生物化学15.代谢调节.

1、谢调計 /生物体中糖类、脂类、/蛋白质和核酸的 代谢既独立又彼此联系，可以通过共同/的中间产物组成复杂的代谢网络。各代谢之间的枢纽物质是乙酰CoA。代谢调节可以在不同层面上进行，但最 终都是以酶水平调节为基础。喷|««»主WIH单卿 甘氨隈 谷.叙広ri«H*V«tt1-WffittttMl«WJ-5-«»6 «»*««I辽用，第取KSS<A甘半«苏K «SSSSR«l內 s5色斤廉色 谷議陡厂粗氯酸/WIMlfta-觴戊二隈HR W

2、87;斤柠標酸代谢途径的相互联系、糖类与脂类的相互转变。糖可通过下述途径转变成脂类：糖分 解代谢的中间产物磷酸二轻丙酮可还原 生成磷酸甘油。另一中间产物乙酰CoA则可合成长链脂肪酸，此过程所需的 N ADPH+H+又可由磷酸戊糖途径供给o最后脂酰CoA与磷酸甘油酯化而生成脂肪。二脂肪转化成糖由于生物种类不同而有所区别。（在动物体内，甘油可经脱氢 生成磷酸二轻内酮再通过糖异生作用转变为糖。脂肪酸在动物体内也可转变成糖，但需要在有其他来源的三竣酸循环 中间有机酸回补时乙酰Co A才可转变为草酰乙酸，再经糖异生作用转变为糖。 植物和微生物存在乙醛酸循环，脂肪降 解产生的乙酰CoA通过乙醛酸循环生成琥

3、珀酸，后者转成草酰乙酸后进入糖异生作用生糖。但这一过程在植物中主要 发生在含脂肪种子萌发时。二、糖类与蛋白质的相互转换糖可转变成各种氨基酸的碳架结构。 丙酮酸是糖代谢的重要中间产物，丙酮 酸经三竣酸循环可以转变为a酮戊二酸 和草酰乙酸，这三种a酮酸经氨基化或转氨基作用分别生成丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸。三竣酸循环的其他中间产物以及磷酸戊糖途径、卡尔文循环中间物 经转化成a 酮酸后，都能另各种氨基酸合成提供碳骨架，再经转氨基作用形 成氨基酸，进而合成蛋白质。此外一在糖分解过程中产生的能量，还可为氨基酸和蛋白质合成供能。植物可以合成全部氨基酸而在动物和人体必需氨基酸只能从食物中摄取O蛋白质转化为糖首

4、先要水解成氨基酸O 动物体中除亮氨酸外，其余氨基酸通过 脱氨基作用生成相应的a_酮酸，然后转 变为糖异生途径中的某种中间产物，再 经糖异生作用合成糖。其中丙氨酸.谷 氨酸和天冬氨酸脱氢后分别转变为三竣 酸循环中间物丙酮酸、a酮戊二酸和草 酰乙酸，经糖异生作用，即可生成 糖原。其他氨基酸则经较复杂的分子结构变 化，如精氨酸、组氨酸、脯氨酸、鸟氨 酸、瓜氨酸均可通过谷氨酸转变成a酮 戊二酸，再转变成糖原。'苯丙氨酸.酪 氨酸可以先转变成延胡索酸，沿三竣酸 循环变成草酰乙酸再转变成糖原。丝 氨酸、甘氨酸、苏氨酸、色氨酸、胱氨 酸、绻氨酸、半胱氨酸等均可先转变成 丙酮酸，再转变成糖原。另外甲硫

