第十三章物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系及代謝的調(diào)節(jié)控制-04課件

1、第十三章 代謝間的聯(lián)系與調(diào)控一、物質(zhì)代謝間的相互聯(lián)系二、細胞水平的代謝調(diào)節(jié)三、激素水平的代謝調(diào)節(jié)四、神經(jīng)水平的代謝調(diào)節(jié)五、代謝調(diào)控在工業(yè)上的實踐意義一 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系（一）糖代謝與脂肪代謝的相互關(guān)系糖可以在生物體內(nèi)變成脂肪。脂肪不能大量轉(zhuǎn)變?yōu)樘牵擞土献魑锓N子。 糖 脂脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系延胡索酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)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羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物節(jié)首（二）糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的關(guān)系糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被岬鞍踪|(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘翘?蛋白質(zhì)糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系 糖代謝為蛋

2、白質(zhì)的合成提供碳源和能源：如糖分解過程中可產(chǎn)生丙酮酸，丙酮酸經(jīng)TCA循環(huán)產(chǎn)生酮戊二酸和草酰乙酸，它們均可經(jīng)加氨基或氨基移換作用形成相應(yīng)的氨基酸。另外，糖分解過程中產(chǎn)生的能量可供氨基酸和蛋白質(zhì)的合成之用。 蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的氨基酸，在體內(nèi)可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。如：多?shù)氨基酸在脫氨后轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，?jīng)糖原異生作用可生成糖，這類氨基酸稱為生糖氨基酸。節(jié)首糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖 -酮酸 氨基酸 蛋白質(zhì) NH3蛋白質(zhì) 氨基酸 -酮酸 糖（生糖氨基酸）節(jié)首（三）脂肪代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系 由脂肪合成蛋白質(zhì)的可能性是有限的，實際上僅限于Glu。 蛋白質(zhì)間接地轉(zhuǎn)變?yōu)橹尽?脂 蛋白質(zhì)脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互

3、聯(lián)系脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）節(jié)首(四)三大基礎(chǔ)物質(zhì)代謝的相互關(guān)系：相互轉(zhuǎn)變、相互制約、殊途同歸。 相互轉(zhuǎn)變：指糖類、脂肪、蛋白質(zhì)代謝通過共同的代謝中間產(chǎn)物丙酮酸、乙酰輔酶A、-酮戊二酸等相互聯(lián)系起來，可以相互轉(zhuǎn)變。 相互制約：指生物體內(nèi)脂類、蛋白質(zhì)代謝的強度主要由糖類的代謝強度決定。當糖類供應(yīng)充足時，糖類在體內(nèi)大量氧化分解供能，這時脂肪、蛋白質(zhì)的分解就受到一定的制約。糖類供應(yīng)短缺時，脂類可大量分解供能，蛋白質(zhì)也有供能作用。 正常情況下，蛋白質(zhì)的代謝主要用于蛋白質(zhì)的不斷自我更新，只有當機體能源物質(zhì)糖類、脂類嚴重

4、消耗時，蛋白質(zhì)才表現(xiàn)為大量分解供能。 殊途同歸：三大物質(zhì)代謝分解途徑雖不相同，但徹底氧化為水和二氧化碳最終匯合到TCA循環(huán)中，所以TCA循環(huán)是糖類、脂肪、蛋白質(zhì)徹底分解氧化的一條共同途徑。TCA循環(huán)是糖類、脂肪、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)的共同通路：(1)、三羧酸循環(huán)是乙酰輔酶A最終氧化生成CO2和H2O的途徑。(2)、糖代謝產(chǎn)生的碳骨架最終進入三羧酸循環(huán)氧化。 (3)、脂肪分解產(chǎn)生的甘油可通過糖有氧氧化進入三羧酸循氧化，脂肪酸經(jīng)氧化產(chǎn)生乙酰輔酶A可進入三羧酸環(huán)氧化。(4)、蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的氨基酸經(jīng)脫氨后碳骨架可進入三羧循環(huán)，同時，三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物可作為氨基酸的碳骨架接受NH3后合成非必需氨基酸。所以

5、，三羧酸循環(huán)是三大物質(zhì)代謝共同通路(五)核酸 糖、脂和蛋白質(zhì) 代謝網(wǎng)絡(luò) 二、細胞水平的調(diào)節(jié)代謝途徑的區(qū)域化酶活性的調(diào)節(jié)酶量的調(diào)節(jié)（一）代謝途徑的區(qū)域化 概念：代謝途徑的有關(guān)酶類，常常組成酶系，分布于細胞的某一區(qū)域或亞細胞結(jié)構(gòu)中，使不同代謝途徑在不同細胞內(nèi)進行 區(qū)域化的意義：區(qū)域化的存在顯著影響真核細胞的代謝情況，有利于代謝的調(diào)節(jié)。 例如：脂肪酸的分解與合成 活細胞是一個微小的化學(xué)工業(yè)園在極其微小的空間內(nèi)發(fā)生著數(shù)千種生物化學(xué)反應(yīng)細胞不是一個裝滿了各種酶和底物的口袋細胞復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特別是膜的結(jié)構(gòu)固定了各代謝反應(yīng)的空間和時間，使它們高度有序并可以被控制和調(diào)節(jié)。酶或酶系所在區(qū)域酶或酶系所在區(qū)域糖酵解酶系

