第十四章物質(zhì)代謝的相互聯(lián) 系和調(diào)節(jié)控制

1、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)系第二節(jié)第二節(jié) 代謝的調(diào)節(jié)代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝一覽物質(zhì)代謝一覽物物質(zhì)質(zhì)代代謝謝網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) 相對(duì)立的單向反應(yīng)相對(duì)立的單向反應(yīng)（opposing unidirectional reaction）（正反應(yīng)和逆反應(yīng)由兩種不同的酶所催化）（正反應(yīng)和逆反應(yīng)由兩種不同的酶所催化） 1. 糖代謝的例子：糖代謝的例子： G + ATP 6 G + ADP（變構(gòu)抑制）變構(gòu)抑制） 6 G +H2O G + Pi 2. 脂代謝的例子：脂代謝的例子：乙酰乙酰 CoA O2 ATP 丙二酸單酰丙二酸單酰 CoAADPPi 丙二酸單酰丙二酸單酰 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單酰丙二酸單酰 CoA脫羧酶脫羧酶ATPADP+Pi太陽能太陽能化學(xué)能化學(xué)能生物合成生物合成細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)膜運(yùn)輸膜運(yùn)輸能荷能荷=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP 有機(jī)體從環(huán)境中獲得能量的方式各有不同，有的有機(jī)體從環(huán)境中獲得能量的方式各有不同，有的利用太陽的輻射能，有的利用氧化還原反應(yīng)釋放的化利用太陽的輻射能，有的利用氧化還原反應(yīng)釋放的化學(xué)能。不管那種形式，細(xì)胞都能將它轉(zhuǎn)化成高能分子學(xué)能。不管那種形式，細(xì)胞都能將它轉(zhuǎn)化成高能分子ATP。 酶在細(xì)胞內(nèi)有一定的布局和定位。酶在細(xì)胞內(nèi)有一定的布局和定位。催化不催

3、化不同代謝途徑的酶類，往往分別組成各種多同代謝途徑的酶類，往往分別組成各種多酶體系。多酶體系存在于一定的亞細(xì)胞結(jié)酶體系。多酶體系存在于一定的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)區(qū)域中，或存在于胞質(zhì)中，這種現(xiàn)象構(gòu)區(qū)域中，或存在于胞質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱稱為酶的區(qū)域化為酶的區(qū)域化。 功能：功能：濃縮效應(yīng)，防止干擾，便于調(diào)節(jié)。濃縮效應(yīng)，防止干擾，便于調(diào)節(jié)。胞質(zhì)：胞質(zhì)：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途徑，糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途徑，脂肪酸合成，部分蛋白質(zhì)合成。脂肪酸合成，部分蛋白質(zhì)合成。線粒體：線粒體：脂肪酸脂肪酸氧化，三羧酸循環(huán)，呼吸氧化，三羧酸循環(huán)，呼吸鏈，氧化磷酸化。鏈，氧化磷酸化。細(xì)胞核：細(xì)胞核：核酸的合成、修飾。核酸的合成

4、、修飾。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：蛋白質(zhì)合成，磷脂合成。蛋白質(zhì)合成，磷脂合成。胞質(zhì)和線粒體：胞質(zhì)和線粒體：糖異生，膽固醇合成糖異生，膽固醇合成溶酶體：溶酶體：多種水解酶多種水解酶賴賴?yán)i纈天天天天天天天天甘甘異異賴賴?yán)i纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶彈性蛋白酶原彈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腸激酶腸激酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶胰蛋白酶對(duì)胰分泌的各種蛋白酶原的激活作用胰蛋白酶對(duì)胰分泌的各種蛋白酶原的激活作用六肽六肽A.共價(jià)修飾共價(jià)修飾（covalent modification）：）：指在專一性酶

5、指在專一性酶的催化下，某些小分子基團(tuán)共價(jià)地結(jié)合到被的催化下，某些小分子基團(tuán)共價(jià)地結(jié)合到被修飾的酶分子上，使被修飾酶的活性發(fā)生改修飾的酶分子上，使被修飾酶的活性發(fā)生改變，從而調(diào)節(jié)酶活性。變，從而調(diào)節(jié)酶活性。 （1）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)酶：即通過共價(jià)修飾調(diào)節(jié)活性的）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)酶：即通過共價(jià)修飾調(diào)節(jié)活性的酶叫酶叫共價(jià)修飾共價(jià)修飾調(diào)節(jié)酶。調(diào)節(jié)酶。 （2）共價(jià)修飾的類型：）共價(jià)修飾的類型： 磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化（主要存在于高等動(dòng)、植物細(xì)胞中）（主要存在于高等動(dòng)、植物細(xì)胞中） 腺苷?；佘挣；?去腺苷?；?；去腺苷?；?；（主要存在細(xì)菌中）（主要存在細(xì)菌中） 乙?；阴；?去乙?；荒蜍挣；ヒ阴；荒蜍?/p>

