响、相互制约的相互影响、相互制约的 糖代谢糖代谢2.2.糖、脂肪、蛋白质的代谢是相互关联的糖、脂肪、蛋白质的代谢是相互关联的 （殊途同归（殊途同归TCATCA）3.3.三者之间的相互转化三者之间的相互转化脂代谢脂代谢蛋白质代谢（蛋白质代谢（AA

3、.的合成的合成Pro）YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY一、糖代谢与脂肪代谢的相互联系（转化）一、糖代谢与脂肪代谢的相互联系（转化）糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解从头合成从头合成1、糖转化为脂肪、糖转化为脂肪 糖分解提供能量糖分解提供能量ATPATP，用于脂肪的合成。，用于脂肪的合成。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY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

4、酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循环乙醛酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生TCA2、脂肪转化为糖、脂肪转化为糖ATP（供能）（供能）糖异生糖异生（次要）（次要）主要主要YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系1 1、糖转化为蛋白质糖转化为蛋白质 碳源：碳源：糖经糖经EMPEMP和和TCATCA循环产生循环产生3-PGA3-PGA、PEPPEP、丙酮酸、丙酮酸、-酮戊二酸和草酰乙酸等，酮戊二酸和草酰乙酸等，它们均可形成相应的它们均可形成相应的AAAA。 能源

5、：能源：ATPATP。 提供还原力提供还原力: :NADH、NADPH糖糖 -酮酸酮酸氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 +NH3YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2 2、蛋白质转化为糖、蛋白质转化为糖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）NH3Gly、Ala、Ser、Thr、Cys 丙酮酸丙酮酸Asp、Asn OAAPhe、Tyr 延胡索酸延胡索酸Ile、Met、Val 琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶AArg、His、Pro、Glu、Gln -酮戊二酸酮戊二酸YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYA

6、NGTZE NORMAL UNIVERSITY三、脂代谢与蛋白质代谢的相互联系三、脂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1、脂肪转化为蛋白质、脂肪转化为蛋白质YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2、蛋白质转化为脂肪、蛋白质转化为脂肪蛋白质蛋白质生酮生酮AA-酮酸酮酸乙酰乙酸乙酰乙酸乙酰辅酶乙酰辅酶A脂肪酸脂肪酸生糖生糖AA丙酮酸丙酮酸-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮脂肪脂肪YANGTZE NORMAL UNIVERSITY

7、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY1、糖、脂肪、蛋白质为核酸的合成提供原料和能量、糖、脂肪、蛋白质为核酸的合成提供原料和能量PRPPGlnGlyAsp 甲酸盐甲酸盐CO2IMPNTPCO2 + Gln乳清酸乳清酸UMPdNTP嘧啶核苷嘧啶核苷酸合成酸合成嘌呤核苷嘌呤核苷酸合成酸合成糖、脂糖、脂蛋白质蛋白质糖糖PRPPATPATP、GTPAspATP核酸核酸四、核酸代谢与其他物质代谢的相互关系四、核酸代谢与其他物质代谢的相互关系YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2、核酸控制其它物质代谢、核酸控制其它物质代谢DNA转

8、录转录反转录反转录RNA翻译翻译蛋白质蛋白质生物学作用生物学作用复复制制复复制制YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3、核苷酸在各个物质代谢中起重要作用、核苷酸在各个物质代谢中起重要作用ATP：提供能量（能量通货）：提供能量（能量通货） 、磷酸基转移；、磷酸基转移；UTP：蔗糖和糖原合成；：蔗糖和糖原合成； GTP：蛋白质合成：蛋白质合成、糖异生；糖异生；CTP：磷脂合成；：磷脂合成； 辅酶及第二信使：辅酶及第二信使：CoA、 NAD+、NADP+、 FAD、cAMP、cGMP。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYY

9、ANGTZE NORMAL UNIVERSITY第二节第二节 物质代谢的调节物质代谢的调节意义：意义：适应环境；适应环境； 维持生物正常的生长和发育。维持生物正常的生长和发育。代谢调节：代谢调节：是指细胞在某些条件下能够引起或加是指细胞在某些条件下能够引起或加速一个代谢途径的进行，而在另一条件下又能使速一个代谢途径的进行，而在另一条件下又能使之终止或减慢，这称之为。之终止或减慢，这称之为。即生物体或细胞对代谢变化（化学反应）的即生物体或细胞对代谢变化（化学反应）的起止和快慢的控制能力。起止和快慢的控制能力。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIV

10、ERSITY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：控制酶的活性和含量。控制酶的活性和含量。 细胞水平调节：细胞水平调节：酶的集中存在和隔离分布酶的集中存在和隔离分布 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多细胞整体水平调节水平调节调节能力越来越高级调节能力越来越高级YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY（1）酶水平和细胞水平酶水平和细胞水平的调节是的调节是最基本最基本的调节方的调节方式，为单细胞生物和动、植物所共有的。式，为单细胞生物和动、植物所共有的。（2）调节和控制是分子间的相互