6、TCA酶系磷酸戊糖途徑酶系脂肪酸氧化酶系脂肪酸合成酶系尿素合成酶系胞漿線粒體胞漿線粒體胞漿線粒體和胞漿蛋白質(zhì)合成酶系DNA聚合酶RNA聚合酶水解酶類粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細胞核細胞核溶酶體真核細胞內(nèi)某些酶的區(qū)域化分布（二）酶活性的調(diào)節(jié)酶原激活酶的非共價修飾調(diào)節(jié)酶的共價修飾調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié) 酶原的活化 酶的非共價修飾調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)：小分子效應(yīng)物非共價結(jié)合于酶的調(diào)節(jié)部位，從而改變酶的活性的現(xiàn)象。別構(gòu)效應(yīng)有別構(gòu)激活（正協(xié)同效應(yīng)）和別構(gòu)抑制（負協(xié)同效應(yīng)）別構(gòu)激活劑與別構(gòu)抑制劑： 代謝底物往往是別構(gòu)激活劑，代謝產(chǎn)物往往是別構(gòu)抑制劑某些重要代謝過程中的調(diào)節(jié)酶及其效應(yīng)物酶活力的共價修飾調(diào)節(jié)定義：酶蛋白在另一種酶的催化下，在其

7、分子上以共價結(jié)合的方式接上或脫去某種特殊的化學(xué)基團，從而引起酶活力改變的過程類型：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙?；佘挣；?去腺苷酰化，尿苷?；?去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)舉例：糖原磷酸化酶意義：代謝作用中關(guān)鍵酶的共價修飾是級聯(lián)放大的最終階段。（特別是激素調(diào)節(jié)）磷酸化酶的共價修飾調(diào)節(jié)共價修飾與級聯(lián)放大蛋白激酶反饋調(diào)節(jié)前饋代謝底物濃度的調(diào)節(jié)反饋終產(chǎn)物的調(diào)節(jié)作用反饋與前饋 反饋與前饋正前饋：代底物濃度增高，酶活提高。負前饋：代底物濃度增高，酶活下降。正反饋：終產(chǎn)物濃度增高，酶活提高。負反饋：終產(chǎn)物濃度增高，酶活下降。反饋抑制的方式1)線性反饋:反饋抑制的基本方

8、式.2)分支代謝反饋:原核生物中重要調(diào)控方式.特點:每一個分支途徑的終產(chǎn)物常?？刂品种Ш蟮牡谝粋€酶,同時每一個終產(chǎn)物又對整個途徑的第一個酶有部分抑制作用. (1)多價反饋抑制ABGFJDCH-E1E3E2多價反饋抑制:當一條代謝途徑中有兩個以上終產(chǎn)物時，每一終產(chǎn)物單獨存在并不對整個代謝途徑起抑制作用，只有幾個最終產(chǎn)物同時過多時才能對途徑中第一個酶產(chǎn)生抑制作用，這種調(diào)節(jié)方式稱多價反饋抑制。 (2)協(xié)同反饋抑制ABGFJDCH-E1E3E2-協(xié)同反饋抑制:協(xié)同（或稱協(xié)調(diào)）反饋抑制與多價反饋抑制的相同之處，是幾個終產(chǎn)物同時過量時才抑制關(guān)鍵酶的活性。兩者的區(qū)別在于：在多價反饋抑制中，一個終產(chǎn)物單獨過量

9、時并不產(chǎn)生抑制作用，但在協(xié)同反饋抑制中，一個終產(chǎn)物單獨過量雖不抑制途徑中的第一個酶，但是它可抑制相應(yīng)分支上的第一個酶的活性，因而并不影響其他分支上的代謝，只有在所有終產(chǎn)物都過量時，才抑制整個途徑中第一個酶。 (3)累積反饋抑制ABGFJDCH-E1E2E3-累積反饋抑制：幾個最終產(chǎn)物中任何一個產(chǎn)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(chǎn)物同時過多，各終產(chǎn)物的反饋抑制有累積作用，這樣的調(diào)節(jié)方式稱為累積反饋抑制。 (4) 合作反饋抑制示意圖（增效反饋抑制）ABGFJDCH-E1E2E3E4-a%b%a+b%任何一個終產(chǎn)物單獨過多時，只部分地抑制第一個酶的活性，幾個終產(chǎn)

