三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系

1、三大營養(yǎng)物質代謝之間的三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質： 維持人體正常生理功能的物質： 糖 Carbohydrates 礦物質 Mineral 脂類 Lipids 維生素 Vitamin 蛋白質 Protein 水 Water糖糖 脂類脂類 蛋白質蛋白質 三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系糖代謝糖代謝糖 分解 糖酵解糖酵解 糖有氧氧化糖有氧氧化 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑糖糖 糖異生糖異生乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 甘油甘油 18種氨基酸種氨基酸（亮、賴除外亮、賴除外）三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)

2、系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系糖代謝問題：糖代謝問題： 1、糖分解代謝各途徑的概念，起始物，、糖分解代謝各途徑的概念，起始物，反應條件，產物反應條件，產物(重點重點)，產能比？，產能比？ 2、各代謝途徑的過程，關鍵酶、各代謝途徑的過程，關鍵酶(重點重點)，調節(jié)，生理意義？調節(jié)，生理意義？ 3、糖有氧氧化與糖酵解的異同點、糖有氧氧化與糖酵解的異同點(重點重點)？ 4、糖異生的概念，部位、可異生的物質？、糖異生的概念，部位、可異生的物質？過程過程(難點難點)，關鍵酶，關鍵酶(重點重點)？三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系 脂肪：甘油三酯脂肪：甘油三酯脂類脂類 類脂：膽固

3、醇、膽固醇酯、磷脂類脂：膽固醇、膽固醇酯、磷脂 糖脂、游離脂肪酸糖脂、游離脂肪酸 CO2+H2O+ATP 甘油甘油脂肪脂肪 糖糖 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 脂肪酸脂肪酸 乙酰乙酰CoA 酮體酮體 膽固醇膽固醇三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系脂代謝問題：脂代謝問題： 1、脂肪水解的概念，過程，酶，產物？、脂肪水解的概念，過程，酶，產物？ 2、甘油的代謝，脂肪酸的、甘油的代謝，脂肪酸的氧化氧化(重點重點)部位，部位，過程，產物，生成過程，產物，生成ATP數(shù)量？數(shù)量？ 3、脂肪合成的原料、途徑，甘油的來源，脂、脂肪合成的原料、途徑，甘油的來源，脂肪酸的合成原料，過程肪酸的合成

4、原料，過程(難點難點)，關鍵酶，調節(jié)？，關鍵酶，調節(jié)？ 4 、酮體的概念，合成部位、原料、過程，分、酮體的概念，合成部位、原料、過程，分解利用的部位、酶？解利用的部位、酶？ 5、膽固醇合成原料、過程，膽固醇可轉變?yōu)?、膽固醇合成原料、過程，膽固醇可轉變?yōu)槟男┪镔|？哪些物質？三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系氨基酸分解代謝氨基酸分解代謝三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系氨基酸代謝問題：氨基酸代謝問題： 1、氨基酸脫氨基方式、氨基酸脫氨基方式(重點重點) ？氨的去？氨的去路？路？酮酸的代謝酮酸的代謝(重點重點)？ 2、個別氨基酸脫羧的產物？產物的作

5、用？、個別氨基酸脫羧的產物？產物的作用？一碳單位的概念、生成過程一碳單位的概念、生成過程(難點難點) 、載、載體、生理功用？體、生理功用？ 3、含硫氨基酸代謝過程？芳香族氨基酸、含硫氨基酸代謝過程？芳香族氨基酸代謝產物？代謝產物？三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系 三大營養(yǎng)物質代謝相互關系聯(lián)系圖 中心物質：乙酰輔酶中心物質：乙酰輔酶 A 代謝共同途徑：三羧酸循環(huán)代謝共同途徑：三羧酸循環(huán)三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系總結：總結： 1、糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系、糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系 甘油甘油 糖糖 脂肪脂肪 脂肪酸脂肪酸 膽固醇膽固醇 酮

6、體酮體 三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系 2、糖代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系、糖代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系18種氨基酸種氨基酸（亮賴除外）（亮賴除外）糖糖12種非必需氨基酸種非必需氨基酸三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)物質代謝之間的相互聯(lián)系3、 脂代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系脂代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系20種氨基酸種氨基酸乙酰輔酶乙酰輔酶A 脂肪酸脂肪酸脂肪甘油甘油12種非必需氨基酸種非必需氨基酸溝通不同代謝途徑的中間代謝物各條代謝途徑可通過一些樞紐性中間代謝物相互聯(lián)系，相互協(xié)調，相互制約，使生命正常。 物質代謝的相互聯(lián)系和調節(jié)控制蛋白質蛋白質氨基酸氨基酸乙酰乙酰