5、氨酸、 异亮氨酸.亮氨酸（植物、微生物体内）可 转变成琥珀酰辅酶A,再转变成糖原。由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的。实际 上，当乙酰CoA进入三竣酸循环从而形成a 酮酸即氨基酸的碳架时，需要与草酰乙酸缩合 后转变成a酮戊二酸。a酮戊二酸可经氨 基化或转氨基作用生成谷氨酸。如无其他来源 的草酰乙酸补充，反应便不能进行。在植物和 微生物中，存在乙醛酸循环，通过合成琥珀酸, 回补了三竣酸循环中的草酰乙酸，从而促进脂 肪酸合成氨基酸。例如：含有大量油脂的植物 种子，在萌发时，由脂肪酸和鞍盐形成氨基酸 的过程，进行得极为活跃。但在动物体内不存 在乙醛酸循环。一般来说，动物组织不易利用 脂肪酸合成氨基酸。

6、四、核酸代谢与糖类、脂类.蛋白质代谢 的相互联系核酸是细胞中的遗传物质，许多单核 昔酸和核昔酸衍生物在代谢中起着重要 作用。例如ATP是重要的能量通货；糖 基衍生物参与单糖的转变和多糖的合成； CTP参与磷脂的合成；GTP供给蛋白质 肽链延长时所需要的能量；CAMP是激 素的第二信使。此外，如辅酶A. NAD(P)+. FAD也在代谢中起重要作用。综上所述，糖、脂肪、蛋白质及核酸 在代谢过程中形成网络，并密切相关、 相互转化、相互制约。/三竣酸循环不仅 是各类物质代谢的共同途径，而且也是 它们之间相互联系的枢纽。代谢调节的四级水平生物体有限的空间内同时有大量复杂的代谢途径在运转，/必须有灵巧而

7、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育的需要。在 漫长的生物进化历程中，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。以高等动物为例，代谢调节在四个相 互联系、彼此协调又各具特色的层面上 进行，即神经水平.激素水平、细胞水 平和酶水平。但就整个生物界来说，酶 和细胞水平的调节是最基本的调节方式, 为动、植物和单细胞生物所共有。激素 和神经的调节是生物进化发展而完善起 来的调节机制，通过细胞水平和分子水 平的变化来体现。细胞区域化调节<1 14- 1在细胞中催化各类代谢反应的酶定位于 不同的细胞区域中，使各代谢在空间上 彼此隔开，互不干扰，

8、按一定方向进行。 细胞中代谢的定位如下表。各代哺途径在真松细购内的定位细爲M系细飽溶胶DNAM制.RNA的合成、加工的箫箱解解途艮滇酸戊WI途径糖原合战分解时的薛希畀生脂肪腰合 成氨基酸核昔酸的合成孩鸽体上的彊白质生物合成氯化«1»化、丙«霰的氣化朝皱三咬嘏循环脂肪AR載化尿It循歼、转 氨墓竹用谷氨啟脫氢誇少* DNA.RNA、蛋白质的合成阳肋酸霞儀 越长单菽叙化等内质网蛋白质的合成.OQX.tt多植磅脂、廉脂、储蛋白、胆固醉胆汁的合成 脂防啟唆儀迤长参与肌肉兴奋药狗解矗高尔墓体涪IW体 过K化错翼体（微体枝蛋白、莎嵋、帖液主成。加工、浓蛹.包转和运输作用 水解

9、*类（蛋白濟脂审脂詢.核战、!»昔、确陵簷 氧化誼过氧化物誠ATP* WfFflj环化曲尊酶水平调节酶水平调节是生物体内最基本、最普遍的调节方式。酶水平的调节是通过改 变细胞中酶的含量和酶的活性对代谢途 径进行调节，是更灵敏、更有效的调节, 也是目前研究得较多的代谢调节。主要 包括两个方面：(1)酶含量的调节，改变酶的含量是通 过调节其合成速度和降解速度来实现的O细胞内不断合成新酶、也不断降解原有的酶，从而使酶的含量和种类改变而调节细胞中代谢的活性和类型，酶的合成主要在基因转录水平进行调节，酶的降解速率也通过十分复杂的机制受到有效的控制。(2)酶含量不变，通过改变酶的构象或 结构而改

