第十五章物質(zhì)代謝聯(lián)系與調(diào)節(jié)

1、第十五章第十五章物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制和調(diào)節(jié)控制一、物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系二、酶的活性調(diào)節(jié)三、基因表達(dá)的調(diào)控 生物體內(nèi)各種代謝過程是一個整體。所以，各類物質(zhì)的代謝均不是一個獨立的事件它們之間有相互影響和相互轉(zhuǎn)化。糖、脂、蛋白和核酸之間都是可以相互轉(zhuǎn)化的。 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系一、糖代謝和蛋白質(zhì)代謝的關(guān)系一、糖代謝和蛋白質(zhì)代謝的關(guān)系1.糖可以合成各種非必需氨基酸的碳鏈結(jié)構(gòu)，經(jīng)氨基化或轉(zhuǎn)氨基作用后，即生成相應(yīng)的氨基酸。糖代謝產(chǎn)生的能量可以供氨基酸和蛋白質(zhì)合成。（gtp） 2.蛋白質(zhì)可以分解成氨基酸，氨基酸中的 生糖氨基酸脫氨后，變成酮酸，再經(jīng)糖異生

2、作用生成糖。(1) (1) 糖分解代謝的中間產(chǎn)物為氨基酸合成提供糖分解代謝的中間產(chǎn)物為氨基酸合成提供 碳骨架碳骨架 糖糖 丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 草酰乙酸草酰乙酸 ala glu asp (2) 生糖氨基酸的碳架可轉(zhuǎn)變?yōu)樘巧前被岬奶技芸赊D(zhuǎn)變?yōu)樘?生糖氨基酸：凡可生成丙酮酸，生糖氨基酸：凡可生成丙酮酸，-酮戊二酸，草酰乙酮戊二酸，草酰乙 酸酸, 琥珀酸的氨基酸。琥珀酸的氨基酸。 生酮氨基酸：生酮氨基酸：phe, tyr, ile , lys, trp 等等 生糖兼生酮氨基酸：生糖兼生酮氨基酸：phe, tyr 等等二、脂代謝和蛋白代謝的關(guān)系1. 脂類分子的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，?/p>

3、脂類分子的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，丙酮酸可轉(zhuǎn)變?yōu)橥峥赊D(zhuǎn)變?yōu)閛a，alpha-酮戊二酸，然酮戊二酸，然后接受氨基后轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氨基酸；后接受氨基后轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氨基酸；2. 脂類中的脂類中的fa部分轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)是受到限部分轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)是受到限制的，制的， fa分解的產(chǎn)物乙酰分解的產(chǎn)物乙酰-coa雖然可進(jìn)雖然可進(jìn)入入tca生成酮酸，酮酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨可產(chǎn)生相應(yīng)生成酮酸，酮酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨可產(chǎn)生相應(yīng)的氨基酸，但乙酰的氨基酸，但乙酰-coa進(jìn)入進(jìn)入tca，必須，必須要有草酰乙酸。要有草酰乙酸。 3.3.如無其它物質(zhì)來補(bǔ)充草酰乙酸，反應(yīng)便不能如無其它物質(zhì)來補(bǔ)充草酰乙酸，反應(yīng)便不能進(jìn)行，因此動物不易利用進(jìn)行，因此動物不易

4、利用fafa合成合成aaaa，而在植，而在植物和微生物中，因存在乙醛酸循環(huán)。（可由物和微生物中，因存在乙醛酸循環(huán)。（可由2 2分子的乙酰分子的乙酰-coa-coa合成一分子琥珀酸，用以增合成一分子琥珀酸，用以增加加oaoa，從而促進(jìn)，從而促進(jìn)fafa合成合成aaaa。）因此在植物中，。）因此在植物中，脂肪酸可轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅峥赊D(zhuǎn)變?yōu)閍aaa。 4.protein4.protein可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?，如同可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹荆缤琣aaa可轉(zhuǎn)變?yōu)橐铱赊D(zhuǎn)變?yōu)橐阴ｕ?coa-coa，由乙酰，由乙酰-coa-coa可合成可合成fafa；生糖；生糖aaaa可以可以轉(zhuǎn)化為甘油，也可轉(zhuǎn)化為乙酰轉(zhuǎn)化為甘油，也可轉(zhuǎn)化為乙酰c

