第十四章物质代谢的相互联 系和调节控制

1、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 代谢的调节代谢的调节物质代谢一览物质代谢一览物物质质代代谢谢网网络络 相对立的单向反应相对立的单向反应（opposing unidirectional reaction）（正反应和逆反应由两种不同的酶所催化）（正反应和逆反应由两种不同的酶所催化） 1. 糖代谢的例子：糖代谢的例子： G + ATP 6 G + ADP（变构抑制）变构抑制） 6 G +H2O G + Pi 2. 脂代谢的例子：脂代谢的例子：乙酰乙酰 CoA O2 ATP 丙二酸单酰丙二酸单酰 CoAADPPi 丙二酸单酰丙二酸单酰 CoA 乙酰乙酰 Co A O2

2、PP 己糖激酶己糖激酶磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶乙酰乙酰 CoA羧化酶羧化酶丙二酸单酰丙二酸单酰 CoA脱羧酶脱羧酶ATPADP+Pi太阳能太阳能化学能化学能生物合成生物合成细胞运动细胞运动膜运输膜运输能荷能荷=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP 有机体从环境中获得能量的方式各有不同，有的有机体从环境中获得能量的方式各有不同，有的利用太阳的辐射能，有的利用氧化还原反应释放的化利用太阳的辐射能，有的利用氧化还原反应释放的化学能。不管那种形式，细胞都能将它转化成高能分子学能。不管那种形式，细胞都能将它转化成高能分子ATP。 酶在细胞内有一定的布局和定位。酶在细胞内有一定的布局和定位。催化不催

3、化不同代谢途径的酶类，往往分别组成各种多同代谢途径的酶类，往往分别组成各种多酶体系。多酶体系存在于一定的亚细胞结酶体系。多酶体系存在于一定的亚细胞结构区域中，或存在于胞质中，这种现象构区域中，或存在于胞质中，这种现象称称为酶的区域化为酶的区域化。 功能：功能：浓缩效应，防止干扰，便于调节。浓缩效应，防止干扰，便于调节。胞质：胞质：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途径，糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途径，脂肪酸合成，部分蛋白质合成。脂肪酸合成，部分蛋白质合成。线粒体：线粒体：脂肪酸脂肪酸氧化，三羧酸循环，呼吸氧化，三羧酸循环，呼吸链，氧化磷酸化。链，氧化磷酸化。细胞核：细胞核：核酸的合成、修饰。核酸的合成

4、、修饰。内质网：内质网：蛋白质合成，磷脂合成。蛋白质合成，磷脂合成。胞质和线粒体：胞质和线粒体：糖异生，胆固醇合成糖异生，胆固醇合成溶酶体：溶酶体：多种水解酶多种水解酶赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶肠激酶肠激酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶胰蛋白酶对胰分泌的各种蛋白酶原的激活作用胰蛋白酶对胰分泌的各种蛋白酶原的激活作用六肽六肽A.共价修饰共价修饰（covalent modification）：）：指在专一性酶

5、指在专一性酶的催化下，某些小分子基团共价地结合到被的催化下，某些小分子基团共价地结合到被修饰的酶分子上，使被修饰酶的活性发生改修饰的酶分子上，使被修饰酶的活性发生改变，从而调节酶活性。变，从而调节酶活性。 （1）共价修饰调节酶：即通过共价修饰调节活性的）共价修饰调节酶：即通过共价修饰调节活性的酶叫酶叫共价修饰共价修饰调节酶。调节酶。 （2）共价修饰的类型：）共价修饰的类型： 磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化（主要存在于高等动、植物细胞中）（主要存在于高等动、植物细胞中） 腺苷酰化腺苷酰化/去腺苷酰化；去腺苷酰化；（主要存在细菌中）（主要存在细菌中） 乙酰化乙酰化/去乙酰化；尿苷酰化去乙酰化；尿苷

6、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；S-S/SH(PhK) B.级联系统（级联系统（cascade system）：）：连锁代谢反连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始信号的放大。这样的连锁代激活，导致原始信号的放大。这样的连锁代谢反应系统叫级联系统。谢反应系统叫级联系统。 实例实例：肾上腺素肾上腺素主要是调节糖代谢主要是调节糖代谢, 它能够促进肝它能够促进肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量（和胰岛素的作用不同）（和胰岛素的作用不同）。 依赖于依赖

7、于cAMP的蛋白激酶称为的蛋白激酶称为蛋白激酶蛋白激酶A（protein kinase A, PKA）肾上腺素的级联放大作用肾上腺素的级联放大作用（1） 使信号使信号（激素信号）（激素信号）放大放大:（肾上腺素浓度（肾上腺素浓度10-810-10 mol/L，可引起强烈的胞内效应可引起强烈的胞内效应产生葡产生葡萄糖萄糖5mmol/L） 。（2）提供了更多的调控位点，使代谢过程能对细胞内提供了更多的调控位点，使代谢过程能对细胞内外多种因素的变动作出调整。外多种因素的变动作出调整。（3）使关键的调节酶能够更灵敏和更灵活地控制代谢）使关键的调节酶能够更灵敏和更灵活地控制代谢反应，在不同情况下对各种代