6、?；?去尿苷?；?；去尿苷?；?； 甲基化甲基化/去甲基化；去甲基化；S-S/SH(PhK) B.級(jí)聯(lián)系統(tǒng)（級(jí)聯(lián)系統(tǒng)（cascade system）：）：連鎖代謝反連鎖代謝反應(yīng)中一個(gè)酶被激活后，連續(xù)地發(fā)生其它酶被應(yīng)中一個(gè)酶被激活后，連續(xù)地發(fā)生其它酶被激活，導(dǎo)致原始信號(hào)的放大。這樣的連鎖代激活，導(dǎo)致原始信號(hào)的放大。這樣的連鎖代謝反應(yīng)系統(tǒng)叫級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。謝反應(yīng)系統(tǒng)叫級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。 實(shí)例實(shí)例：腎上腺素腎上腺素主要是調(diào)節(jié)糖代謝主要是調(diào)節(jié)糖代謝, 它能夠促進(jìn)肝它能夠促進(jìn)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（和胰島素的作用不同）（和胰島素的作用不同）。 依賴于依賴

7、于cAMP的蛋白激酶稱為的蛋白激酶稱為蛋白激酶蛋白激酶A（protein kinase A, PKA）腎上腺素的級(jí)聯(lián)放大作用腎上腺素的級(jí)聯(lián)放大作用（1） 使信號(hào)使信號(hào)（激素信號(hào)）（激素信號(hào)）放大放大:（腎上腺素濃度（腎上腺素濃度10-810-10 mol/L，可引起強(qiáng)烈的胞內(nèi)效應(yīng)可引起強(qiáng)烈的胞內(nèi)效應(yīng)產(chǎn)生葡產(chǎn)生葡萄糖萄糖5mmol/L） 。（2）提供了更多的調(diào)控位點(diǎn)，使代謝過程能對(duì)細(xì)胞內(nèi)提供了更多的調(diào)控位點(diǎn)，使代謝過程能對(duì)細(xì)胞內(nèi)外多種因素的變動(dòng)作出調(diào)整。外多種因素的變動(dòng)作出調(diào)整。（3）使關(guān)鍵的調(diào)節(jié)酶能夠更靈敏和更靈活地控制代謝）使關(guān)鍵的調(diào)節(jié)酶能夠更靈敏和更靈活地控制代謝反應(yīng)，在不同情況下對(duì)各種代

8、謝物和終產(chǎn)物有不同反應(yīng)，在不同情況下對(duì)各種代謝物和終產(chǎn)物有不同的應(yīng)答反應(yīng)。的應(yīng)答反應(yīng)。腎上腺素腎上腺素-cAMP的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑受體受體G蛋白（一類蛋白（一類GTP結(jié)合蛋白）結(jié)合蛋白） 反饋與前饋?zhàn)饔梅答伵c前饋?zhàn)饔?S0 S1 SnE0E1En-1前饋前饋+ +或或- -反饋反饋+ +或或- -正作用正作用：凡反應(yīng)物能使代謝過程速度加快者稱為正作用。：凡反應(yīng)物能使代謝過程速度加快者稱為正作用。負(fù)作用負(fù)作用：凡反應(yīng)物能使代謝過程速度變慢者稱為負(fù)作用。：凡反應(yīng)物能使代謝過程速度變慢者稱為負(fù)作用。 1.前饋?zhàn)饔们梆佔(zhàn)饔?feedforward)：在代謝途徑中前面的在代謝途徑中前面的 底物

9、對(duì)其后某一催化反應(yīng)的調(diào)節(jié)酶有作用。底物對(duì)其后某一催化反應(yīng)的調(diào)節(jié)酶有作用。 （1）前饋激活（）前饋激活（feedforward activation）G-6- 6- -F 1.6-二二 -F PEP 丙酮酸丙酮酸 （2）前饋抑制（）前饋抑制（feedforward inhibition） 乙酰乙酰CoA + CO2 +H2O + ATP 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA + ADP+Pi PP丙酮酸激酶丙酮酸激酶P前饋激活前饋激活乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶前饋抑制前饋抑制 2.反饋?zhàn)饔梅答佔(zhàn)饔茫╢eedback） 代謝產(chǎn)物對(duì)前面的某一酶有作用代謝產(chǎn)物對(duì)前面的某一酶有作用（1）反饋激活）反饋激活（fee