5、oacoa，再轉(zhuǎn)化為，再轉(zhuǎn)化為fafa。有了。有了fafa和甘油就可以順利合成脂肪。和甘油就可以順利合成脂肪。 此外，此外，serser還可以合成膽胺和膽堿，因此還可以合成膽胺和膽堿，因此aaaa也也是合成磷脂的原料。是合成磷脂的原料。 三、糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系三、糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系1.1.糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?。糖分解產(chǎn)生的乙酰糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹尽Ｌ欠纸猱a(chǎn)生的乙酰coacoa可可合成合成fafa；另一方面，糖分解產(chǎn)生的磷酸二羥；另一方面，糖分解產(chǎn)生的磷酸二羥丙酮又可生成甘油，丙酮又可生成甘油，fafa和甘油可分成脂肪。和甘油可分成脂肪。2.2.脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)樘鞘怯邢薜?。脂類分子的甘油部脂肪轉(zhuǎn)變

6、為糖是有限的。脂類分子的甘油部分經(jīng)糖異生可以生成糖，而分經(jīng)糖異生可以生成糖，而fafa部分分解產(chǎn)生部分分解產(chǎn)生的乙酰的乙酰coacoa進(jìn)入進(jìn)入tcatca后全部氧化為后全部氧化為coco2 2和和h h2 2o o。因此，在動物中，脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)樘鞘怯邢薜模虼?，在動物中，脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)樘鞘怯邢薜?，而在植物和微生物中存在乙醛酸循環(huán)，乙酰而在植物和微生物中存在乙醛酸循環(huán)，乙酰- -coacoa可產(chǎn)生可產(chǎn)生oaoa，可異生為糖，因此，在植物和，可異生為糖，因此，在植物和微生物中，脂肪可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰Ｎ⑸镏?，脂肪可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?四、核酸代謝與糖、脂及蛋白質(zhì)代四、核酸代謝與糖、脂及蛋白質(zhì)代 謝的相互聯(lián)系謝的相

7、互聯(lián)系 1. 核酸及其衍生物和多種物質(zhì)代謝有關(guān)。但脂類代謝，除供應(yīng)嘌呤環(huán)合成原料co2外，和核酸代謝并無明顯的關(guān)系；糖代謝中的戊糖循環(huán)提供核糖，是合成核酸的原料；蛋白質(zhì)代謝能為嘌呤和嘧啶的合成提供許多原料，如gly、asp、gln、甲酸鹽等。 許多核苷酸在代謝中起著重要作用： atp提供能量和磷酸基團(tuán)提供能量和磷酸基團(tuán) utp參與糖原合成參與糖原合成 gtp參與蛋白質(zhì)合成參與蛋白質(zhì)合成 ctp參與磷脂合成參與磷脂合成 許多輔酶均為核苷酸的衍生物coa、nad、nadp、fad。因此，核苷酸與很多代謝有著密切的關(guān)系。2. 核酸與其他物質(zhì)代謝關(guān)系中更為重要的一點是：它作為細(xì)胞內(nèi)的重要遺傳物質(zhì)，可通

8、過控制蛋白質(zhì)合成，影響細(xì)胞的組成成份和代謝類型。3. 核酸與其它各類代謝物質(zhì)之間存在著一種交互作用的關(guān)系，各類代謝物為核酸及其衍生物的合成提供原料，而核酸及其衍生物又反過來對其他物質(zhì)的代謝方式和反應(yīng)速進(jìn)度發(fā)生影響。糖、脂、氨基酸、核苷酸代謝間的聯(lián)系糖、脂、氨基酸、核苷酸代謝間的聯(lián)系 生物體內(nèi)存在著相互聯(lián)系，錯綜復(fù)雜的代謝過程。如果，體內(nèi)存在調(diào)節(jié)和控制，各種代謝就會變得雜亂無章，生物也就不能存活。實際上，生物體內(nèi)存在著調(diào)節(jié)控制，控制各種代謝有條不紊地進(jìn)行。 生物體內(nèi)的代謝調(diào)節(jié)，在三種不同水平上進(jìn)行。即：1.神經(jīng)調(diào)節(jié)；2. 激素調(diào)節(jié)；3.細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)和

9、控制 細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)，主要是通過控制酶的作用而實現(xiàn)的。這種酶水平的調(diào)節(jié)，是最基本的調(diào)節(jié)方式。激素和神經(jīng)調(diào)節(jié)是隨著生物進(jìn)化、發(fā)展而完善起來的調(diào)節(jié)機(jī)制，但是它們?nèi)匀皇峭ㄟ^“酶水平”的調(diào)節(jié)而發(fā)揮其作用。所有這些調(diào)節(jié)又受生物遺傳因素的控制。 一、動物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)代謝的關(guān)系 dna的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核里進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄出的mrna、trna、rrna從核孔穿出進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行蛋白質(zhì)的生物合成。 在線粒體中進(jìn)行：tca、電子傳遞、氧化磷酸化、脂肪酸的-氧化；urea cycle（前2步）。 在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行：酵解，脂肪酸（16c）合成，urea cycle（后3步）。 二、酶水平的調(diào)節(jié)二、酶水平