10、物同時過多時，可引起強烈抑制，其抑制程度大于各自單獨存在時抑制作用的總和，這種調(diào)節(jié)稱為合作反饋抑制，或增效反饋抑制(5)順序反饋抑制示意圖ABGFJDCH-E1E3E2又叫逐步反饋抑制。在順序反饋抑制中，其中任一分支的最終產(chǎn)物過剩時，都會引起分支點C底物的積累，分支點底物的積累又轉(zhuǎn)而反饋抑制第一步反應(yīng)的進行。1 變構(gòu)調(diào)節(jié)反饋的普遍機制有些酶分子除了具有活性中心（結(jié)合部位和催化部位）外，還存在一個特殊的調(diào)控部位，即變構(gòu)中心。變構(gòu)中心雖然不是酶活性中心的組成部分，但它可以與某些化合物（稱為變構(gòu)劑）發(fā)生非共價結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象的改變，對酶起到激活或抑制的作用。這類酶通常稱為變構(gòu)酶，由于變構(gòu)劑與變構(gòu)

11、中心的結(jié)合而引起酶活性改變的現(xiàn)象則稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)作用。反饋調(diào)節(jié)的機理目前已知的變構(gòu)酶均為寡聚酶，含兩個或兩個以上的亞基，一般分子量較大，而且具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。大多數(shù)由變構(gòu)酶催化的反應(yīng)不遵守米氏方程，由變構(gòu)劑所引起的抑制作用也不服從典型的競爭性或非競爭性抑制作用的數(shù)量關(guān)系。變構(gòu)劑可以分為兩類激活變構(gòu)劑：變構(gòu)劑與酶分子結(jié)合后，酶的構(gòu)象發(fā)生了變化，這種新的構(gòu)象有利于底物分子與酶的結(jié)合，使酶促反應(yīng)速度提高。抑制變構(gòu)劑：變構(gòu)劑與酶分子結(jié)合所引起的酶的構(gòu)象變化不利于與底物的結(jié)合，表現(xiàn)出一定程度的抑制作用。實驗發(fā)現(xiàn)，在變構(gòu)酶中起催化作用，稱為催化亞基；與變構(gòu)劑結(jié)合的對反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用，稱為調(diào)節(jié)亞基。 2 同工

12、酶調(diào)節(jié)-對環(huán)境及代謝變化的一種適應(yīng)機制 在分支代謝中，在分支點之前的一個較早反應(yīng)（關(guān)鍵反應(yīng)）是由幾個同工酶催化時，分支代謝的幾個終產(chǎn)物分別對這幾個同工酶產(chǎn)生抑制作用，從而起到協(xié)同調(diào)節(jié)的功效。一個終產(chǎn)物控制一種同工酶，只有在所有終產(chǎn)物都過量時，幾個同工酶才全部被抑制，反應(yīng)完全終止。 3 多功能酶調(diào)節(jié)更靈活的調(diào)節(jié)機制酶分子中存在多種催化活性部位的酶稱為多功能酶(multifunctional enzyme)或串聯(lián)酶(tandem enzyme)。多功能酶在分子結(jié)構(gòu)上比多酶復(fù)合體更具有優(yōu)越性，因為相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)在一個酶分子上進行，比多酶復(fù)合體更有效，這也是生物進化的結(jié)果。大腸桿菌DNA聚合酶I是一條

13、分子質(zhì)量為109kDa的多肽鏈，具有催化DNA鏈的合成、3-5核酸外切酶和5-3核酸外切酶的活性。 （三）酶量的調(diào)節(jié) 1、酶生物合成的誘導(dǎo)和阻遏（原核生物） 酶生物合成的誘導(dǎo):某些物質(zhì)(誘導(dǎo)物)能促進細胞內(nèi)酶的生物合成. 酶生物合成的阻遏:某些代謝產(chǎn)物能阻止細胞內(nèi)某種酶的生物合成. 操縱子學(xué)說： 2、酶蛋白的降解 改變酶蛋白分子的降解速度也能調(diào)節(jié)細胞內(nèi)酶的含量.操縱子的模型及相關(guān)基因終止基因操縱子啟動基因結(jié)構(gòu)基因RP R RT P O S1 S2 S3 Sn T5DNA調(diào)節(jié)基因終止基因啟動基因操縱基因信息區(qū)3操縱子的概念：是指數(shù)個功能上相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成信息區(qū)，連同其上游的調(diào)控區(qū)和

