第10章代谢调控

1、第第10章、代谢调节章、代谢调节n近几年的网络化进步都带来了哪些便利？近几年的网络化进步都带来了哪些便利？n联系密切、资源共享联系密切、资源共享n音乐网、文学网、化学网、环保网、人际关音乐网、文学网、化学网、环保网、人际关系网系网 集团优势的充分体现集团优势的充分体现n几亿年前生物小小的细胞内就已经进化出了几亿年前生物小小的细胞内就已经进化出了网络化行为网络化行为代谢网络代谢网络第一节、物质代谢的相互关系第一节、物质代谢的相互关系(一一). 糖代谢与脂肪代谢的相互关系糖代谢与脂肪代谢的相互关系1、糖可以在生物体内变成脂肪。、糖可以在生物体内变成脂肪。2、脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。

2、、脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。脂脂肪肪 -甘油磷酸甘油磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖糖脂肪酸脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶a琥珀酸琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸 -氧化氧化乙醛酸乙醛酸循环循环tca循环循环co2+h2o磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙酮酸丙酮酸甘油甘油乙酰辅酶乙酰辅酶a a脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪糖糖一、代谢途径交叉形成网络一、代谢途径交叉形成网络(二二). 糖代谢与蛋白质代谢的关系糖代谢与蛋白质代谢的关系n tca循环循环-酮酸酮酸 aan 各种各种aaoaa pep 糖异生糖异生羧激酶羧激酶氨基化氨基化糖糖蛋白蛋白质质蛋白质蛋白质糖糖糖代谢糖代谢 碳源碳源 蛋白质的合成；蛋

3、白质的合成；糖分解糖分解 能量能量 aa和蛋白质的合成和蛋白质的合成;蛋白质蛋白质 aa 糖异生作用糖异生作用 糖。糖。tca(三三). 脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系1、由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，、由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于实际上仅限于glu。2、蛋白质间接地转变为脂肪。、蛋白质间接地转变为脂肪。草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸氨基酸氨基酸 丙酮酸丙酮酸 甘油甘油脂肪酸脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶a a - -氧化氧化tcatca循环循环草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸 苹果酸苹果酸琥珀酸琥珀酸乙醛酸循环乙醛酸循环氨基酸氨基酸脂肪脂肪蛋

4、蛋白白质质甘油甘油生酮氨基酸生酮氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸乙酰乙酸脂肪酸脂肪酸丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶a a丙二酸单酰丙二酸单酰辅酶辅酶a a（四）核酸代谢与糖、蛋白质、脂肪代谢的关系（四）核酸代谢与糖、蛋白质、脂肪代谢的关系atp：能量和磷酸基团的供应能量和磷酸基团的供应utp：单糖的转变和多糖的合成单糖的转变和多糖的合成ctp：参与卵磷脂的合成参与卵磷脂的合成gtp：给蛋白质合成提供能量给蛋白质合成提供能量核酸核酸核苷酸核苷酸amp：辅酶辅酶a, nad(p+), fad核苷酸的合成核苷酸的合成: gly、asp、gln、甲酸和氨；酶和蛋、甲酸和氨；酶和蛋白因子白因子核酸的合成

5、核酸的合成: 酶和多种蛋白因子酶和多种蛋白因子二、分解代谢与合成代谢的单向性二、分解代谢与合成代谢的单向性n相对立的单向反应（相对立的单向反应（opposing unidirectional reaction）：）：指在一条代谢途径中，某些关键部位的正指在一条代谢途径中，某些关键部位的正向反应和逆向反应是由两种不同酶所催化。向反应和逆向反应是由两种不同酶所催化。 n举例：举例：1）糖代谢）糖代谢 g + atp g-6-p + adp 己糖激酶己糖激酶 g-6-p + adp g + pi 6-磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶 2）脂肪酸代谢）脂肪酸代谢 乙酸乙酸 + atp + coa 乙酰乙酰co

6、a + amp + ppi 硫激酶硫激酶 乙酰乙酰coa + h2o 乙酸乙酸 + coa 硫酯酶硫酯酶 三、三、atp是通用的能量载体是通用的能量载体n绿色植物和光合细菌通过绿色植物和光合细菌通过光合作用获得太阳能光合作用获得太阳能；n其他生物利用有机物的其他生物利用有机物的分解代谢获得能量：分解代谢获得能量：有机有机物氧化分解物氧化分解 释放能量释放能量 atp 需能反应需能反应四、四、nadph以还原力形式携带能量以还原力形式携带能量nnadph是生物合成过程中的良好还原剂；是生物合成过程中的良好还原剂；nppp途径、线粒体乙酰途径、线粒体乙酰coa的输出的输出 nadphn代谢的要略在