10、的調(diào)節(jié) 生物體內(nèi)的代謝過程絕大多數(shù)是由e所催化的化學(xué)反應(yīng)組成的，這些反應(yīng)是在精致的調(diào)節(jié)機(jī)制控制下進(jìn)行的。 酶除了具有催化功能外，還具有調(diào)節(jié)和控制各類生物化學(xué)反應(yīng)速度、方向和途徑的功能。 酶水平的調(diào)節(jié)作用主要有兩種方式：一是通過激活或抑制酶的活性；二是通過影響酶的合成或降解速度，即改變細(xì)胞內(nèi)酶的含量。這種酶水平的調(diào)節(jié)作用是生物調(diào)控最重要的形式。（一）（一） 別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)1. 1. 概念概念 別構(gòu)調(diào)節(jié)（別構(gòu)調(diào)節(jié)（allosteric regulationallosteric regulation）：酶分子的非催）：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象的化部位與某些化合物可逆

11、地非共價結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象的改變，進(jìn)而改變改變，進(jìn)而改變e e活性狀態(tài)，稱為活性狀態(tài)，稱為e e的別構(gòu)調(diào)節(jié)。的別構(gòu)調(diào)節(jié)。 具有這種調(diào)節(jié)作用的具有這種調(diào)節(jié)作用的e e稱為稱為別構(gòu)酶別構(gòu)酶。 由別構(gòu)酶起作用調(diào)節(jié)代謝過程稱由別構(gòu)酶起作用調(diào)節(jié)代謝過程稱別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)。2. 2. 別構(gòu)效應(yīng)物（別構(gòu)效應(yīng)物（effectoreffector）分為：）分為： 正效應(yīng)物正效應(yīng)物 positivepositive 負(fù)效應(yīng)物負(fù)效應(yīng)物 negativenegative3. 別構(gòu)調(diào)節(jié)有下述幾種作用方式：別構(gòu)調(diào)節(jié)有下述幾種作用方式：（1 1）酶活力的反饋和前饋控制）酶活力的反饋和前饋控制 反饋（反饋（feedbackfee

12、dback）是指反應(yīng)系統(tǒng)中最）是指反應(yīng)系統(tǒng)中最終產(chǎn)物對初始步驟的終產(chǎn)物對初始步驟的e e活力的控制作用?；盍Φ目刂谱饔谩？煞譃檎答伜拓?fù)反饋?？煞譃檎答伜拓?fù)反饋。 正反饋：終產(chǎn)物可以激活初始步驟的酶正反饋：終產(chǎn)物可以激活初始步驟的酶 負(fù)反饋：終產(chǎn)生可以抑制初始步驟的酶負(fù)反饋：終產(chǎn)生可以抑制初始步驟的酶 前前 饋：在反應(yīng)系統(tǒng)中，反應(yīng)物對后續(xù)反饋：在反應(yīng)系統(tǒng)中，反應(yīng)物對后續(xù)反 應(yīng)的酶的控制作用。應(yīng)的酶的控制作用。（2 2）同促效應(yīng)（同促效應(yīng)（homotropic effect）：底物分子本身對別構(gòu)e的調(diào)節(jié)作用。（底物與e結(jié)合的協(xié)同作用）。（3 3）異促效應(yīng)（異促效應(yīng)（heterotropic）：

13、非底物分子的調(diào)節(jié)物對別構(gòu)e的調(diào)節(jié)作用。（如atp與ctp競爭天冬aa轉(zhuǎn)氨甲酰e的調(diào)節(jié)部位，高水平atp可阻止ctp對e的抑制）。 （4 4）其他形式的別構(gòu)調(diào)節(jié)）其他形式的別構(gòu)調(diào)節(jié) 有一些別構(gòu)酶還受核苷酸類化合物的調(diào)節(jié)，如酵解和tca中一些酶活性可因atp、adp、amp的存在而抑制or激活。 以上別構(gòu)調(diào)節(jié)所涉及的酶都是別構(gòu)酶，它的調(diào)節(jié)代謝過程與別構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、特點等問題相關(guān)。（二）共價調(diào)節(jié)（二）共價調(diào)節(jié)1.1.概念：共價調(diào)節(jié)酶通過其它酶的作用，對概念：共價調(diào)節(jié)酶通過其它酶的作用，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行共價修飾或脫去共價修飾，而使其結(jié)構(gòu)進(jìn)行共價修飾或脫去共價修飾，而使其活性在有活性和無活性形式之間相互

