第十三章物质代谢的相互联系及代谢的调节控制-04课件

1、第十三章 代谢间的联系与调控一、物质代谢间的相互联系二、细胞水平的代谢调节三、激素水平的代谢调节四、神经水平的代谢调节五、代谢调控在工业上的实践意义一 物质代谢的相互联系（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系糖可以在生物体内变成脂肪。脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。 糖 脂脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰 CoA三酰甘油脂肪酸氧化 糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物节首（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系糖可以转变为非必需氨基酸蛋白质可以转变为糖糖 蛋白质糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 糖代谢为蛋

2、白质的合成提供碳源和能源：如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。 蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经糖原异生作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。节首糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖 -酮酸 氨基酸 蛋白质 NH3蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖（生糖氨基酸）节首（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系 由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。 蛋白质间接地转变为脂肪。 脂 蛋白质脂类代谢与蛋白质代谢的相互

3、联系脂肪甘油磷酸二羟丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白质蛋白质氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）节首(四)三大基础物质代谢的相互关系：相互转变、相互制约、殊途同归。 相互转变：指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢中间产物丙酮酸、乙酰辅酶A、-酮戊二酸等相互联系起来，可以相互转变。 相互制约：指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由糖类的代谢强度决定。当糖类供应充足时，糖类在体内大量氧化分解供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分解供能，蛋白质也有供能作用。 正常情况下，蛋白质的代谢主要用于蛋白质的不断自我更新，只有当机体能源物质糖类、脂类严重

4、消耗时，蛋白质才表现为大量分解供能。 殊途同归：三大物质代谢分解途径虽不相同，但彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到TCA循环中，所以TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧化的一条共同途径。TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质三大物质的共同通路：(1)、三羧酸循环是乙酰辅酶A最终氧化生成CO2和H2O的途径。(2)、糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化。 (3)、脂肪分解产生的甘油可通过糖有氧氧化进入三羧酸循氧化，脂肪酸经氧化产生乙酰辅酶A可进入三羧酸环氧化。(4)、蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨后碳骨架可进入三羧循环，同时，三羧酸循环的中间产物可作为氨基酸的碳骨架接受NH3后合成非必需氨基酸。所以

5、，三羧酸循环是三大物质代谢共同通路(五)核酸 糖、脂和蛋白质 代谢网络 二、细胞水平的调节代谢途径的区域化酶活性的调节酶量的调节（一）代谢途径的区域化 概念：代谢途径的有关酶类，常常组成酶系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同代谢途径在不同细胞内进行 区域化的意义：区域化的存在显著影响真核细胞的代谢情况，有利于代谢的调节。 例如：脂肪酸的分解与合成 活细胞是一个微小的化学工业园在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应细胞不是一个装满了各种酶和底物的口袋细胞复杂的结构特别是膜的结构固定了各代谢反应的空间和时间，使它们高度有序并可以被控制和调节。酶或酶系所在区域酶或酶系所在区域糖酵解酶系

6、TCA酶系磷酸戊糖途径酶系脂肪酸氧化酶系脂肪酸合成酶系尿素合成酶系胞浆线粒体胞浆线粒体胞浆线粒体和胞浆蛋白质合成酶系DNA聚合酶RNA聚合酶水解酶类粗面内质网细胞核细胞核溶酶体真核细胞内某些酶的区域化分布（二）酶活性的调节酶原激活酶的非共价修饰调节酶的共价修饰调节反馈调节 酶原的活化 酶的非共价修饰调节别构调节：小分子效应物非共价结合于酶的调节部位，从而改变酶的活性的现象。别构效应有别构激活（正协同效应）和别构抑制（负协同效应）别构激活剂与别构抑制剂： 代谢底物往往是别构激活剂，代谢产物往往是别构抑制剂某些重要代谢过程中的调节酶及其效应物酶活力的共价修饰调节定义：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其

7、分子上以共价结合的方式接上或脱去某种特殊的化学基团，从而引起酶活力改变的过程类型：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/还原(2SH)举例：糖原磷酸化酶意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是级联放大的最终阶段。（特别是激素调节）磷酸化酶的共价修饰调节共价修饰与级联放大蛋白激酶反馈调节前馈代谢底物浓度的调节反馈终产物的调节作用反馈与前馈 反馈与前馈正前馈：代底物浓度增高，酶活提高。负前馈：代底物浓度增高，酶活下降。正反馈：终产物浓度增高，酶活提高。负反馈：终产物浓度增高，酶活下降。反馈抑制的方式1)线性反馈:反馈抑制的基本方