10、dback activation）（2） 反饋抑制反饋抑制（feedback inhibition） A+B C D PE1E2E3E4反饋抑制反饋抑制 酶合成調(diào)節(jié)，是通過酶量的變化來調(diào)控代酶合成調(diào)節(jié)，是通過酶量的變化來調(diào)控代謝速率。謝速率。1. 控制跨膜離子濃度梯度和電位梯度控制跨膜離子濃度梯度和電位梯度2. 控制跨膜物質(zhì)運(yùn)輸控制跨膜物質(zhì)運(yùn)輸3. 區(qū)隔化：濃縮作用，防止干擾，便于調(diào)節(jié)區(qū)隔化：濃縮作用，防止干擾，便于調(diào)節(jié)4. 膜與酶可逆結(jié)合：膜與酶可逆結(jié)合：雙關(guān)酶雙關(guān)酶：能與膜可逆結(jié)合，通過膜結(jié)合型和可溶型能與膜可逆結(jié)合，通過膜結(jié)合型和可溶型的互變來調(diào)節(jié)酶的活性。的互變來調(diào)節(jié)酶的活性。雙關(guān)酶大

11、多是代謝途徑雙關(guān)酶大多是代謝途徑的關(guān)鍵酶和調(diào)節(jié)酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷的關(guān)鍵酶和調(diào)節(jié)酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷酸果糖激酶，醛縮酶，酸果糖激酶，醛縮酶，3-磷酸甘油醛脫氫酶，氨磷酸甘油醛脫氫酶，氨基酸代謝的基酸代謝的Glu脫氫酶，脫氫酶，Tyr氧化酶：參與共價(jià)修氧化酶：參與共價(jià)修飾的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。飾的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子和操縱基因啟動(dòng)子和操縱基因多個(gè)結(jié)構(gòu)基因多個(gè)結(jié)構(gòu)基因大腸桿菌乳糖酶誘導(dǎo)合成大腸桿菌乳糖酶誘導(dǎo)合成-調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控阻遏蛋白阻遏蛋白乳糖酶基因乳糖酶基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因半乳糖苷酶半乳糖苷酶半

12、乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶操縱基因操縱基因基因合成的開關(guān)基因合成的開關(guān)調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因關(guān)關(guān)阻遏蛋白阻遏蛋白阻擋阻擋操縱基因操縱基因，結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物（乳糖）誘導(dǎo)物（乳糖）開開誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物阻止阻止阻遏蛋白阻遏蛋白功能發(fā)揮功能發(fā)揮mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的誘導(dǎo)和阻遏作用可以調(diào)節(jié)酶的數(shù)量，酶合成的誘導(dǎo)和阻遏作用可以調(diào)節(jié)酶的數(shù)量，相反酶的降解速度也能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量。相反酶的降解速度也能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量。酶的降解是由特異的蛋白質(zhì)水解酶催化的。在酶的降解是由特異的蛋白質(zhì)水解酶催化的。在細(xì)胞內(nèi)常含有各種水解酶，其水解蛋白質(zhì)的種細(xì)胞內(nèi)常含有各種水解酶，

13、其水解蛋白質(zhì)的種類和速度隨細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)和環(huán)境條件而不斷類和速度隨細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)和環(huán)境條件而不斷變化。變化。如大腸桿菌在指數(shù)生長(zhǎng)期，蛋白酶的總活性較如大腸桿菌在指數(shù)生長(zhǎng)期，蛋白酶的總活性較低，但當(dāng)大腸桿菌由于營(yíng)養(yǎng)缺乏而處于靜止期低，但當(dāng)大腸桿菌由于營(yíng)養(yǎng)缺乏而處于靜止期時(shí)，便誘導(dǎo)合成蛋白水解酶，分解細(xì)胞內(nèi)不需時(shí)，便誘導(dǎo)合成蛋白水解酶，分解細(xì)胞內(nèi)不需要的蛋白質(zhì)。要的蛋白質(zhì)。植物種子在萌發(fā)時(shí)蛋白酶的合成速度也明植物種子在萌發(fā)時(shí)蛋白酶的合成速度也明顯增加，用于分解種子中的貯藏蛋白質(zhì)供顯增加，用于分解種子中的貯藏蛋白質(zhì)供幼苗生長(zhǎng)之用。幼苗生長(zhǎng)之用。 細(xì)胞內(nèi)酶的數(shù)量細(xì)胞內(nèi)酶的數(shù)量決定于其合成速度與降解決定于其合成速度與降解速度的比值，是多種因素綜合作用的結(jié)果。速度的比值，是多種因素綜合作用的結(jié)果。第十四章第十四章 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制第一節(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)系第二節(jié)第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)一、酶水平的調(diào)節(jié)一、酶水