10、变酶活性。抑制作用和激活作用酶水平调节的类型包括酶的抑制作用和激活作用。抑制作用可分为简单抑制和反馈抑制。简单抑制 是指一种代谢产物在细胞内累积多时，由于质量作 用定律的关系，可抑制其本身的形成，抑制不涉及 酶结构变化。反馈抑制是指系列反应终产物对酶活 力的抑制。7激活作用包括前馈激活及级联放大激活。酶活性通过酶原激活.共价修饰、变构及聚合和 解聚等机制进行调节。厶丿萨原激活/处于无活性状态的酶的前身物质就称酶原在一定条件下转化为有活性的酶 的过程称为酶原的激活。这种调节的意义在于生物体的自身保 护同时当机体需要时，酶可迅速转化为 活性形式，及时保证了代谢的需要。几 种主要类型的酶原激活见下表

11、。H 14 -2 諭原激活醉原活化名称合成部位部位邀&活性触骨蛋白st原pH2(HCI)从囱N-末瑞切除42 个氮基酸残基RSHIW肠激酵、耳蛋 白酵小肠胶从肽样N-末端切除六 肽滾蛋白酔挟凝乳爱白同 原小肠胆内切 14 15(S«Arg) 147 - L48( DuZ )共 二个二 Rk前馈和反馈调节从别构酶的动力学性质可知，酶活性变化 对调节物浓度的改变很敏感，细胞可以通过 酶的别构效应使酶活力升高或降低以调节其 代谢速度。别构效应物主要有下列几类： 专门合成的效应剂（体外）。底物.产物或 代谢途径的最终产物。与该代谢酶系有关 的辅酶和核昔酸类化合物。我们在这里重点 学习

12、第二类别构效应物。前馈(feedforward)和反馈(feedback)这两 个术语来自电子工程学，前者的意思是“输入 对输出的影响”；后者的意思是“输出对输入 的影响”，这里分别借用来说明底物和代谢产 物对代谢过程的作用，前馈和反馈又可分为激 活和抑制两种作用。凡反应物能使代谢过程速 度加快者，称为激活作用；反之，称为抑制作 用。下面图解表明前馈和反馈，S代表底物， 有So, S,S“等先后出现的各种底物(中 间产物)；E代表酶，有Eo、E1等先后 出现的不同的酶，“+”表示激活，“一”表示 抑制。限速步骤与标兵酶/限速步骤八在代谢过程的一系列反应 中，进行的慢的反应。标兵酶:催化限速步骤

13、的酶。又叫限速酶。标兵酶随反应环境的变化有可能 改变。反馈抑制反馈抑制是指在系列反应中终产物对 反应序列前头的标兵酶发生的抑制作用, 从而调节了整个系列反应速度。在生物代谢中，反馈抑制是普遍存在 的。最典型的反馈抑制是大肠杆菌从天 冬氨酸和氨甲酰磷酸经过序列反应，最 终生成CTP的反应，当CTP在细胞内积累，便反馈抑制催化第一步反应的酶， 即天冬氨酸氨甲酰基转移酶（ATCase）该酶蛋白含有两个大的亚基，一个亚 基上有催化部位，另一亚基上有别构部 位），CTP与变构部位结合而抑制了酶活 性，从而减慢其自身形成。'当代谢活动 使CTP浓度降低时，这种抑制随之减弱, 重新增加其合成。天冬氨酸+氮甲酰璘酸从天冬氨酸和氨甲酰磷酸合成CTP是一个 线性序列反应厂不存在分支，终产物CTP单 独抑制限速酶，因而被称为单价反馈抑制。 单价是指只有一个效应物。氨甲酰基天冬氯酸UMP-* UDP 一 UTPCTP图14-3 CTP合成及其反馈抑制在分支代谢途径中，限速酶的活性可 受到两种或多种终产物的抑制，称为二 价或多价反馈抑制。主要有以下几种抑 制形式。 / /顺序反馈抑制fLA B *C Da b c积累反馈抑制协同反馈抑制A B a