11、制约和相互协调）调节和控制是分子间的相互制约和相互协调的过程。的过程。（3）调节是受内、外环境条件影响和控制的。）调节是受内、外环境条件影响和控制的。代谢调节的特点代谢调节的特点YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制各酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。类生物化学反应速度、方向和途径的功能。酶水平的调节作用酶水平的调节作用主要有两种方式：主要有两种方式： 酶活性调节酶活性调节通过激活或抑制酶的活性。通过激活或抑制酶的活性。 酶含量调节酶含量调节通过影响酶

12、的合成或降解速通过影响酶的合成或降解速度改变细胞内酶的含量。度改变细胞内酶的含量。酶水平的调节是生物调控最重要的形式。酶水平的调节是生物调控最重要的形式。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY（一）酶活性的调节（一）酶活性的调节以酶分子的结构为基础，凡是导致酶结构以酶分子的结构为基础，凡是导致酶结构改变的因素都可影响酶的活性。改变的因素都可影响酶的活性。酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节酶活性的调节酶活性的调节酶的别构调节酶的别构调节YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1

13、、酶的变构调节、酶的变构调节、定义：、定义： 某些物质与酶分子的调节部位结合，引起酶某些物质与酶分子的调节部位结合，引起酶蛋白的分子构象发生改变，从而改变酶的活蛋白的分子构象发生改变，从而改变酶的活性，这种现象称为性，这种现象称为酶的变构调节酶的变构调节。 别构酶别构酶 活性部位活性部位 + + 调节部位调节部位变构酶：变构酶：受别构调节的酶。受别构调节的酶。效应物：效应物：使酶发生别构效应的物质（激素、底物、使酶发生别构效应的物质（激素、底物、产物、辅酶及核苷酸等）。产物、辅酶及核苷酸等）。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY、

14、酶的别构调节特点：、酶的别构调节特点：（1 1）快速调节（时间在毫秒范围）；）快速调节（时间在毫秒范围）；（2 2）非酶促、非共价键、可逆结合作用；）非酶促、非共价键、可逆结合作用；（3 3）变构酶）变构酶大多大多为寡聚酶（多亚基）；为寡聚酶（多亚基）；（4 4）有些酶的变构作用是发生在亚基的解离或）有些酶的变构作用是发生在亚基的解离或聚合上；聚合上；（5 5）其动力学曲线：主要是）其动力学曲线：主要是S S形曲线。形曲线。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY、别构调节的一种重要方式、别构调节的一种重要方式 前馈和反馈调节前馈和反

15、馈调节 前馈：前馈：意思是意思是“输入对输出的影响输入对输出的影响”。 底物底物对代谢过程的调节作用。对代谢过程的调节作用。 反馈：反馈：意思是意思是“输出对输入的影响输出对输入的影响”。 代谢产物代谢产物对代谢过程的调节作用。对代谢过程的调节作用。 正调控正调控(+)(+)：使代谢过程加快。：使代谢过程加快。 负调控负调控(-)(-)：使代谢过程减慢。：使代谢过程减慢。其调节机理是通过酶的其调节机理是通过酶的变构效应变构效应来实现的。来实现的。前馈和反馈前馈和反馈YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYS0SnS2S1E0E1En-

16、1或或+或或+反馈反馈前馈前馈YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2、酶的共价修饰调节、酶的共价修饰调节、定义：、定义：某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共价修饰作用，从而引起酶活性的激活或抑下发生共价修饰作用，从而引起酶活性的激活或抑制，这种作用称为制，这种作用称为酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节。这类酶则称这类酶则称为共价调节酶。为共价调节酶。、类型：、类型： 磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化；( (最重要最重要, ,最普遍最普遍, ,最显著）最显著） 乙酰化乙酰化/去乙酰化；去乙酰化

17、； 腺苷酰化腺苷酰化/去腺苷酰化，去腺苷酰化， 尿苷酰化尿苷酰化/去尿苷酰化；去尿苷酰化； 甲基化甲基化/去甲基化；去甲基化； 氧化（氧化（S-S）/还原还原(2SH)。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 、举例：、举例：糖原磷酸化酶的共价修饰调节糖原磷酸化酶的共价修饰调节磷酸化磷酸化去磷酸化去磷酸化YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 、特点：、特点： 快速调节快速调节( (比别构调节慢）；比别构调节慢）； 酶促、共价修饰；酶促、共价修饰； 被修饰的酶有两种形式，

18、一种为活性形式，被修饰的酶有两种形式，一种为活性形式，另一种为非活性形式。另一种为非活性形式。对调节信号有对调节信号有放大效应放大效应，调节效率比别构，调节效率比别构调节高；调节高；酶级联系统酶级联系统调控示意图调控示意图意义：意义：酶的共价修酶的共价修饰反应是酶促反应，饰反应是酶促反应，只要有少量信号分只要有少量信号分子（如激素）存在，子（如激素）存在，即可通过加速这种即可通过加速这种酶促反应，而使大酶促反应，而使大量的另一种酶发生量的另一种酶发生化学修饰，从而获化学修饰，从而获得放大效应。这种得放大效应。这种调节方式快速、效调节方式快速、效率极高。率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高

19、血糖素1、腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMP3、蛋白激酶蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456YANGTZE NORMAL UNIV