7、于形成代谢的要略在于形成atp、还原力和构造单元以用还原力和构造单元以用于生物合成；于生物合成；n大分子大分子构造单元（构造单元（g、aa、甘油、脂肪酸）甘油、脂肪酸）;n各种构造单元各种构造单元乙酰乙酰coa + nadph + atp;n乙酰乙酰coa tca循环循环co2 + h2o + atp提问：代谢形成网络有什么益处？提问：代谢形成网络有什么益处？n资源共享资源共享n在满足需要的前提下，互通有无，最大限在满足需要的前提下，互通有无，最大限度的减少度的减少酶酶、代谢途径代谢途径及及中间产物中间产物的数量的数量酶酶 水水 平平 调节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

8、经水平调节神经水平调节复复杂杂程程度度单细胞单细胞生物生物植物植物动物动物第二节、代谢调节第二节、代谢调节多细胞整体水平调节多细胞整体水平调节一、细胞水平的调节一、细胞水平的调节以酶区域化分布为基础的调节以酶区域化分布为基础的调节细胞内膜系统的区隔化作用细胞内膜系统的区隔化作用酶酶定定位位的的区区域域化化线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;tca;脂肪酸脂肪酸 -氧化氧化;脂肪酸碳链的延长；脂肪酸碳链的延长；呼吸链呼吸链;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷磷酸戊糖途径酸戊糖途径;脂脂肪酸从头合成；肪酸从头合成；糖原分解与合成糖原分解与合成细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网核糖体内

9、质网核糖体:蛋白质合成蛋白质合成;此外，植物细胞中此外，植物细胞中:乙醛酸体乙醛酸体乙醛酸循乙醛酸循环环细胞的区域化有三个方面的作用细胞的区域化有三个方面的作用使不同的代谢途径分别在不同的区域内使不同的代谢途径分别在不同的区域内进行，不至于相互干扰。进行，不至于相互干扰。将酶、辅酶和底物在细胞器内高度浓缩，将酶、辅酶和底物在细胞器内高度浓缩，使代谢反应以正常的速度进行。使代谢反应以正常的速度进行。细胞的区域化为酶水平调节创造了有利细胞的区域化为酶水平调节创造了有利的条件的条件二、酶二、酶 水水 平平 调调 节节酶活性的调节酶活性的调节酶含量的调节酶含量的调节酶的定位调节酶的定位调节（一）、酶活

10、性的调节（一）、酶活性的调节( (微调或细调微调或细调) )1. 酶原激活酶原激活4. 辅因子的调节辅因子的调节当细胞已合成一定量的某种酶时，可以以其活当细胞已合成一定量的某种酶时，可以以其活性进行调节，这是一种比较灵敏的调节，有时性进行调节，这是一种比较灵敏的调节，有时候称为候称为“微调微调”酶原：酶的无活性前体。酶原：酶的无活性前体。酶原激活：某些酶先以无活性的酶原形式合酶原激活：某些酶先以无活性的酶原形式合成或分泌，然后在到达作用部位时由其它酶成或分泌，然后在到达作用部位时由其它酶作用，使其失去部分肽段从而形成或暴露活作用，使其失去部分肽段从而形成或暴露活性中心、形成有活性酶分子的过程。

11、性中心、形成有活性酶分子的过程。酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义：保证某些酶只在需要保证某些酶只在需要时发挥作用，而不会对机体产生不利影响。时发挥作用，而不会对机体产生不利影响。 1、酶原激活、酶原激活胰蛋白酶原的激活与功能胰蛋白酶原的激活与功能胰蛋白酶：胰蛋白酶：水解水解arg lys羧基形成的肽键羧基形成的肽键2、酶的变构调节（非共价调节）、酶的变构调节（非共价调节）变构酶变构酶：活性中心：活性中心 ( (结合部位和催化部位结合部位和催化部位) )和和变构中心（调节部位）。变构中心（调节部位）。变构调节：变构调节：变构酶的调节部位能与某些效应变构酶的调节部位能与某些效应物进行特异的非共

12、价结合，使酶分子构象发生物进行特异的非共价结合，使酶分子构象发生改变，影响酶的催化活性，从而控制代谢反应，改变，影响酶的催化活性，从而控制代谢反应，这种调节方式称变构调节。这种调节方式称变构调节。效应物效应物激素、底物、产物激素、底物、产物有关辅酶及核苷酸有关辅酶及核苷酸n别构酶通常是别构酶通常是寡聚酶寡聚酶；n活性中心活性中心 + 别构中心别构中心；n别构中心与效应物的结合将导致别构中心与效应物的结合将导致酶活性中酶活性中心构象发生轻微变化心构象发生轻微变化而影响酶的功能；而影响酶的功能；n别构效应有别构激活和别构抑制两种；别构效应有别构激活和别构抑制两种；n代谢底物经常是别构酶的别构激活剂