14、轉(zhuǎn)變。其活性在有活性和無活性形式之間相互轉(zhuǎn)變。 許多許多e e被翻譯后都要進(jìn)行共價修飾。生理意被翻譯后都要進(jìn)行共價修飾。生理意義廣泛，反應(yīng)靈敏，加之它們常受激素甚至義廣泛，反應(yīng)靈敏，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導(dǎo)致級聯(lián)式放大反應(yīng)。神經(jīng)的指令，導(dǎo)致級聯(lián)式放大反應(yīng)。2.2.可逆共價修飾的類型：可逆共價修飾的類型：l（1 1）磷酸化、）磷酸化、tyrtyr、serser、thrthr、hishis；l（2 2）腺苷?；ǎ┫佘挣；╝denylylationadenylylation）接受）接受l 修飾的氨基酸殘基：修飾的氨基酸殘基：tyrtyr；l（3 3）尿苷酰化（）尿苷?；╱ridyly

15、lationuridylylation）tyrtyr；l（4 4）adp-adp-核糖基化（核糖基化（adp-ribosylationadp-ribosylation）l arg.gln.cysarg.gln.cys；l（5 5）甲基化（）甲基化（methylationmethylation）gluglu磷酸化酶磷酸化酶 磷酸化酶磷酸化酶b:b:該酶本身該酶本身無活性無活性, , 當(dāng)磷酸化酶當(dāng)磷酸化酶b b活性中心的絲氨酸殘活性中心的絲氨酸殘基被磷酸化后，即形基被磷酸化后，即形成高活性磷酸化酶成高活性磷酸化酶a a。 由磷酸化酶由磷酸化酶b b轉(zhuǎn)化為活轉(zhuǎn)化為活化形式化形式a a的反應(yīng)的反應(yīng),

16、, 被磷被磷酸化酶激酶所催化酸化酶激酶所催化, ,而而磷酸化酶b(無活性）磷酸化酶磷酸化酶a a去活化（去磷酸化）去活化（去磷酸化）則由另一種磷酸酶所催化。則由另一種磷酸酶所催化。磷酸化酶a(有活性）磷酸化酶激酶磷酸化酶磷酸酶糖原合酶糖原合酶 糖原磷酸化糖原磷酸化e和糖原合和糖原合e的活性具有相反的調(diào)節(jié)方的活性具有相反的調(diào)節(jié)方式，正好一種式，正好一種e活化時，另一種活化時，另一種e受到抑制。它們受到抑制。它們的協(xié)同作用如下：的協(xié)同作用如下：（三）其它調(diào)節(jié)方式（三）其它調(diào)節(jié)方式 此類調(diào)節(jié)包括酶的合成和降解速度的調(diào)節(jié)。此類調(diào)節(jié)包括酶的合成和降解速度的調(diào)節(jié)。如：酶的作用物，激素或藥物可以誘導(dǎo)酶的如：

17、酶的作用物，激素或藥物可以誘導(dǎo)酶的合成；代謝產(chǎn)物有的可以阻遏的合成；另一合成；代謝產(chǎn)物有的可以阻遏的合成；另一方面改變酶分子的降解速度，也能調(diào)節(jié)細(xì)胞方面改變酶分子的降解速度，也能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的量。這種調(diào)節(jié)較慢，要數(shù)小時或幾天的內(nèi)的量。這種調(diào)節(jié)較慢，要數(shù)小時或幾天的時間。時間。1.1.酶的誘導(dǎo)和阻遏酶的誘導(dǎo)和阻遏 某些物質(zhì)可以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生誘導(dǎo)酶，這種作某些物質(zhì)可以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生誘導(dǎo)酶，這種作用叫做酶的誘導(dǎo)生成作用。用叫做酶的誘導(dǎo)生成作用。一些分解代謝的酶類只在有關(guān)底物一些分解代謝的酶類只在有關(guān)底物oror底物類似底物類似物存在時才能誘導(dǎo)合成；物存在時才能誘導(dǎo)合成；一些合成代謝的酶類在產(chǎn)物或產(chǎn)物類