8、式.2)分支代谢反馈:原核生物中重要调控方式.特点:每一个分支途径的终产物常常控制分支后的第一个酶,同时每一个终产物又对整个途径的第一个酶有部分抑制作用. (1)多价反馈抑制ABGFJDCH-E1E3E2多价反馈抑制:当一条代谢途径中有两个以上终产物时，每一终产物单独存在并不对整个代谢途径起抑制作用，只有几个最终产物同时过多时才能对途径中第一个酶产生抑制作用，这种调节方式称多价反馈抑制。 (2)协同反馈抑制ABGFJDCH-E1E3E2-协同反馈抑制:协同（或称协调）反馈抑制与多价反馈抑制的相同之处，是几个终产物同时过量时才抑制关键酶的活性。两者的区别在于：在多价反馈抑制中，一个终产物单独过量

9、时并不产生抑制作用，但在协同反馈抑制中，一个终产物单独过量虽不抑制途径中的第一个酶，但是它可抑制相应分支上的第一个酶的活性，因而并不影响其他分支上的代谢，只有在所有终产物都过量时，才抑制整个途径中第一个酶。 (3)累积反馈抑制ABGFJDCH-E1E2E3-累积反馈抑制：几个最终产物中任何一个产物过多时都能对某一酶发生部分抑制作用，但要达到最大效果，则必须几个最终产物同时过多，各终产物的反馈抑制有累积作用，这样的调节方式称为累积反馈抑制。 (4) 合作反馈抑制示意图（增效反馈抑制）ABGFJDCH-E1E2E3E4-a%b%a+b%任何一个终产物单独过多时，只部分地抑制第一个酶的活性，几个终产

10、物同时过多时，可引起强烈抑制，其抑制程度大于各自单独存在时抑制作用的总和，这种调节称为合作反馈抑制，或增效反馈抑制(5)顺序反馈抑制示意图ABGFJDCH-E1E3E2又叫逐步反馈抑制。在顺序反馈抑制中，其中任一分支的最终产物过剩时，都会引起分支点C底物的积累，分支点底物的积累又转而反馈抑制第一步反应的进行。1 变构调节反馈的普遍机制有些酶分子除了具有活性中心（结合部位和催化部位）外，还存在一个特殊的调控部位，即变构中心。变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但它可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价结合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑制的作用。这类酶通常称为变构酶，由于变构剂与变构

11、中心的结合而引起酶活性改变的现象则称为变构调节作用。反馈调节的机理目前已知的变构酶均为寡聚酶，含两个或两个以上的亚基，一般分子量较大，而且具有复杂的空间结构。大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程，由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的竞争性或非竞争性抑制作用的数量关系。变构剂可以分为两类激活变构剂：变构剂与酶分子结合后，酶的构象发生了变化，这种新的构象有利于底物分子与酶的结合，使酶促反应速度提高。抑制变构剂：变构剂与酶分子结合所引起的酶的构象变化不利于与底物的结合，表现出一定程度的抑制作用。实验发现，在变构酶中起催化作用，称为催化亚基；与变构剂结合的对反应起调节作用，称为调节亚基。 2 同工

12、酶调节-对环境及代谢变化的一种适应机制 在分支代谢中，在分支点之前的一个较早反应（关键反应）是由几个同工酶催化时，分支代谢的几个终产物分别对这几个同工酶产生抑制作用，从而起到协同调节的功效。一个终产物控制一种同工酶，只有在所有终产物都过量时，几个同工酶才全部被抑制，反应完全终止。 3 多功能酶调节更灵活的调节机制酶分子中存在多种催化活性部位的酶称为多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)。多功能酶在分子结构上比多酶复合体更具有优越性，因为相关的化学反应在一个酶分子上进行，比多酶复合体更有效，这也是生物进化的结果。大肠杆菌DNA聚合酶I是一条