13、，而代谢底物经常是别构酶的别构激活剂，而代谢产物经常是别构抑制剂；代谢产物经常是别构抑制剂；别构酶的特点：别构酶的特点：酶促反应的前馈和反馈酶促反应的前馈和反馈 ：最常见的变构调节：最常见的变构调节：前馈作用（前馈作用（feedforward）：）：代谢途径中前代谢途径中前面的底物对其后某一催化反应的调节酶有作用。面的底物对其后某一催化反应的调节酶有作用。 丙二酸单酰丙二酸单酰coa+adp+ pi 乙酰乙酰coa羧化酶羧化酶 前馈抑制前馈抑制乙酰乙酰coa+co2 + h2o + atp丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶前馈激活前馈激活g g-6-p f-6-p fdp pep前馈激活前馈激

14、活底物对后面的酶起激活作用。底物对后面的酶起激活作用。前馈抑制前馈抑制底物对后面的酶起抑制作用底物对后面的酶起抑制作用反馈调节（反馈调节（feedback）某一代谢途径的产物或某一代谢途径的产物或终产物积累时，反过来对反应序列前头的终产物积累时，反过来对反应序列前头的发生的调节作用发生的调节作用g 6-p-gatp adp己糖激酶己糖激酶负反馈负反馈正反馈（反馈激活）正反馈（反馈激活）产物能使反应速度加快产物能使反应速度加快负反馈（反馈抑制）负反馈（反馈抑制）产物能使反应速度减慢产物能使反应速度减慢n单价反馈抑制：单价反馈抑制：无分支代谢途径无分支代谢途径的系列反应中，的系列反应中，终产物对反

15、应序列前头的限速酶的抑制终产物对反应序列前头的限速酶的抑制天冬氨酸天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸氨甲天冬氨酸氨甲酰磷酸转移酶酰磷酸转移酶氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸umpumpudpudputputpctpctp+n多价反馈抑制：多价反馈抑制：分支代谢途径分支代谢途径中，限速酶中，限速酶的活性可受到两种或多种终产物的抑制。的活性可受到两种或多种终产物的抑制。3、酶促共价修饰和联级系统、酶促共价修饰和联级系统共价修饰（化学修饰）：共价修饰（化学修饰）：酶蛋白在修饰酶催酶蛋白在修饰酶催化下，可与某些化下，可与某些，从而导致酶的活化或抑制，以控制代，从而导致酶的活化或抑制，以控制代谢的速度和方

16、向。谢的速度和方向。共价修饰调节酶：共价修饰调节酶：通过共价修饰调节活性的通过共价修饰调节活性的酶。酶。 如糖原合成酶、糖原磷酸化酶活性的调节如糖原合成酶、糖原磷酸化酶活性的调节 激酶激酶atpadp糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b（无活性）（无活性）糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶ap（有活性）（有活性）磷酸酶磷酸酶-ohh2op糖原的分解糖原的分解激酶激酶atpadp糖原合成酶糖原合成酶a（有活性）（有活性）糖原合成酶糖原合成酶bp（无活性）（无活性）磷酸酶磷酸酶-ohh2op糖原的合成糖原的合成常见的共价修饰类型：磷酸化常见的共价修饰类型：磷酸化/脱磷酸化脱磷酸化特点：特点：n在修饰过程中，酶在无活性

17、和有活性的两在修饰过程中，酶在无活性和有活性的两种状态之间转变；种状态之间转变；n共价修饰的互变是由不同的酶催化的；共价修饰的互变是由不同的酶催化的；n属于酶活性的快速调节；属于酶活性的快速调节；n由激素信号引起的共价修饰会产生级联放由激素信号引起的共价修饰会产生级联放大效果。大效果。级联放大系统级联放大系统连锁代谢反应中一种酶被化学修饰激活连锁代谢反应中一种酶被化学修饰激活后，连续地发生其他酶依次被化学修饰后，连续地发生其他酶依次被化学修饰激活，导致原信号的放大。这样的连锁激活，导致原信号的放大。这样的连锁反应系统，称为级联放大系统。反应系统，称为级联放大系统。激素激素激素受体激素受体atp

18、camp +ppi酶酶a(无活性）无活性）酶酶a(有活性）有活性）酶酶b(无活性）无活性）酶酶b(有活性）有活性）酶酶c(无活性）无活性）酶酶c(有活性）有活性）酶酶d(无活性）无活性）酶酶d(有活性）有活性）代谢反应代谢反应激素激活了一个连锁信号放大，酶激素激活了一个连锁信号放大，酶d浓度很高，使得整个反应速度大幅度提高浓度很高，使得整个反应速度大幅度提高环化酶环化酶激活激活101001000104极大极大1 （浓度）（浓度）第一信使第一信使如如胰岛素胰岛素对糖原降对糖原降解的激活解的激活；生长素抑生长素抑制糖原分制糖原分解等等解等等。4、辅因子的调节、辅因子的调节能荷的调节能荷的调节能荷：在腺苷酸总池中（即能荷：在腺苷酸总池中（即atp、adp、amp之和）之和）atp的份数。的份数。 atp + amp2 adpamp激酶激酶 能荷能荷=atp+0.5adpatp + adp+amp高能荷时，抑制分解代谢过程，降低高能荷时，抑制分解代谢过程，降低atp的合成速度。的合成速度。低能荷时，促进分解代谢