8、谢物和终产物有不同反应，在不同情况下对各种代谢物和终产物有不同的应答反应。的应答反应。肾上腺素肾上腺素-cAMP的信号转导途径的信号转导途径受体受体G蛋白（一类蛋白（一类GTP结合蛋白）结合蛋白） 反馈与前馈作用反馈与前馈作用 S0 S1 SnE0E1En-1前馈前馈+ +或或- -反馈反馈+ +或或- -正作用正作用：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。负作用负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。 1.前馈作用前馈作用(feedforward)：在代谢途径中前面的在代谢途径中前面的 底物

9、对其后某一催化反应的调节酶有作用。底物对其后某一催化反应的调节酶有作用。 （1）前馈激活（）前馈激活（feedforward activation）G-6- 6- -F 1.6-二二 -F PEP 丙酮酸丙酮酸 （2）前馈抑制（）前馈抑制（feedforward inhibition） 乙酰乙酰CoA + CO2 +H2O + ATP 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA + ADP+Pi PP丙酮酸激酶丙酮酸激酶P前馈激活前馈激活乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶前馈抑制前馈抑制 2.反馈作用反馈作用（feedback） 代谢产物对前面的某一酶有作用代谢产物对前面的某一酶有作用（1）反馈激活）反馈激活（fee

10、dback activation）（2） 反馈抑制反馈抑制（feedback inhibition） A+B C D PE1E2E3E4反馈抑制反馈抑制 酶合成调节，是通过酶量的变化来调控代酶合成调节，是通过酶量的变化来调控代谢速率。谢速率。1. 控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度2. 控制跨膜物质运输控制跨膜物质运输3. 区隔化：浓缩作用，防止干扰，便于调节区隔化：浓缩作用，防止干扰，便于调节4. 膜与酶可逆结合：膜与酶可逆结合：双关酶双关酶：能与膜可逆结合，通过膜结合型和可溶型能与膜可逆结合，通过膜结合型和可溶型的互变来调节酶的活性。的互变来调节酶的活性。双关酶大

11、多是代谢途径双关酶大多是代谢途径的关键酶和调节酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷的关键酶和调节酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷酸果糖激酶，醛缩酶，酸果糖激酶，醛缩酶，3-磷酸甘油醛脱氢酶，氨磷酸甘油醛脱氢酶，氨基酸代谢的基酸代谢的Glu脱氢酶，脱氢酶，Tyr氧化酶：参与共价修氧化酶：参与共价修饰的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。饰的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。调节基因调节基因启动子和操纵基因启动子和操纵基因多个结构基因多个结构基因大肠杆菌乳糖酶诱导合成大肠杆菌乳糖酶诱导合成-调节基因产物调节基因产物对转录的调控对转录的调控阻遏蛋白阻遏蛋白乳糖酶基因乳糖酶基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因半乳糖苷酶半乳糖苷酶半

12、乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶操纵基因操纵基因基因合成的开关基因合成的开关调节基因调节基因关关阻遏蛋白阻遏蛋白阻挡阻挡操纵基因操纵基因，结构基因不表达结构基因不表达诱导物（乳糖）诱导物（乳糖）开开诱导物诱导物阻止阻止阻遏蛋白阻遏蛋白功能发挥功能发挥mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的诱导和阻遏作用可以调节酶的数量，酶合成的诱导和阻遏作用可以调节酶的数量，相反酶的降解速度也能调节细胞内酶的含量。相反酶的降解速度也能调节细胞内酶的含量。酶的降解是由特异的蛋白质水解酶催化的。在酶的降解是由特异的蛋白质水解酶催化的。在细胞内常含有各种水解酶，其水解蛋白质的种细胞内常含有各种水解酶，

13、其水解蛋白质的种类和速度随细胞的生长状态和环境条件而不断类和速度随细胞的生长状态和环境条件而不断变化。变化。如大肠杆菌在指数生长期，蛋白酶的总活性较如大肠杆菌在指数生长期，蛋白酶的总活性较低，但当大肠杆菌由于营养缺乏而处于静止期低，但当大肠杆菌由于营养缺乏而处于静止期时，便诱导合成蛋白水解酶，分解细胞内不需时，便诱导合成蛋白水解酶，分解细胞内不需要的蛋白质。要的蛋白质。植物种子在萌发时蛋白酶的合成速度也明植物种子在萌发时蛋白酶的合成速度也明显增加，用于分解种子中的贮藏蛋白质供显增加，用于分解种子中的贮藏蛋白质供幼苗生长之用。幼苗生长之用。 细胞内酶的数量细胞内酶的数量决定于其合成速度与降解决定于其合成速度与降解速度的比值，是多种因素综合作用的结果。速度的比值，是多种因素综合作用的结果。第十四章第十四章 物质代谢的相互联系和调节控制物质代谢的相互联系和调节控制第一节第一节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系第二节第二节 代谢调节代谢调节一、酶水平的调节一、酶水