14、下游的轉(zhuǎn)錄終止信號構(gòu)成基因表達單位。 操縱子類型1、誘導(dǎo)型操縱子乳糖操縱子2、阻遏型操縱子色氨酸操縱子乳糖操縱子的認識1.包括三個結(jié)構(gòu)基因z、y、a，呈多順反子結(jié)構(gòu)。2.操縱基因o是阻遏蛋白的結(jié)合位點，當阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合時，lac mRNA的轉(zhuǎn)錄受阻。3.調(diào)節(jié)基因i編碼阻遏蛋白與o基因結(jié)合。4.啟動基因P位于i與o之間，其上游還有一個CAP(降解物基因活化蛋白,由CAP基因編碼)結(jié)合位點，由p、o和CAP結(jié)合位點共同調(diào)節(jié)lac操縱子的調(diào)控區(qū)。ayzopi結(jié)構(gòu)基因控制位點調(diào)節(jié)基因乳糖操縱子模型ayzopioCAP與cAMP形成復(fù)合物，結(jié)合在lac operon的啟動基因上，促進轉(zhuǎn)錄的進行。

15、cAMP-CAP是正調(diào)控因子，阻遏蛋白是負調(diào)控因子。啟 操乳糖操縱子的負調(diào)控調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白（有活性）基 因 關(guān) 閉啟動子ORPLacZLacYLacA調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動子ORmRNAZmRNAYmRNAA 阻遏蛋白（無活性） 基 因 表達mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)B、乳糖的誘導(dǎo) 乳糖 阻遏蛋白（有活性）乳糖操縱子的正調(diào)控RLacZLacYLacAmRNAmRNAZmRNAYmRNAA基 因 表達CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCAPOCAP結(jié)合部位 RNA聚合酶TcAMP - CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPc

16、AMP5-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)葡萄糖分解代謝產(chǎn)物存在對乳糖的誘導(dǎo)有抑制作用cAMP對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控無葡萄糖：cAMP (促進轉(zhuǎn)錄）有葡萄糖：cAMP (不促進轉(zhuǎn)錄）cAMPcAMPCAP蛋白cAMP CAP復(fù)合物正調(diào)控ABCDEopLatrpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpAE. coli 色氨酸操縱子模型Trp合成途徑還存在色氨酸操縱子中衰減子所引起的衰減調(diào)節(jié)。真核生物基因表達的調(diào)控為多級調(diào)控方式：轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控、

17、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控、翻譯水平調(diào)控、翻譯后水平調(diào)控。三.激素水平的代謝調(diào)節(jié)1)激素的概念:2)激素的分類:3)激素受體4)激素對代謝的調(diào)節(jié)激素 什么是激素？ 激素是生物體內(nèi)特定細胞產(chǎn)生的對某些靶細胞具有特殊刺激作用的微量物質(zhì)。 在機體的代謝過程或生理過程起調(diào)控作用.1、含量少；在生物體某特定組織細胞產(chǎn)生；2、通過體液的運動被輸送到其他組織中發(fā)揮作用；3、作用很大，效率高，在新陳代謝中起調(diào)節(jié)控制作用。在醫(yī)療上，激素也是一類重要藥物。激素具有以下幾個特點：激素的分類在生物激素中，動物激素最為重要。植物激素主要為植物生長調(diào)節(jié)劑。根據(jù)高等動物激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和調(diào)控功能，一般可以分為三類 （

18、1）含氮激素 包括蛋白質(zhì)激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。（2）類固醇激素 性腺和腎上腺皮質(zhì)分泌的激素大多數(shù)是類固醇激素。（3）脂肪酸衍生物激素 主要由生殖系統(tǒng)及其它組織分泌產(chǎn)生。激素受體 分類： 1、細胞膜受體： 水溶性激素， 激素受體復(fù)合物， 第二信使：cAMP 2、細胞漿受體 脂溶性激素，易進入細胞， 激素受體復(fù)合物，進入細胞核，開啟基因活力，使相應(yīng)基因表達，表現(xiàn)生物效應(yīng)。激素對代謝的調(diào)節(jié)（一）激素通過細胞膜受體而起作用氨基酸、肽、蛋白質(zhì)類激素1、激素與膜上的受體結(jié)合2、cAMP的生成(第二信使)3、級聯(lián)放大作用蛋白質(zhì)激素的作用機制第二信使學(xué)說激素對代謝的調(diào)節(jié) （二）激素通過細胞內(nèi)受體起作用 類固醇激素對代謝的調(diào)節(jié)不是改變酶的活性，而是通過作用于基因系統(tǒng)改變蛋白質(zhì)的合成，從而調(diào)節(jié)生物效應(yīng)。四、神經(jīng)水平的代謝調(diào)節(jié) 人及高等動物具有高度發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，這類生物的各種活動和代謝的調(diào)節(jié)機制都處于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制之下。神經(jīng)系統(tǒng)既直接影響各種酶的合成，又影響內(nèi)分泌腺分泌激素的種類和水平，所以神經(jīng)系