7、CoACoA草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸 - -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA延胡索酸延胡索酸T TC CA A循循環(huán)環(huán)脂肪酸脂肪酸甘油甘油脂肪脂肪葡萄糖葡萄糖COCO2 2 H H2 2OO ATPATP氨氨鳥氨酸循環(huán)鳥氨酸循環(huán)尿素尿素排出排出核苷酸核苷酸核酸核酸酮體酮體膽固醇膽固醇甘油二酯甘油二酯CDP-CDP-膽胺膽胺CDP-CDP-膽堿膽堿磷脂磷脂3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸6-Pi-6-Pi-葡萄糖葡萄糖6-Pi-6-Pi-葡萄糖葡萄糖6-Pi-6-Pi-葡萄糖是葡萄糖是糖酵解糖酵解, ,磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑, ,糖異生糖異生, ,糖糖原合成及糖原分解原合成

8、及糖原分解的共同中間代謝物的共同中間代謝物. .在在肝肝細胞細胞中，通過中，通過6-Pi-6-Pi-葡萄糖使上述糖代謝的各條途徑葡萄糖使上述糖代謝的各條途徑相互溝通。相互溝通。葡萄糖葡萄糖6-Pi-6-Pi-葡萄糖葡萄糖5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖磷酸戊糖磷酸戊糖途徑途徑3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6-6-磷酸果糖磷酸果糖丙酮酸丙酮酸1-Pi-1-Pi-葡萄糖葡萄糖UTPUTPPPiPPinUDPG引物引物(G)(G)m m m4m4 糖原糖原nUDP葡萄糖葡萄糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸6-Pi-6-Pi-葡萄糖葡萄糖5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖磷酸戊糖

9、磷酸戊糖途徑途徑脂肪脂肪甘油甘油生糖氨基酸3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛是糖酵解，磷酸戊糖途徑及糖異生的共同中間代謝產物，脂肪分解產生的甘油通過甘油激酶催化也可形成 3-磷酸甘油醛，另外，生糖氨基酸脫氨以后可轉變?yōu)?-磷酸甘油醛。所以，3-磷酸甘油醛可以聯(lián)系糖、脂質及氨基酸代謝。丙酮酸丙酮酸丙酮酸是糖酵解，糖有氧氧化和生糖氨基酸氧化分解代謝得共同中間產物。糖酵解時丙酮酸還原為乳酸，有氧氧化時則生成乙酰coA。另外，丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下形成草酰乙酸。生糖氨基酸異生為糖也需經過丙酮酸的形成及轉變。葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 （LDHLDH）乳酸乳酸丙酮酸脫氫丙酮

10、酸脫氫 酶復合體酶復合體乙酰乙酰CoACoA生糖氨基酸丙酮酸羧丙酮酸羧化酶化酶草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯醇型磷酸烯醇型丙酮酸羧激丙酮酸羧激酶酶磷酸烯醇型丙酮酸磷酸烯醇型丙酮酸乙酰乙酰CoACoA糖、脂肪及氨基酸的分解代謝中間產物乙酰coA可通過共同的代謝途徑檸檬酸循環(huán)，氧化磷酸化氧化為CO2和H2o,并釋放能量；乙酰coA也是脂肪酸，膽固醇合成的原料，在肝臟，乙酰coA還可用于合成酮體。因此，乙酰 coA是聯(lián)系糖，脂肪及氨基酸代謝的重要物質。 - -酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸延胡索酸延胡索酸檸檬酸檸檬酸琥珀酰琥珀酰CoACoATyrGlnHisProGluIleMetSerThrValPhe

11、Tyr 葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇型丙酮酸磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoAAsnAsu脂肪酸脂肪酸酮體酮體三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)草酰乙酸、草酰乙酸、-酮戊二酸等檸檬酸循環(huán)中間產物草酰乙酸，-酮戊二酸等檸檬酸循環(huán)中間產物，除參加三羧酸循環(huán)外，還可為生物體內合成某些物質提供碳骨架。AspAspGluGlu草酰乙酸-酮戊二酸檸檬酸TCATCA循環(huán)循環(huán)琥珀酰琥珀酰CoACoA脂肪酸脂肪酸Gly血紅素丙酮酸丙酮酸綜上所述，通過共同的中間代謝物,不同代謝途徑之間相互溝通,相互轉化.除少數(shù)必需脂肪酸、必需氨基酸外，糖、脂質及氨基酸大多數(shù)可以相互轉變.（一）糖代謝與脂肪代謝的相互關系（一）糖代謝與脂