20、ERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY小结：小结：酶的变构调节和共价修饰调节均属于酶的变构调节和共价修饰调节均属于结构调节结构调节；限速酶（关键酶）：起着限制或调节整个代谢速限速酶（关键酶）：起着限制或调节整个代谢速度作用，故称为限速酶。度作用，故称为限速酶。 通常是代谢途径中第一步反应；通常是代谢途径中第一步反应； 代谢途径中最慢的一步反应。代谢途径中最慢的一步反应。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY（二）酶含量的调节（二）酶含量的调节基因表达调节：基因表达调节： 转录水平：控制转录水平：控制mRNAm

21、RNA合成合成 转译水平：控制转译水平：控制prpr合成合成基因表达的调控主要在基因表达的调控主要在转录转录水平上进行。水平上进行。(1)(1)酶合成的诱导和阻遏酶合成的诱导和阻遏 (2)(2)酶的降解酶的降解 酶在细胞内的含量取决于酶的合成速度和分解速度。酶在细胞内的含量取决于酶的合成速度和分解速度。酶浓度调节的化学本质是酶浓度调节的化学本质是基因表达基因表达的调节的调节。在细胞内，在细胞内，所合成的酶的种类及数量是由基因决定的，需通过转录所合成的酶的种类及数量是由基因决定的，需通过转录和翻译而合成酶蛋白。和翻译而合成酶蛋白。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE

22、NORMAL UNIVERSITY1 1、酶合成的诱导和阻遏（原核生物）、酶合成的诱导和阻遏（原核生物） 、酶合成的诱导：、酶合成的诱导：指某些物质能（诱导物）指某些物质能（诱导物）促进细胞内酶的合成，这种作用称为。促进细胞内酶的合成，这种作用称为。酶的诱导物：底物、激素、药物等。酶的诱导物：底物、激素、药物等。诱导酶诱导酶定义：定义：受外来物质影响，体内重新合成受外来物质影响，体内重新合成的酶称为。的酶称为。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1 1）培养基中如果培养基中如果有有GlcGlc， E.coli 细胞中就不含利用细胞

23、中就不含利用乳乳糖糖的酶。的酶。2 2）如果培养基中如果培养基中仅有乳糖仅有乳糖时，时，E.coli 能在几能在几minmin内合内合成出利用成出利用乳糖乳糖的有关酶。的有关酶。3 3）乳糖乳糖起着诱导物作用。由其诱导产生的利用乳糖起着诱导物作用。由其诱导产生的利用乳糖相关的三种酶：相关的三种酶： - -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 - -半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶 - -半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷转乙酰酶例如：例如：YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY例如：例如：E.coli E.coli 若以若以NHNH4 4为唯一氮源时，可以合成所

24、有为唯一氮源时，可以合成所有含氮物质，包括含氮物质，包括2020种氨基酸，但若在培养基中加入种氨基酸，但若在培养基中加入TrpTrp后，则利用后，则利用NHNH4 4合成合成TrpTrp的酶系很快全部消失的酶系很快全部消失。说明：说明：TrpTrp阻止利用阻止利用NHNH4 4合成合成TrpTrp的酶系产生。的酶系产生。、酶合成的阻遏作用：、酶合成的阻遏作用：指某些物质（阻遏物）指某些物质（阻遏物）能阻止细胞内某种酶的合成，这种作用称为。能阻止细胞内某种酶的合成，这种作用称为。酶合成的阻遏物：产物（终产物、中间产物）酶合成的阻遏物：产物（终产物、中间产物）YANGTZE NORMAL UNIV

25、ERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1960-19611960-1961年，年，J.Monod J.Monod 和和 F.Jacob F.Jacob 提出乳糖操提出乳糖操纵子模型（纵子模型（lac operon modellac operon model）。）。、操纵子模型、操纵子模型解释酶合成的诱导和阻遏的模型。解释酶合成的诱导和阻遏的模型。操纵子模型的基因组成：操纵子模型的基因组成：操纵子：操纵子：是由功能相关的一组结构基因加是由功能相关的一组结构基因加上其上游的启动子和操纵基因等组成的转上其上游的启动子和操纵基因等组成的转录单位。录单位。调节基因：调节基因：产生

26、阻遏蛋白控制操纵基因的产生阻遏蛋白控制操纵基因的“开开”与与“关关”。DNA片段片段YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 操纵子的概念操纵子的概念：是在转录水平上控制基因：是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由启动子（表达的协调单位，由启动子（P P）、操纵基）、操纵基因（因（O O）和在功能上相关的几个结构基因组）和在功能上相关的几个结构基因组成。成。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYq操纵操纵基因控制基因控制结构结构基因的基因的转录与否转录与否；q调节调节基因产生的基因产生的阻遏蛋白阻遏蛋白控制控制操纵基因操纵基因的开与关；的开与关；q诱导物诱导物或或抑制物抑制物控制控制阻遏蛋白阻遏蛋白与与操纵基因操纵基因结合与否。结合与否。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY操纵子模型解释操纵子模型解释酶生成的诱导和阻遏酶生成的诱导和阻遏YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE N