生物化學(xué)15.代謝調(diào)節(jié).

1、謝調(diào)計(jì) /生物體中糖類、脂類、/蛋白質(zhì)和核酸的 代謝既獨(dú)立又彼此聯(lián)系，可以通過共同/的中間產(chǎn)物組成復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)。各代謝之間的樞紐物質(zhì)是乙酰CoA。代謝調(diào)節(jié)可以在不同層面上進(jìn)行，但最 終都是以酶水平調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)。噴|««»主WIH單卿 甘氨隈 谷.敘広ri«H*V«tt1-WffittttMl«WJ-5-«»6 «»*««I遼用，第取KSS<A甘半«蘇K «SSSSR«l內(nèi) s5色斤廉色 谷議陡廠粗氯酸/WIMlfta-觴戊二隈HR W

2、87;斤檸標(biāo)酸代謝途徑的相互聯(lián)系、糖類與脂類的相互轉(zhuǎn)變。糖可通過下述途徑轉(zhuǎn)變成脂類：糖分 解代謝的中間產(chǎn)物磷酸二輕丙酮可還原 生成磷酸甘油。另一中間產(chǎn)物乙酰CoA則可合成長鏈脂肪酸，此過程所需的 N ADPH+H+又可由磷酸戊糖途徑供給o最后脂酰CoA與磷酸甘油酯化而生成脂肪。二脂肪轉(zhuǎn)化成糖由于生物種類不同而有所區(qū)別。（在動(dòng)物體內(nèi)，甘油可經(jīng)脫氫 生成磷酸二輕內(nèi)酮再通過糖異生作用轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰Ｖ舅嵩趧?dòng)物體內(nèi)也可轉(zhuǎn)變成糖，但需要在有其他來源的三竣酸循環(huán) 中間有機(jī)酸回補(bǔ)時(shí)乙酰Co A才可轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，再?jīng)糖異生作用轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?植物和微生物存在乙醛酸循環(huán)，脂肪降 解產(chǎn)生的乙酰CoA通過乙醛酸循環(huán)生成琥

3、珀酸，后者轉(zhuǎn)成草酰乙酸后進(jìn)入糖異生作用生糖。但這一過程在植物中主要 發(fā)生在含脂肪種子萌發(fā)時(shí)。二、糖類與蛋白質(zhì)的相互轉(zhuǎn)換糖可轉(zhuǎn)變成各種氨基酸的碳架結(jié)構(gòu)。 丙酮酸是糖代謝的重要中間產(chǎn)物，丙酮 酸經(jīng)三竣酸循環(huán)可以轉(zhuǎn)變?yōu)閍酮戊二酸 和草酰乙酸，這三種a酮酸經(jīng)氨基化或轉(zhuǎn)氨基作用分別生成丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸。三竣酸循環(huán)的其他中間產(chǎn)物以及磷酸戊糖途徑、卡爾文循環(huán)中間物 經(jīng)轉(zhuǎn)化成a 酮酸后，都能另各種氨基酸合成提供碳骨架，再經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用形 成氨基酸，進(jìn)而合成蛋白質(zhì)。此外一在糖分解過程中產(chǎn)生的能量，還可為氨基酸和蛋白質(zhì)合成供能。植物可以合成全部氨基酸而在動(dòng)物和人體必需氨基酸只能從食物中攝取O蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖首