13、分子质量为109kDa的多肽链，具有催化DNA链的合成、3-5核酸外切酶和5-3核酸外切酶的活性。 （三）酶量的调节 1、酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物） 酶生物合成的诱导:某些物质(诱导物)能促进细胞内酶的生物合成. 酶生物合成的阻遏:某些代谢产物能阻止细胞内某种酶的生物合成. 操纵子学说： 2、酶蛋白的降解 改变酶蛋白分子的降解速度也能调节细胞内酶的含量.操纵子的模型及相关基因终止基因操纵子启动基因结构基因RP R RT P O S1 S2 S3 Sn T5DNA调节基因终止基因启动基因操纵基因信息区3操纵子的概念：是指数个功能上相关联的结构基因串联在一起构成信息区，连同其上游的调控区和

14、下游的转录终止信号构成基因表达单位。 操纵子类型1、诱导型操纵子乳糖操纵子2、阻遏型操纵子色氨酸操纵子乳糖操纵子的认识1.包括三个结构基因z、y、a，呈多顺反子结构。2.操纵基因o是阻遏蛋白的结合位点，当阻遏蛋白与操纵基因结合时，lac mRNA的转录受阻。3.调节基因i编码阻遏蛋白与o基因结合。4.启动基因P位于i与o之间，其上游还有一个CAP(降解物基因活化蛋白,由CAP基因编码)结合位点，由p、o和CAP结合位点共同调节lac操纵子的调控区。ayzopi结构基因控制位点调节基因乳糖操纵子模型ayzopioCAP与cAMP形成复合物，结合在lac operon的启动基因上，促进转录的进行。

15、cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。启 操乳糖操纵子的负调控调节基因操纵基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白（有活性）基 因 关 闭启动子ORPLacZLacYLacA调节基因操纵基因乳糖结构基因启动子ORmRNAZmRNAYmRNAA 阻遏蛋白（无活性） 基 因 表达mRNAA、乳糖操纵子的结构B、乳糖的诱导 乳糖 阻遏蛋白（有活性）乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacAmRNAmRNAZmRNAYmRNAA基 因 表达CAP基因结构基因TCAPOCAP结合部位 RNA聚合酶TcAMP - CAPP葡萄糖分解代谢产物腺苷酸环化酶磷酸二酯酶ATPc

16、AMP5-AMP抑制激活葡萄糖降解物与cAMP的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）降低cAMP浓度使CAP呈失活状态葡萄糖分解代谢产物存在对乳糖的诱导有抑制作用cAMP对转录的调控无葡萄糖：cAMP (促进转录）有葡萄糖：cAMP (不促进转录）cAMPcAMPCAP蛋白cAMP CAP复合物正调控ABCDEopLatrpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpAE. coli 色氨酸操纵子模型Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰减调节。真核生物基因表达的调控为多级调控方式：转录前水平调控、

17、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。三.激素水平的代谢调节1)激素的概念:2)激素的分类:3)激素受体4)激素对代谢的调节激素 什么是激素？ 激素是生物体内特定细胞产生的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。 在机体的代谢过程或生理过程起调控作用.1、含量少；在生物体某特定组织细胞产生；2、通过体液的运动被输送到其他组织中发挥作用；3、作用很大，效率高，在新陈代谢中起调节控制作用。在医疗上，激素也是一类重要药物。激素具有以下几个特点：激素的分类在生物激素中，动物激素最为重要。植物激素主要为植物生长调节剂。根据高等动物激素的化学结构和调控功能，一般可以分为三类 （

18、1）含氮激素 包括蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。（2）类固醇激素 性腺和肾上腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素。（3）脂肪酸衍生物激素 主要由生殖系统及其它组织分泌产生。激素受体 分类： 1、细胞膜受体： 水溶性激素， 激素受体复合物， 第二信使：cAMP 2、细胞浆受体 脂溶性激素，易进入细胞， 激素受体复合物，进入细胞核，开启基因活力，使相应基因表达，表现生物效应。激素对代谢的调节（一）激素通过细胞膜受体而起作用氨基酸、肽、蛋白质类激素1、激素与膜上的受体结合2、cAMP的生成(第二信使)3、级联放大作用蛋白质激素的作用机制第二信使学说激素对代谢的调节 （二）激素通过细胞内受体起作用 类固醇激素对代谢的调节不是改变酶的活性，而是通过作用于基因系统改变蛋白质的合成，从而调节生物效应。四、神经水平的代谢调节 人及高等动物具有高度发达的神经系统，这类生物的各种活动和代谢的调节机制都处于中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接影响各种酶的合成，又影响内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以神经系