12、肪代謝的相互關系糖可以在生物體內變成脂肪。脂肪不能大量轉變?yōu)樘?，除了油料作物種子。1.糖變成脂肪由糖轉變?yōu)橹惖倪^程脂肪是甘油及脂肪酸合成的酯。糖可以變成甘油-磷酸，也可以變成脂肪酸，所以糖能變成脂肪。糖變成-磷酸甘油： 糖 二羥丙酮磷酸 甘油-磷酸糖變成脂肪酸： 糖 丙酮酸 乙酰輔酶A 脂肪酸糖酵解甘油磷酸脫氫酶氧化脫羧糖酵解雙數(shù)碳原子2.脂肪轉變成糖實驗證明:用CH3C14OOH飼喂動物后，確有C14參入肝糖原分子中，惟量很少。近些年來，人們對丙酮代謝的臨床研究與動物實驗研究已確證脂肪酸代謝所產生的丙酮能夠轉變成糖。脂肪轉變成糖的過程甘油 -磷酸甘油 磷酸二羥丙酮 糖原脂肪酸 乙酰輔酶A

13、草酰乙酸(少量) 糖油料作物種子萌發(fā)時動用所貯存的大量脂肪并轉化為糖類。糖原異生作用分解三羧酸循環(huán)（二）糖代謝與蛋白質代謝的關系（二）糖代謝與蛋白質代謝的關系 糖可以轉變?yōu)榉潜匦璋被帷?蛋白質可以轉變?yōu)樘恰?1.糖生成氨基酸: 糖是生物體重要的能源和碳源。糖可用于合成各種碳鏈結構，經氨基化和轉氨基作用后，即生成相應的氨基酸。糖在代謝過程中可產生丙酮酸，丙酮酸經三羧酸循環(huán)可轉變成-酮戊二酸和草酰乙酸。這三種酮酸經氨基化作用或轉氨作用分別變成丙氨酸、谷氨酸及天冬氨酸。糖還可以轉變成其他非必需氨基酸，但糖不能在體內合成必需氨基酸。氨基酸氨基酸-酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸轉氨酶轉氨酶N

14、H3 + NADH+H+NAD+ +H2OL- L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶丙酮酸三羧酸循環(huán)草酰乙酸2.蛋白質轉變成糖實驗：用蛋白質飼養(yǎng)人工糖尿病的狗，則50%以上的食物蛋白質可以轉變?yōu)槠咸烟?，并隨尿排出。改用丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等飼養(yǎng)這種患人工糖尿病的狗，隨尿排出的葡萄糖就大為增加。用氨基酸飼養(yǎng)饑餓動物，根據(jù)其肝中糖原貯存量的增加，也可證明多種氨基酸在體內轉變成肝糖原。蛋白質轉變成糖的步驟：現(xiàn)已了解除亮氨酸、賴氨酸外，其他組成蛋白質的天然氨基酸均可轉變?yōu)樘恰?丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸 丙氨酸轉變成丙酮酸、天冬氨酸轉變成草酰乙酸、谷氨酸轉變成-酮戊二酸。 -酮戊二酸經三羧酸循環(huán)變成草酰乙酸

15、。草酰乙酸經烯醇丙酮酸磷酸羧激酶作用變成烯醇丙酮酸磷酸。烯醇丙酮酸磷酸沿酵解作用逆行，即可生成糖原。其他如精氨酸、組氨酸、脯氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸均可通過谷氨酸轉變成-酮戊二酸，再轉變成糖原。氨基酸經脫氨基作用可變?yōu)?酮酸，-酮酸再經過一系列變化轉化成糖。苯丙氨酸、酪氨酸可以先轉變成延胡索酸、沿三羧酸循環(huán)變成草酰乙酸，再轉變成糖原。絲氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、色氨酸、胱氨酸、纈氨酸、半胱氨酸等均可先轉變成丙酮酸，再變成糖原。另外，異亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸可轉變成琥珀酰輔酶A，也可以轉變成糖原。（三）脂肪代謝與蛋白質代謝的相互關系（三）脂肪代謝與蛋白質代謝的相互關系由脂肪合成蛋白質的可能性是有限的，

16、實際上僅限于Glu。蛋白質間接地轉變?yōu)橹?。脂肪合成蛋白質由脂肪合成蛋白質的可能性是有限的。脂類分子中的甘油可先轉變?yōu)楸幔俎D變?yōu)椴蒗Ｒ宜岷?酮戊二酸，然后接受氨基而轉變?yōu)楸彼帷⑻於彼岷凸劝彼?。脂肪水解形成的脂肪酸?氧化作用生成乙酰輔酶A，后者與草酰乙酸縮合后，經三羧酸循環(huán)轉變成-酮戊二酸。-酮戊二酸可經氨基化或轉氨作用生成谷氨酸。由脂肪酸轉變成氨基酸，實際上僅限于谷氨酸。而且實現(xiàn)此種變化，尚需有草酰乙酸存在。而草酰乙酸是由其他來源(如糖與蛋白質)所產生。所以脂肪可以轉變成氨基酸，但很有限。在植物和微生物，由于存在乙醛酸循環(huán)，可通過此條途徑來合成氨基酸。例如：某些微生物利用醋酸或石油

17、烴類物質發(fā)酵產生氨基酸，可能也是通過這條途徑。蛋白質轉變?yōu)橹緦嶒灒河弥缓鞍踪|的膳食飼養(yǎng)動物，動物能在體內存積脂肪證明蛋白質可在動物體內轉變成脂肪，不過這種轉變可能是間接的。生酮氨基酸和生糖兼生酮氨基酸（如酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、色氨酸、賴氨酸）在代謝過程中生成乙酰輔酶A；乙酰輔酶A循脂肪酸合成途徑，即可合成脂肪酸。生糖氨基酸可以直接或間接生成丙酮酸，丙酮酸可以變成甘油，也可以在氧化脫羧變成乙酰輔酶A后生成脂肪酸。（四）核酸與其他物質代謝的相互關系（四）核酸與其他物質代謝的相互關系核酸是細胞內的重要遺傳物質，核酸在機體的遺傳和變異及蛋白質合成中，起著決定性的作用?？赏ㄟ^控制蛋白質

18、的合成影響細胞的組成成分和代謝類型。核酸及其衍生物和多種物質代謝有關。其他各類代謝物為核酸及其衍生物的合成提供原料脂類代謝除供應CO2外，和核酸代謝并無明顯的關系。蛋白質代謝能為嘌呤和嘧啶的合成提供許多原料，如甘氨酸、甲酸鹽、谷氨酰胺、天冬氨酸和氨等；核苷酸合成需要酶和多種蛋白因子的參與。（但酶和蛋白因子的合成本身又是由基因所控制的?？梢姾怂崞鹬鴽Q定性的作用。）糖類能產生二羧基氨基酸的前身酮酸，并且又是戊糖的來源。一般來說，核酸不是重要的碳源、氮源和能源，但許多游離核苷酸在代謝中起著重要的作用。 例如ATP是能量和磷酸基轉移的重要物質，UTP參加糖的合成。CTP參加磷脂的合成。CTP為蛋白質合

19、成所必需。此外，許多輔酶均為核苷酸的衍生物。例如，輔酶A、煙酰胺核苷酸和異咯嗪核苷酸等，都是腺嘌呤核苷酸的衍生物，腺嘌呤核苷酸還可以作為合成組氨酸的原料?？梢钥闯觯怂?及其衍生物)與其他各類代謝物之間存在著一種交互作用的關系。其他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的代謝方式和反應速度發(fā)生影響。乙酰COA乙酰COA，3-磷酸甘油醛，NADPH動物內困難氨基化脫氨基作用動物體內數(shù)量極為有限糖脂質核苷酸氨基酸總的來說，糖、脂肪、蛋白質和核酸等物質在代謝過程中都是彼此影響，相互轉化和密切相關的。糖代謝是各類物質代謝網(wǎng)絡的“總樞紐”，通過它將各類物質代謝相互溝

20、通，緊密聯(lián)系在一起，而磷酸已糖、丙酮酸、乙酰輔酶A在代謝網(wǎng)絡中是各類物質轉化的重要中間產物。糖代謝中產生的ATP、GTP和NADPH等可直接用于其它代謝途徑。脂類是生物能量的主要儲存形式，脂類的氧化分解最終進入三羧酸循環(huán)，并為機體提供更多的能量。磷脂和鞘脂是構成生物膜的成分，而且它們的某些中間代謝物具有信息傳遞的作用。蛋白質是機體中所有原生質結構的基礎，而且作為酶的主要組成成分，決定著各種物質代謝反應的速度、方向及相互關系。如糖代謝中的磷酸果糖激酶、檸檬酸合酶，脂代謝中的乙酰CoA羧化酶等都是代謝中的限速酶。代謝調節(jié)（metabolic regulation），是生物在長期進化過程中，為適應環(huán)

21、境需要而形成的一種生理機能。進化程度愈高的生物，其調節(jié)系統(tǒng)就愈復雜?？傊?，就整個生物界來說，代謝的調節(jié)是在酶、細胞、激素和神經這四個不同水平上進行的。二二 代謝的調節(jié)代謝的調節(jié)細胞水平的調節(jié)細胞水平的調節(jié)：單細胞內通過細胞內代謝物濃度的改變來調節(jié)某些酶促反應速度（對酶的活性及含量進行調節(jié)），稱為細胞水平的代謝調節(jié)，這是最原始的調節(jié)方式。在單細胞的微生物中只能通過細胞內代謝物濃度的改變來調節(jié)某些酶促反應速度（對酶的活性及含量進行調節(jié)）激素水平的調節(jié)激素水平的調節(jié)（細胞間調節(jié)） ：低等的單細胞生物進化到多細胞生物時出現(xiàn)了激素調節(jié)，激素可以改變細胞內代謝物質的濃度和某些酶的催化能力或含量，從而影響代

22、謝反應的速度，對其他細胞發(fā)揮代謝調節(jié)作用，這種調節(jié)稱為激素水平得調節(jié)整體水平的調節(jié)整體水平的調節(jié)：高等生物和人類有了功能更復雜的神經系統(tǒng)。在神經系統(tǒng)的控制下，神經系統(tǒng)通過神經遞質直接對靶細胞發(fā)生作用（神經調節(jié)）或者改變某些激素的分泌，再通過各種激素相互協(xié)調，對整體代謝進行綜合調節(jié)（神經-體液調節(jié)），這種調節(jié)稱為整體水平的調節(jié)。各類調節(jié)作用點均在生物活動的最基本單位細胞中。所以細胞內的調節(jié)雖然是原始的，但卻是最基本的調節(jié)方式，是高級水平的神經和激素調節(jié)方式的基礎。而且在細胞內的各類代謝反應都是在酶的催化下進行的，代謝反應性質、方式、速度，均決定于酶的性質。細胞內的代謝除受酶的調節(jié)外，還包括細胞區(qū)

23、域化及能荷的調節(jié)。細胞水平的調節(jié)代謝反應是由酶催化進行的，酶水平的調節(jié)是最靈敏和最有效的調節(jié)。酶水平的調節(jié)也是目前研究得比較多、了解得比較詳細的代謝調節(jié)方式。酶水平的調節(jié)主要從酶的活性和酶的數(shù)量兩個方面影響細胞代謝。一酶水平調節(jié)一酶水平調節(jié) 酶活性的調節(jié)酶活性的調節(jié) 細胞內直接迅速的調節(jié)方式。酶活性的酶活性的調節(jié)包括酶原激活、調節(jié)包括酶原激活、酶的酶的別構調節(jié)別構調節(jié)（反饋抑制反饋抑制和前饋激活）及酶的共價修飾等方面。和前饋激活）及酶的共價修飾等方面。. . 酶原激活酶原激活在細胞內首先合成在細胞內首先合成無活性酶的前體無活性酶的前體（酶原），再（酶原），再通過通過蛋白酶蛋白酶的作用釋放出一些

24、氨基酸或小肽，轉的作用釋放出一些氨基酸或小肽，轉變成變成有活性的酶蛋白有活性的酶蛋白，這一過程稱為酶原激活，這一過程稱為酶原激活（activation of zymogenactivation of zymogen）。酶原激活是）。酶原激活是不可逆不可逆的過程。的過程。別構調節(jié)作用別構調節(jié)作用一般為寡聚酶，由催化亞基和調節(jié)亞基組成，別構效應物與調節(jié)亞基結合，引起酶分子的構象發(fā)生變化，從而改變酶的活性。反饋調節(jié)：反饋現(xiàn)象是普遍存在的。反饋：一種運動的效果對這種運動的影響。 通常區(qū)分為“正反饋”和“負反饋”，凡是一種運動的效果對于這種原始運動的影響是促進性的稱為正反饋；反之，所發(fā)生抑制性的影響稱為

25、負反饋。在細胞內當一個酶促反應產物積累過多時，由于質量作用定律的關系，能抑制其本身的合成，這種抑制屬簡單的抑制，它不牽涉到酶結構的改變。如-淀粉酶催化淀粉水解成麥芽糖，過多的麥芽糖能夠抑制-淀粉酶的活性，使淀粉水解的速度下降。但是在多個酶促系列反應中，終產物可對反應序列前頭的酶發(fā)生抑制作用，這稱為反饋抑制（feedback inhibition）.這種反饋抑制作用是改變酶蛋白構象的結果。通常受控制的酶是反應系列開頭的酶，是一種調節(jié)酶或變構酶，有時也叫“標兵酶”（pacemaker enzyme），因為整個反應序列是受這個酶調節(jié)的。如糖酵解中的磷酸果糖激酶是控制糖酵解的標兵酶。又如，在大腸桿菌中

26、，由于天冬氨酸和氨基甲酰磷酸合成胞苷三磷酸（CTP）的反應，是受CTP反饋調節(jié)的。當CTP的代謝利用較低時，CTP便在細胞內積累，這時CTP便對這個反應序列的開頭的酶即天冬氨酸轉氨基甲酰酶起反饋抑制作用，結果抑制CTP本身的生成；反之，如果CTP被高度利用，這時CTP在細胞內不積累，也就不起反饋抑制調節(jié)，反應繼續(xù)進行以生成所需要的CTP。葡萄糖的磷酸化反應中，當6-磷酸葡萄糖累積過多時，已糖激酶就會受到磷酸葡萄糖的反饋抑制作用，使反應慢下來。這里除質量作用效應外，還存在酶的變構調節(jié)作用。這種反饋抑制調節(jié)，在代謝調節(jié)中有重要意義，它可按生物代謝的需要而保證代謝物的供應，又不致發(fā)生代謝物積累過多而

27、造成浪費，是很經濟的調控方式。在上述不發(fā)生分支的代謝反應中，只有一個終產物對線性反應序列開頭的酶起反饋抑制作用，屬于一價反饋抑制（monovalent feedback inhibition），又稱單價反饋抑制。如果反應發(fā)生分支，就會產生兩種或兩種以上的終產物，而其中某一種終產物過多都會對序列反應前面的變構調節(jié)酶起反饋抑制作用，即二價反饋抑制（divalent feedback inhibition），二價反饋抑制（divalent feedback inhibition）的調節(jié)方式 同工酶的反饋抑制 同工酶是指催化同一生化反應，但酶蛋白結構及組成有所不同的一組酶。如果在一個分支代謝過程中，在

28、分支點之前的一個反應由一組同工酶所催化，分支代謝的幾個最終產物往往分別對這幾個同工酶發(fā)生抑制作用，并且最終產物對各自分支單獨有抑制，這種調節(jié)方式稱為同工酶的反饋抑制（isoenzyme feedback inhibition）。協(xié)同反饋抑制 在分支代謝中，只有當幾個最終產物同時過多才能對共同途徑的第一個酶發(fā)生抑制作用，稱為協(xié)同反饋抑制（concerted feedback inhibition）。而當終產物單獨過量時，只能抑制相應的支路的酶，不影響其他產物合成。順序反饋抑制 在一個分支代謝途徑中，終產物積累引起反饋抑制使分支處的中間產物積累，再反饋抑制反應途徑中第一個酶活性，從而達到調節(jié)的目的

29、。因為這種調節(jié)是按照順序進行的，所以稱順序反饋抑制（sequential feedback inhibition），又稱逐步反饋抑制。累積反饋抑制 在一個分支代謝中，幾個最終產物中的任何一個產物過多時都能對某一酶發(fā)生部分抑制作用，但要達到最大效果，則必須幾個最終產物同時過多，這樣的反饋抑制稱為累積反饋抑制（cumulative feedback inhibition）。終產物的反饋抑制是準確經濟的調控方式。這是因為起調節(jié)作用的是產物本身，所以，在產物少時，關鍵酶的活性增高，整個途徑的運行速度加快，產物增多；而當產物過多時，則產生反饋抑制，使合成速度減慢，產物減少。而且在這種調節(jié)中受控的酶是初始

30、酶，而不是其他催化后續(xù)反應的酶，所以能避免反應的中間產物積累，有利于原料的合理利用和節(jié)約機體的能量。反饋抑制在系列的合成代謝的調節(jié)中起重要作用。前饋激活 在一反應序列中，前身物可對后面的酶起激活作用，促使反應向前進行，這叫做前饋激活（feed forward activation）。例如，在糖原合成中，6-磷酸葡萄糖是糖原合成酶的變構激活劑，因此可促進糖原的合成。前饋激活作用能使代謝速度加快，所以是一種正前饋。在某些特殊的情況下，為避免代謝途徑過分擁擠，當代謝底物過量時，對代謝過程亦可呈負前饋作用。此時，過量的代謝底物可以轉向其它代謝途徑。例如，高濃度的乙酰輔酶A是乙酰輔酶A羧化酶的變構抑制劑

31、，從而避免丙二酸單酰輔酶A過多合成（）共價修飾調節(jié)作用（）共價修飾調節(jié)作用共價修飾（covalent modification）是指在專一酶的催化下，某種小分子基團可以共價結合到被修飾酶的特定氨基酸殘基上，而改變酶的活性。共價修飾是可逆過程，小分子基團可在酶的催化下水解去除，發(fā)生逆轉。糖原磷酸化酶是酶促化學修飾的典型例子糖原作為貯藏性碳水化合物，廣泛存在于人和動物體內。糖原在糖原磷酸化酶作用下發(fā)生磷酸解產生1-磷酸葡萄糖。此酶有兩種形式：即有活性的磷酸化酶 a 和無活性的磷酸化酶 b ，二者可以互相轉變。磷酸化酶 bn酶被修飾的基團是絲氨酸的羥基。ATPAP磷酸化酶 a磷酸化酶 b 激酶磷酸化

32、酶 a 磷酸（酯）酶失活活化 共價修飾調節(jié)對調節(jié)信號有放大作用。如磷酸化酶激活的級聯(lián)反應。 酶促化學修飾反應往往是多個反應配合進行的。在生物體內，有些反應是連鎖進行的。在這些連鎖反應中，一個酶被修飾后，連續(xù)地發(fā)生其他酶被激活，導致原始調節(jié)因素的效率逐級放大，這樣的連鎖代謝反應系統(tǒng)叫級聯(lián)放大反應或級聯(lián)系統(tǒng)（cascade system）。如腎上腺素或胰高血糖素對磷酸化酶 b 激酶的激活就屬這種類型。腎上腺素（或胰高血糖素） 腺苷酸環(huán)化酶 腺苷酸環(huán)化酶 （無活性） （有活性）ATP cAMP + PPi (102)蛋白激酶（無活力）蛋白激酶（有活力） (104)磷酸化酶激酶 磷酸化酶激酶-P (1

33、06)（無活性） ATP ADP （有活性） 磷酸化酶 b 磷酸化酶 a (108)（無活性）ATP ADP （有活性） 糖原 1-磷酸葡萄糖在這些連鎖的酶促反應過程中，前一反應的產物是后一反應的催化劑，每進行一次共價修飾反應，就產生一次放大，如果假設每一級反應放大100倍，即1個酶分子引起100個分子發(fā)生反應（實際上，酶的轉換數(shù)比這大得多），那么從激素促進cAMP生成的反應開始，到磷酸化酶 a 生成為止，經過四次放大后，調節(jié)效應就放大了108倍了。由此可見，極微量的激素對酶活性控制是十分靈敏的。不同類型的可逆共價修飾作用：磷酸化/脫磷酸化；乙?；?脫乙?；幌佘账峄?脫腺苷酸化；尿苷酸化/脫

34、尿苷酸化；ADP-核糖基化；甲基化/脫甲基化；S-S/SH相互轉變。2.2.酶的數(shù)量(酶濃度酶濃度) )的調節(jié)的調節(jié)酶是生物反應的催化劑，酶的相對數(shù)量決定代謝酶是生物反應的催化劑，酶的相對數(shù)量決定代謝反應的進程和方向。因此，酶本身也必然受代謝反應的進程和方向。因此，酶本身也必然受代謝調節(jié)的控制。通過酶的調節(jié)的控制。通過酶的合成合成和和降解降解，細胞內的酶，細胞內的酶含量和組分便發(fā)生變化，因而對代謝過程起調節(jié)含量和組分便發(fā)生變化，因而對代謝過程起調節(jié)作用。作用。生物細胞的這種通過改變酶的合成和降解而調節(jié)生物細胞的這種通過改變酶的合成和降解而調節(jié)酶的數(shù)量，被稱為酶的數(shù)量，被稱為“粗調粗調”。通過粗

35、調，細胞可以通過粗調，細胞可以開動開動或或完全關閉完全關閉某種酶的合某種酶的合成，或適當調整某種酶的合成和降解速度，以適成，或適當調整某種酶的合成和降解速度，以適應對這種酶的需要。應對這種酶的需要。.酶合成的調節(jié)-基因表達的調節(jié)基因表達的調節(jié)酶生物合成在轉錄水平和翻譯水平受到調節(jié)。轉錄水平調節(jié)生物體每個細胞都含有該生物整個生長發(fā)育過程所必需的遺傳信息，但這些遺傳信息不是一下子全部表達出來，而是按其生長發(fā)育的需要或受外界條件的影響只表達出一部分遺傳信息，合成相應的蛋白質-酶。特別是當某種酶的底物存在時，便會發(fā)生誘導作用，導致作用于該底 物 的 酶 的 合 成 。 這 個 底 物 稱 為 誘 導

36、物（inducer）,由誘導物促進而合成的酶稱為誘導酶（induced enzyme）。例如，大腸桿菌培養(yǎng)基中加入乳糖作為唯一的碳源時，大腸桿菌細胞即生成利用乳糖的酶類。但當培養(yǎng)基中加葡萄糖為唯一碳源時，則它只含有很少的半乳糖苷酶（一種大腸桿菌利用乳糖的關鍵性酶）。與 酶 合 成 誘 導 情 形 相 反 的 是 酶 的 阻 遏（repression），即由于某些代謝產物的存在而阻止細胞內某種酶的合成。例如，將大腸桿菌培養(yǎng)在只含有無機銨鹽（NH4+）及單一碳源(如葡萄糖)中時，大腸桿菌能合成所有的含氮物質，包括合成蛋白質所需要的20種氨基酸。但如果在培養(yǎng)基中加入某種氨基酸（如色氨酸），則利用NH

37、4+和碳源合成色氨酸的酶系便迅速消失。這種現(xiàn)象就是酶合成的阻遏作用。阻遏酶生成的物質（色氨酸）稱為輔阻遏物（corepressor）。1 1）原核生物基因表達調節(jié)）原核生物基因表達調節(jié)19601961年，J. Monod 和 F. Jacob 提出乳糖操縱子模型（lac operon model）。操縱子（operon）操縱子（operon）是指染色體上控制蛋白質（酶）合成的功能單位，它是由一個或多個功能相關的結構基因和控制基因組成的。結構基因是作為轉錄成mRNA的模板，以后由mRNA翻譯成相應的酶蛋白；控制基因是由操縱基因和啟動基因組成的，操縱基因在結構基因旁邊,是被激活阻遏物的結合位點,由