4、先要水解成氨基酸O 動(dòng)物體中除亮氨酸外，其余氨基酸通過 脫氨基作用生成相應(yīng)的a_酮酸，然后轉(zhuǎn) 變?yōu)樘钱惿緩街械哪撤N中間產(chǎn)物，再 經(jīng)糖異生作用合成糖。其中丙氨酸.谷 氨酸和天冬氨酸脫氫后分別轉(zhuǎn)變?yōu)槿?酸循環(huán)中間物丙酮酸、a酮戊二酸和草 酰乙酸，經(jīng)糖異生作用，即可生成 糖原。其他氨基酸則經(jīng)較復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)變 化，如精氨酸、組氨酸、脯氨酸、鳥氨 酸、瓜氨酸均可通過谷氨酸轉(zhuǎn)變成a酮 戊二酸，再轉(zhuǎn)變成糖原。'苯丙氨酸.酪 氨酸可以先轉(zhuǎn)變成延胡索酸，沿三竣酸 循環(huán)變成草酰乙酸再轉(zhuǎn)變成糖原。絲 氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、色氨酸、胱氨 酸、綣氨酸、半胱氨酸等均可先轉(zhuǎn)變成 丙酮酸，再轉(zhuǎn)變成糖原。另外甲硫

5、氨酸、 異亮氨酸.亮氨酸（植物、微生物體內(nèi)）可 轉(zhuǎn)變成琥珀酰輔酶A,再轉(zhuǎn)變成糖原。由脂肪合成蛋白質(zhì)的可能性是有限的。實(shí)際 上，當(dāng)乙酰CoA進(jìn)入三竣酸循環(huán)從而形成a 酮酸即氨基酸的碳架時(shí)，需要與草酰乙酸縮合 后轉(zhuǎn)變成a酮戊二酸。a酮戊二酸可經(jīng)氨 基化或轉(zhuǎn)氨基作用生成谷氨酸。如無其他來源 的草酰乙酸補(bǔ)充，反應(yīng)便不能進(jìn)行。在植物和 微生物中，存在乙醛酸循環(huán)，通過合成琥珀酸, 回補(bǔ)了三竣酸循環(huán)中的草酰乙酸，從而促進(jìn)脂 肪酸合成氨基酸。例如：含有大量油脂的植物 種子，在萌發(fā)時(shí)，由脂肪酸和鞍鹽形成氨基酸 的過程，進(jìn)行得極為活躍。但在動(dòng)物體內(nèi)不存 在乙醛酸循環(huán)。一般來說，動(dòng)物組織不易利用 脂肪酸合成氨基酸。

6、四、核酸代謝與糖類、脂類.蛋白質(zhì)代謝 的相互聯(lián)系核酸是細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)，許多單核 昔酸和核昔酸衍生物在代謝中起著重要 作用。例如ATP是重要的能量通貨；糖 基衍生物參與單糖的轉(zhuǎn)變和多糖的合成； CTP參與磷脂的合成；GTP供給蛋白質(zhì) 肽鏈延長時(shí)所需要的能量；CAMP是激 素的第二信使。此外，如輔酶A. NAD(P)+. FAD也在代謝中起重要作用。綜上所述，糖、脂肪、蛋白質(zhì)及核酸 在代謝過程中形成網(wǎng)絡(luò)，并密切相關(guān)、 相互轉(zhuǎn)化、相互制約。/三竣酸循環(huán)不僅 是各類物質(zhì)代謝的共同途徑，而且也是 它們之間相互聯(lián)系的樞紐。代謝調(diào)節(jié)的四級(jí)水平生物體有限的空間內(nèi)同時(shí)有大量復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)轉(zhuǎn)，/必須有靈巧而

7、嚴(yán)密 的調(diào)節(jié)機(jī)制，才能使代謝適應(yīng)外界環(huán)境 的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。在 漫長的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié) 機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。以高等動(dòng)物為例，代謝調(diào)節(jié)在四個(gè)相 互聯(lián)系、彼此協(xié)調(diào)又各具特色的層面上 進(jìn)行，即神經(jīng)水平.激素水平、細(xì)胞水 平和酶水平。但就整個(gè)生物界來說，酶 和細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)是最基本的調(diào)節(jié)方式, 為動(dòng)、植物和單細(xì)胞生物所共有。激素 和神經(jīng)的調(diào)節(jié)是生物進(jìn)化發(fā)展而完善起 來的調(diào)節(jié)機(jī)制，通過細(xì)胞水平和分子水 平的變化來體現(xiàn)。細(xì)胞區(qū)域化調(diào)節(jié)<1 14- 1在細(xì)胞中催化各類代謝反應(yīng)的酶定位于 不同的細(xì)胞區(qū)域中，使各代謝在空間上 彼此隔開，互不干擾，

8、按一定方向進(jìn)行。 細(xì)胞中代謝的定位如下表。各代哺途徑在真松細(xì)購內(nèi)的定位細(xì)爲(wèi)M系細(xì)飽溶膠DNAM制.RNA的合成、加工的簫箱解解途艮滇酸戊WI途徑糖原合戰(zhàn)分解時(shí)的薛希畀生脂肪腰合 成氨基酸核昔酸的合成孩鴿體上的彊白質(zhì)生物合成氯化«1»化、丙«霰的氣化朝皺三咬嘏循環(huán)脂肪AR載化尿It循殲、轉(zhuǎn) 氨墓竹用谷氨啟脫氫誇少* DNA.RNA、蛋白質(zhì)的合成陽肋酸霞儀 越長單菽敘化等內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)的合成.OQX.tt多植磅脂、廉脂、儲(chǔ)蛋白、膽固醉膽汁的合成 脂防啟唆儀迤長參與肌肉興奮藥狗解矗高爾墓體涪IW體 過K化錯(cuò)翼體（微體枝蛋白、莎嵋、帖液主成。加工、濃蛹.包轉(zhuǎn)和運(yùn)輸作用 水解

9、*類（蛋白濟(jì)脂審脂詢.核戰(zhàn)、!»昔、確陵簷 氧化誼過氧化物誠ATP* WfFflj環(huán)化曲尊酶水平調(diào)節(jié)酶水平調(diào)節(jié)是生物體內(nèi)最基本、最普遍的調(diào)節(jié)方式。酶水平的調(diào)節(jié)是通過改 變細(xì)胞中酶的含量和酶的活性對代謝途 徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，是更靈敏、更有效的調(diào)節(jié), 也是目前研究得較多的代謝調(diào)節(jié)。主要 包括兩個(gè)方面：(1)酶含量的調(diào)節(jié)，改變酶的含量是通 過調(diào)節(jié)其合成速度和降解速度來實(shí)現(xiàn)的O細(xì)胞內(nèi)不斷合成新酶、也不斷降解原有的酶，從而使酶的含量和種類改變而調(diào)節(jié)細(xì)胞中代謝的活性和類型，酶的合成主要在基因轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行調(diào)節(jié)，酶的降解速率也通過十分復(fù)雜的機(jī)制受到有效的控制。(2)酶含量不變，通過改變酶的構(gòu)象或 結(jié)構(gòu)而改

10、變酶活性。抑制作用和激活作用酶水平調(diào)節(jié)的類型包括酶的抑制作用和激活作用。抑制作用可分為簡單抑制和反饋抑制。簡單抑制 是指一種代謝產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)累積多時(shí)，由于質(zhì)量作 用定律的關(guān)系，可抑制其本身的形成，抑制不涉及 酶結(jié)構(gòu)變化。反饋抑制是指系列反應(yīng)終產(chǎn)物對酶活 力的抑制。7激活作用包括前饋激活及級(jí)聯(lián)放大激活。酶活性通過酶原激活.共價(jià)修飾、變構(gòu)及聚合和 解聚等機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié)。厶丿薩原激活/處于無活性狀態(tài)的酶的前身物質(zhì)就稱酶原在一定條件下轉(zhuǎn)化為有活性的酶 的過程稱為酶原的激活。這種調(diào)節(jié)的意義在于生物體的自身保 護(hù)同時(shí)當(dāng)機(jī)體需要時(shí)，酶可迅速轉(zhuǎn)化為 活性形式，及時(shí)保證了代謝的需要。幾 種主要類型的酶原激活見下表

11、。H 14 -2 諭原激活醉原活化名稱合成部位部位邀&活性觸骨蛋白st原pH2(HCI)從囪N-末瑞切除42 個(gè)氮基酸殘基RSHIW腸激酵、耳蛋 白酵小腸膠從肽樣N-末端切除六 肽滾蛋白酔挾凝乳愛白同 原小腸膽內(nèi)切 14 15(S«Arg) 147 - L48( DuZ )共 二個(gè)二 Rk前饋和反饋調(diào)節(jié)從別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可知，酶活性變化 對調(diào)節(jié)物濃度的改變很敏感，細(xì)胞可以通過 酶的別構(gòu)效應(yīng)使酶活力升高或降低以調(diào)節(jié)其 代謝速度。別構(gòu)效應(yīng)物主要有下列幾類： 專門合成的效應(yīng)劑（體外）。底物.產(chǎn)物或 代謝途徑的最終產(chǎn)物。與該代謝酶系有關(guān) 的輔酶和核昔酸類化合物。我們在這里重點(diǎn) 學(xué)習(xí)

12、第二類別構(gòu)效應(yīng)物。前饋(feedforward)和反饋(feedback)這兩 個(gè)術(shù)語來自電子工程學(xué)，前者的意思是“輸入 對輸出的影響”；后者的意思是“輸出對輸入 的影響”，這里分別借用來說明底物和代謝產(chǎn) 物對代謝過程的作用，前饋和反饋又可分為激 活和抑制兩種作用。凡反應(yīng)物能使代謝過程速 度加快者，稱為激活作用；反之，稱為抑制作 用。下面圖解表明前饋和反饋，S代表底物， 有So, S,S“等先后出現(xiàn)的各種底物(中 間產(chǎn)物)；E代表酶，有Eo、E1等先后 出現(xiàn)的不同的酶，“+”表示激活，“一”表示 抑制。限速步驟與標(biāo)兵酶/限速步驟八在代謝過程的一系列反應(yīng) 中，進(jìn)行的慢的反應(yīng)。標(biāo)兵酶:催化限速步驟

13、的酶。又叫限速酶。標(biāo)兵酶隨反應(yīng)環(huán)境的變化有可能 改變。反饋抑制反饋抑制是指在系列反應(yīng)中終產(chǎn)物對 反應(yīng)序列前頭的標(biāo)兵酶發(fā)生的抑制作用, 從而調(diào)節(jié)了整個(gè)系列反應(yīng)速度。在生物代謝中，反饋抑制是普遍存在 的。最典型的反饋抑制是大腸桿菌從天 冬氨酸和氨甲酰磷酸經(jīng)過序列反應(yīng)，最 終生成CTP的反應(yīng)，當(dāng)CTP在細(xì)胞內(nèi)積累，便反饋抑制催化第一步反應(yīng)的酶， 即天冬氨酸氨甲酰基轉(zhuǎn)移酶（ATCase）該酶蛋白含有兩個(gè)大的亞基，一個(gè)亞 基上有催化部位，另一亞基上有別構(gòu)部 位），CTP與變構(gòu)部位結(jié)合而抑制了酶活 性，從而減慢其自身形成。'當(dāng)代謝活動(dòng) 使CTP濃度降低時(shí)，這種抑制隨之減弱, 重新增加其合成。天冬氨酸+氮甲酰璘酸從天冬氨酸和氨甲酰磷酸合成CTP是一個(gè) 線性序列反應(yīng)廠不存在分支，終產(chǎn)物CTP單 獨(dú)抑制限速酶，因而被稱為單價(jià)反饋抑制。 單價(jià)是指只有一個(gè)效應(yīng)物。氨甲?；於人酻MP-* UDP 一 UTPCTP圖14-3 CTP合成及其反饋抑制在分支代謝途徑中，限速酶的活性可 受到兩種或多種終產(chǎn)物的抑制，稱為二 價(jià)或多價(jià)反饋抑制。主要有以下幾種抑 制形式。 / /順序反饋抑制fLA B *C Da b c積累反饋抑制協(xié)同反饋抑制A B a