物质代谢的相互关系和调节控制ppt课件

1、第十三章第十三章 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系 和调节控制和调节控制目目 录录第一节第一节 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系第二节第二节 代谢的调节代谢的调节第一节第一节 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系一、糖代谢与脂类代谢的关系一、糖代谢与脂类代谢的关系二、糖代谢与蛋白质代谢的联系二、糖代谢与蛋白质代谢的联系三、脂类代谢与蛋白质代谢的联系三、脂类代谢与蛋白质代谢的联系四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系五、四大物质代谢的关系五、四大物质代谢的关系糖糖 乙酰乙酰CoA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氧氧化有氧氧

2、化酵解酵解从头合成从头合成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 (植物)乙醛酸循环乙醛酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生TCA二、糖、蛋白质代谢的相互关系二、糖、蛋白质代谢的相互关系糖糖糖代谢中间物糖代谢中间物（-酮酸）酮酸）还原氨基化还原氨基化转氨基作用转氨基作用非必需非必需aa蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质生糖生糖aa -酮酸等酮酸等草酰乙酸草酰乙酸糖糖三、脂、蛋白质代谢的相互关系脂肪脂肪脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA甘油甘油丙酮酸丙酮酸 - 酮酸酮酸aa乙醛酸循环乙醛酸循环（植物、微生物）（植物、微生物）蛋白质蛋白质生糖生糖aa生酮生糖生酮生糖aa

3、生酮生酮aa乙酰乙酰CoA脂肪酸脂肪酸丙酮酸丙酮酸甘油甘油脂脂肪肪 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能如核苷酸的一些衍生物具重要生理功能如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。 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胞的成分和代谢类型 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。 各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如种核苷酸，如ATP是

4、能量的是能量的“通货通货”，此外，此外UTP参与多糖的合成，参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。参与蛋白质合成与糖异生作用。五、四大物质代谢的关系五、四大物质代谢的关系 细胞代谢的原则及方略细胞代谢的原则及方略 将各类物质分别纳入各自的代谢途径，以少将各类物质分别纳入各自的代谢途径，以少数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途径可通过交叉点上的关键中间物得以沟通，形成径可通过交叉点上的关键中间物得以沟通，形成经济有效的代谢网络。经济有效的代谢网络。 TCA环是共同的代谢途径环是共同的代谢途径 关键的中间

5、物：关键的中间物：G-6-P, 丙酮酸，乙酰丙酮酸，乙酰CoA第二节第二节 代谢的调节代谢的调节代谢调节代谢调节 生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理生命。在漫长的生物进化历程

6、中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。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单细胞水平单细胞水平一、酶水平调节一、酶水平调节（一酶活力调节（一酶活力调节两种方式两种方式别构调节别构调节共价化学修饰调节共价化学修饰调节酶活力调节酶活力调节 酶量调节酶量调节通过激活和抑制酶活性进行调节通过激活和抑制酶活性进行调节（时间短，速度快，细调）（时间短，速度快，细调）通过影响酶合成及分解速度进行

7、调节通过影响酶合成及分解速度进行调节时间长，速度慢，粗调）时间长，速度慢，粗调）1. 别构调节别构调节 1酶活力的前馈和反馈调节酶活力的前馈和反馈调节通过改变酶分子构象而改变酶活力的调节。通过改变酶分子构象而改变酶活力的调节。别构酶大多数为寡聚酶）别构酶大多数为寡聚酶）前馈或反馈调节：前馈或反馈调节：代谢底物或代谢产物对代谢过程的影响。代谢底物或代谢产物对代谢过程的影响。使代谢过程速度加快，称正作用，反之，为负作用。使代谢过程速度加快，称正作用，反之，为负作用。前馈：输入对输出的影响。前馈：输入对输出的影响。反响：输出对输入的影响。反响：输出对输入的影响。前馈前馈正前馈正前馈负前馈负前馈反响反

8、响正反馈正反馈负反馈反馈抑制）负反馈反馈抑制）反响反响 + 或或 -S0S1S2Sn E1 E2E3前馈前馈 + 或或 -G + ATP己糖激酶己糖激酶G-6-P + ADP-直接产物抑制直接产物抑制ThrIleE1(Thr脱氨脱氨酶酶)-终产物抑制终产物抑制 负反馈负反馈GG-6-PF-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶PEP丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶脂肪酸脂肪酸丙二酸单酰丙二酸单酰CoA 2酶分子的解离和聚合酶分子的解离和聚合-柠檬酸柠檬酸TCA+柠檬酸促进乙酰柠檬酸促进乙酰CoA羧化酶亚基间的聚合，使之表现为催化羧化酶亚基间的聚合，使之表现为催化活力

9、。活力。Cyclic AMP-dependent protein kinase(PKA) is a R2C2 tetramer in mammalian cells. The two R (regulatory) subunits bind cAMP; cAMP binding releases the R subunits from the C(catalytic)subunits. C subunits are enzymatically active as monomers.蛋白激酶蛋白激酶A (四聚体四聚体)催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基（无活力）（无活力）（有活力）（有活力）催化亚

10、基催化亚基单体单体 3核苷酸类化合物对代谢途径的影响核苷酸类化合物对代谢途径的影响 ATP、ADP、AMP等可影响等可影响EMP、TCA和和氧化磷酸化等产能途径，从而调节细胞能量代谢。氧化磷酸化等产能途径，从而调节细胞能量代谢。 ATP系统的质量作用比：系统的质量作用比： ATP / ADP Pi大：三者皆减慢大：三者皆减慢小：三者皆加快小：三者皆加快 1不可逆转变不可逆转变 某种酶可由于其它酶对其结构进行共价化学修饰，某种酶可由于其它酶对其结构进行共价化学修饰，从而使其在活性形式与非活性形式之间相互转变。从而使其在活性形式与非活性形式之间相互转变。胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶肠激酶肠