18、似物足夠一些合成代謝的酶類在產(chǎn)物或產(chǎn)物類似物足夠存在時，其合成被阻遏。存在時，其合成被阻遏。誘導(dǎo)酶：誘導(dǎo)酶：是指當(dāng)細(xì)胞中加入特定誘導(dǎo)物后誘是指當(dāng)細(xì)胞中加入特定誘導(dǎo)物后誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶，它的含量在誘導(dǎo)物存在下顯著導(dǎo)產(chǎn)生的酶，它的含量在誘導(dǎo)物存在下顯著增高，這種誘導(dǎo)物往往是酶底物的類似物或增高，這種誘導(dǎo)物往往是酶底物的類似物或底物本身。底物本身。e.coli 葡萄糖培養(yǎng)基 乳糖培養(yǎng)基 （分解乳糖的酶很少）（分解乳糖的酶很少） （分解乳糖的酶顯著增多）（分解乳糖的酶顯著增多） 阻遏作用：某種代謝產(chǎn)物能阻止cell內(nèi)某種酶的生成，這種作用叫阻遇，例：用nh4+作為唯一氮源時，e.coli能合成20種氨基酸

19、，但若在培養(yǎng)基中加入某種氨基酸，如trp時，則作用nh4+和碳源合成trp的酶系迅速消失，這種現(xiàn)象就是酶生成的阻遏作用。 e.coli以nh4+為氮源的培養(yǎng)基中合成20種氨基酸 含trp的培養(yǎng)基合成trp的酶系消失。第三節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控1 原核生物基因表達(dá)調(diào)控 操縱子學(xué)說： 1961年monod和jacob提出了操縱子學(xué)說，闡明了酶的誘導(dǎo)、阻遏和基因的關(guān)系，這一學(xué)說開始只是一個假說，但后來，逐步為許多實驗證實，現(xiàn)已普遍接受。1. 操縱子操縱子 (operon) 操縱子操縱子：包括一個操縱基因，一個啟動子和一群功能彼此相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因。操縱基因操縱基因 (operator)：沒有基因產(chǎn)物的基因，在

20、dna序列中它接近結(jié)構(gòu)基因。有阻遏蛋白的結(jié)合位置，控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。 結(jié)構(gòu)基因(s)：可以轉(zhuǎn)錄出mrna合成酶蛋白，決定蛋白質(zhì)中的氨基酸順序，或決定mrna中核苷酸順序的基因。 啟動基因(promotor)：（在調(diào)節(jié)基因和操縱基因之間），有rna聚合酶的結(jié)合部位，啟動dna轉(zhuǎn)錄。 調(diào)節(jié)基因(regulator)：負(fù)責(zé)阻遏蛋白的合成。 見書p562，圖39-21酶的誘導(dǎo)和阻遏的操縱子模型。 無誘導(dǎo)物時，阻遏蛋白和操縱基因結(jié)合后，阻擋無誘導(dǎo)物時，阻遏蛋白和操縱基因結(jié)合后，阻擋了了rna聚合酶的作用，從而使結(jié)構(gòu)基因表達(dá)受到抑聚合酶的作用，從而使結(jié)構(gòu)基因表達(dá)受到抑制。制。a. 酶生成的誘導(dǎo)作用酶生成

21、的誘導(dǎo)作用 當(dāng)誘導(dǎo)物存在時，誘導(dǎo)物和阻遏蛋白結(jié)合時，改當(dāng)誘導(dǎo)物存在時，誘導(dǎo)物和阻遏蛋白結(jié)合時，改變阻遏蛋白的構(gòu)象，不能與操縱基因結(jié)合，于是變阻遏蛋白的構(gòu)象，不能與操縱基因結(jié)合，于是rna聚合酶起作用，使底物基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，聚合酶起作用，使底物基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，生成酶蛋白。生成酶蛋白。b. 酶生成的阻遏作用（酶生成的阻遏作用（repression）在沒有代謝產(chǎn)物時，阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合，因而在沒有代謝產(chǎn)物時，阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合，因而結(jié)構(gòu)基因就轉(zhuǎn)錄翻譯，生成酶蛋白。結(jié)構(gòu)基因就轉(zhuǎn)錄翻譯，生成酶蛋白。當(dāng)代謝產(chǎn)物存在時，代謝終產(chǎn)物和阻遏蛋白結(jié)合，使當(dāng)代謝產(chǎn)物存在時，代謝終產(chǎn)物和阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，可與操縱基因結(jié)合，從而使阻遏蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，可與操縱基因結(jié)合，從而使結(jié)構(gòu)