38、它來開動和關閉合成相應酶的結構基因，啟動基因在操縱基因旁邊，是RNA聚合酶結合的位點。在操縱子的前邊是產生阻遏蛋白的調節(jié)基因。基因操縱子調節(jié)系統(tǒng)示意圖基因操縱子調節(jié)系統(tǒng)示意圖 調節(jié)基因調節(jié)基因 啟動基因啟動基因 操縱基因操縱基因 結構基因結構基因 DNA 轉錄轉錄 （-） RNA聚合酶聚合酶 （+） 轉錄轉錄 翻譯翻譯 mRNA 翻譯翻譯 阻遏蛋白阻遏蛋白 蛋白質蛋白質 控制區(qū)控制區(qū) 信息區(qū)信息區(qū)操縱子操縱子當操縱基因“開動”時，它管轄的結構基因能通過轉錄和翻譯而合成某種酶蛋白；當操縱基因“關閉”時，結構基因不能合成這種酶蛋白。操縱基因的“開”與“關”受調節(jié)基因產生的阻遏蛋白的控制，阻遏蛋白可

39、以感受來自外界環(huán)境的變化，即受一些小分子誘導物或輔阻遏物的控制。通常酶合成的誘導物就是酶作用的底物，而輔阻遏物是酶作用的最終產物。這些小分子能以某種方式與阻遏蛋白分子結合，使阻遏蛋白產生構象變化，從而決定它是否處于活性狀態(tài)。酶合成的誘導和阻遏與基因關系的學說，即操縱子學說已為許多實驗證實，并被普遍接受。概括來講，阻遏物與操縱基因結合導致結構基因不轉錄。阻遏物又有兩種狀態(tài)：激活態(tài)和失活態(tài)。激活態(tài)的阻遏物與誘導物結合后失活，導致酶的誘導合成；失活態(tài)的阻遏物與輔阻遏物結合后被激活，導致酶合成的阻遏。這種調節(jié)是負調節(jié)作用。組成酶當調節(jié)基因發(fā)生突變時形成的阻遏蛋白失去與操縱基因結合的功能，結果是不管需要

40、與否，都合成相應的酶，這種酶稱為組成酶。這種突變體稱為組成突變體。與此相對的，如果調節(jié)基因發(fā)生突變產生的阻遏物失去與誘導物結合的能力，那么即使有誘導物存在，也不發(fā)生誘導作用，這種突變體稱為超阻遏突變體。環(huán)腺苷酸在酶合成調節(jié)中起重要作用。在這里調節(jié)基因的產物為cAMP受體蛋白（cAMP receptor protein, CRP），也稱降解物基因活化蛋白（catabolite gene activator protein,CAP）。與前述負調節(jié)方式不同，CAP起的是正調節(jié)作用。當它與cAMP結合并被激活，CAP-cAMP復合物結合到啟動子上，并幫助RNA聚合酶有效地與啟動子結合，促進轉錄進行 C

41、AP的正調控用含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基作為碳源培養(yǎng)大腸桿菌，在葡萄糖沒有被利用完之前，菌體內-半乳糖苷酶的合成便受阻 遏 ， 這 是 因 為 葡 萄 糖 的 降 解 物（catabolite）通過降低胞內環(huán)腺苷酸（cAMP）的含量，阻遏了這三種酶的誘導合成，這種阻遏稱為分解代謝阻遏作用。降解物的阻遏作用衰減作用除了調節(jié)基因產物對轉錄的正、負調控（如CAP蛋白和阻遏蛋白）之外，還有另一種在轉錄 水 平 上 調 節(jié) 基 因 表 達 的 衰 減 作 用（attenuation），用以終止和減弱轉錄。在基因 上 這 種 調 節(jié) 的 作 用 部 位 稱 為 衰 減 子（attenuator），衰減子是一

42、種位于結構基因上游前導區(qū)的終止序列該機制首先是從色氨酸操縱子的研究中弄清楚的。目前已知除色氨酸外，其它許多與氨基酸代謝相關的操縱子的有關基因中都存在衰減子的調節(jié)位點。除轉錄水平能調節(jié)酶的數(shù)量外，在轉錄產物的加工和運輸及翻譯水平上同樣可以調節(jié)酶的數(shù)量。如真核生物mRNA轉錄后的加工，mRNA由細胞核向細胞質的運輸，mRNA在細胞中的定位和組裝等過程是基因表達重要的調節(jié)步驟；翻譯水平上mRNA通過本身核苷酸組成和排列（如SD序列），反義RNA的活性，mRNA的穩(wěn)定性等進行調節(jié)。 2 2）真核生物基因表達的調控）真核生物基因表達的調控為多級調控方式：轉錄前水平調控、轉錄水平上的調控、轉錄后水平的調控、翻譯水平調控、翻譯后水平調控。酶降解的調節(jié)酶的降解速度也能調節(jié)細胞內酶的含量。酶的降解是由特異的蛋白質水解酶催化的。在細胞內常含有各種水解酶，其水解蛋白質的種類和速度隨細胞的生長狀態(tài)和環(huán)境條