11、激酶6肽肽2. 酶的共价化学修饰调节酶的共价化学修饰调节2可逆转变可逆转变 磷酸化和去磷酸化磷酸化和去磷酸化例：糖原磷酸化酶例：糖原磷酸化酶磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶 ATP ADP（有活性）（有活性）（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶b磷酸化酶磷酸化酶a磷酸化酶磷酸酶磷酸化酶磷酸酶PiH2O特点：特点： 级联放大级联放大 连续代谢反应中的一个酶被激活后，连续地发连续代谢反应中的一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始信号的放大，这种放大生其它酶被激活，导致原始信号的放大，这种放大效应称级联放大。具有这种放大效应的连续代谢反效应称级联放大。具有这种放大效应的连续代谢反应系统，称为级联系

12、统应系统，称为级联系统cascade system）。）。（效应高，（效应高， 作用快）作用快）腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶 102蛋白激酶蛋白激酶A 104磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶 106 108糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶glucogenG-1-PThe hormone-activated enzymatic cascade that leads to activation of glycogen phosphorylase.G( 肾上腺素肾上腺素10-810-10 mol/L)(510-3 mol/L)（二酶量调节（二酶量调节 1. 酶合成的诱导和阻遏酶合成的诱导和阻遏 酶诱导生成作用酶诱导生成

13、作用 酶阻遏生成作用酶阻遏生成作用某些物质能促进细胞内某些酶的生成。某些物质能促进细胞内某些酶的生成。例：乳糖可诱导例：乳糖可诱导- -半乳糖苷酶的生成。半乳糖苷酶的生成。某些物质能阻止细胞内某些酶的生成。某些物质能阻止细胞内某些酶的生成。例：产物例：产物Trp的存在可阻止与的存在可阻止与Trp合成有关酶的生成。合成有关酶的生成。 酶合成的诱导和阻遏与操纵子学说酶合成的诱导和阻遏与操纵子学说1961年，年， Monod 和和 Jacob E. coli 乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型操纵子操纵子operon）：）： 基因表达的协调单位。包括一个控制区和一群基因表达的协调单位。包括一个控制区和一群

14、功能相关的结构基因。控制区由启动子功能相关的结构基因。控制区由启动子promoter和操纵基因和操纵基因operator组成。操纵基因可与调节基组成。操纵基因可与调节基因产物阻遏蛋白因产物阻遏蛋白repressor结合，其结合，其“开放或开放或“封锁直接控制结构基因的表达。封锁直接控制结构基因的表达。调节基因调节基因启动子启动子 操纵基因操纵基因PO结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白诱导物诱导物A. 酶的诱导酶的诱导阻遏蛋白结合在操纵基因上，阻遏蛋白结合在操纵基因上，结构基因不表达。结构基因不表达。诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能结合在操纵基因上，结构基因表

15、达。能结合在操纵基因上，结构基因表达。启动子启动子 操纵基因操纵基因结构基结构基因因PO辅阻遏物辅阻遏物产物）产物）B. 酶的阻遏酶的阻遏代谢产物与阻遏蛋白结代谢产物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白能够结合，使阻遏蛋白能够结合在操纵基因上，结构合在操纵基因上，结构基因不表达。基因不表达。阻遏蛋白不能阻遏蛋白不能与操纵基因结与操纵基因结合，结构基因合，结构基因可表达。可表达。Model of the E. coli lac operon. -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阻遏蛋白阻遏蛋白E. coli 乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型乳糖

16、操纵子模型阻遏蛋白阻遏蛋白是四聚体是四聚体2. 酶的降解酶的降解饥饿：饥饿：乙酰乙酰CoA羧化酶降解速度羧化酶降解速度乙酰乙酰CoA羧化酶含量羧化酶含量脂肪合成脂肪合成改变酶降解的速度以调节细胞内酶量。改变酶降解的速度以调节细胞内酶量。二、细胞水平的调节二、细胞水平的调节 隔离分室效应真核细胞）隔离分室效应真核细胞）细胞核：细胞核：DNA、 RNA的合成的合成线粒体：线粒体： TCA；电子传递链；电子传递链； 氧化磷酸化；脂肪酸氧化磷酸化；脂肪酸-氧化；氧化； aa分解代谢分解代谢细胞质：细胞质： EMP； 糖异生；糖异生； 糖原、脂肪酸和糖原、脂肪酸和aa合成；合成； Pu、Py分解分解核糖

17、体核糖体 ：蛋白质的合成：蛋白质的合成 不同分室进行不同的代谢过程，使代谢高效进行，互不干扰，不同分室进行不同的代谢过程，使代谢高效进行，互不干扰，并有利于代谢调节。并有利于代谢调节。三、激素水平的调节三、激素水平的调节激素：由生物体内特殊组织或腺体合成，并经体液激素：由生物体内特殊组织或腺体合成，并经体液输送到特定作用部位，从而引起特殊激动效应的微输送到特定作用部位，从而引起特殊激动效应的微量有机物。量有机物。（一种类（一种类哺乳动物哺乳动物含含N激素激素甾醇激素固醇类激素）甾醇激素固醇类激素）脂肪酸衍生物脂肪酸衍生物蛋白质、肽类激素蛋白质、肽类激素: 胰岛素胰岛素aa衍生物激素：肾上腺素衍生物激素：肾上腺素性激素性激素（二作用机理（二作用机理1. 激素作为第一信使，激素作为第一信使，cAMP作为第二信使，通过改变酶活作为第二信使，通过改变酶活性调节代谢。（大部分含性调节代谢。（大部分含N激素，反应快）激素，反应快）2. 激素与细胞内受