物質代謝的相互聯(lián)系和調節(jié)

物質代謝的相互聯(lián)系和調節(jié)控制

總的來說，核酸、蛋白質、糖、脂肪等物質在代謝過程中是彼此影響、相互聯(lián)系和轉化的。三羧酸循環(huán)是各類物質代謝的“總樞紐”，通過它將各類物質代謝相互溝通，緊密聯(lián)系在一起。各類代謝中任何一種物質代謝異常，都必然會影響其它物質的代謝。一、物質代謝的相互聯(lián)系（一）、糖代謝與脂類代謝的相互關系（二）、糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系（三）、脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系（四）、核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系（一）糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系

糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解從頭合成脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循環(huán)-氧化糖異生TCA脂肪代謝和糖代謝的關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（二）糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白質

NH3蛋白質氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）（胞液）（線粒體）（PEP）丙酮酸天冬氨酸谷氨酸（轉氨基作用）糖的代謝和蛋白質代謝的關系（三）脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(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蛋白質氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）（四）核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系

核酸是細胞內(nèi)重要的遺傳物質，控制著蛋白質的合成，影響細胞的成分和代謝類型;

核酸生物合成需要糖和蛋白質的代謝中間產(chǎn)物參加，需要酶和多種蛋白質因子;核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。

各類物質代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸(ATP是能量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質合成與糖異生作用);糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸

甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖（一）、代謝調節(jié)的概念（二）、細胞區(qū)域化調節(jié)（四）、激素調節(jié)二、代謝調節(jié)（三）、酶水平的調節(jié)概念：生物機體對自身的代謝過程、各代謝過程的相互關系以及對環(huán)境的適應而進行的自我調節(jié)機制，就是代謝調節(jié)。（一）代謝調節(jié)

生命是靠代謝的正常運轉維持的。生命有限的空間內(nèi)同時有那麼多復雜的代謝途徑在運轉，必須有靈巧而嚴密的調節(jié)機制，才能使代謝適應外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調節(jié)失靈便會導致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進化歷程中，機體的結構、代謝和生理功能越來越復雜，代謝調節(jié)機制也隨之更為復雜。代謝調節(jié)的四級水平：

酶水平調節(jié)激素水平調節(jié)神經(jīng)水平調節(jié)多細胞整體水平調節(jié)（二）酶定位的區(qū)域化線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化細胞質:酵解;磷酸戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細胞核:核酸合成內(nèi)質網(wǎng):蛋白質合成;磷脂合成原核生物酶合成調節(jié)的遺傳機制

——操縱子學說（三）通過控制酶的生物合成調節(jié)代謝

(酶含量的調節(jié))

操縱子(operon)發(fā)現(xiàn)：1940年Monod：細菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長時，細菌優(yōu)先使用葡萄糖，當葡萄糖耗盡，細菌才利用乳糖繁殖增長；在糖源轉變期，細菌的生長會出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生“二次生長曲線”。1961年,法國人F.Jacob&J.Monod提出乳糖操縱子（lac

operon）學說。獲1965年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。FrancisJacob

JacquesMonod

一、原核生物酶合成調節(jié)的遺傳機制－操縱子學說操縱子學說：一個操縱子就是DNA分子中在結構上緊密連鎖、在信息傳遞中起作用而協(xié)調表達的遺傳結構。也就是能夠決定一個獨立生化功能的相關基因表達的調節(jié)單位。操縱子（operon）——在轉錄水平上控制基因表達的協(xié)同單位操縱子結構基因（編碼蛋白質，structural,S）控制位點操縱基因（operator,O）啟動子（promotor,P）

POS操縱子啟動基因操縱基因結構基因調節(jié)基因RNA聚合酶結合區(qū)域編碼阻遏蛋白結合阻遏蛋白區(qū)域編碼蛋白質結構基因（structuralgenes）：編碼蛋白質或RNA的任何基因。調節(jié)基因（regulatorgenes）：參與其他基因表達調控的RNA或蛋白質的編碼基因。啟動子

(promoter,P)：能被RNA聚合酶識別、結合并啟動基因轉錄的一段DNA序列。終止子（terminator，T）：給予RNA聚合酶轉錄終止信號的DNA序列。調節(jié)基因阻遏蛋白誘導物阻遏蛋白不能阻擋操縱基因基因表達（無活性）（有活性）2.酶合成的誘導機理－－－

參與分解代謝反應的的酶酶的誘導操縱子模型B.有誘導物A.無誘導物操縱基因啟動基因調節(jié)基因結構基因

阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結構基因不表達誘導物誘導物與阻遏蛋白結合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結構基因可以表達酶蛋白mRNA情況1：無乳糖存在可誘導的乳糖操縱子（lac）模型情況2：有乳糖存在β－半乳糖苷酶β－半乳糖苷透性酶β－半乳糖苷乙酰轉移酶可誘導的乳糖操縱子（lac）模型調節(jié)基因阻遏蛋白阻遏物阻遏蛋白阻擋操縱基因基因不表達（無活性）（有活性）3.酶合成的阻遏機理－－－

參與合成代謝的酶酶的阻遏操縱子模型A.無代謝產(chǎn)物B.有代謝產(chǎn)物（色氨酸）阻遏蛋白不能跟操縱基因結合,結構基因可以表達阻遏蛋白(無活性)酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結構基因不表達代謝產(chǎn)物ABCDEopLatrpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA如：E.coli

色氨酸操縱子模型可阻遏的色氨酸操縱子(Trp)模型情況1：缺乏色氨酸時情況2：色氨酸充足時無活性的阻遏蛋白

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節(jié)。衰減子是DNA中可導致轉錄過早終止的一段核苷酸序列。大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用的可能機制111232233444核糖體核糖體轉錄繼續(xù)轉錄終止C.高濃度色氨酸使核糖體到達2部位，3與4堿基配對，轉錄終止。A.游離mRNA中1與2以及3與4堿基配對。B.低濃度色氨酸使核糖體停留在1部位，轉錄得以完成。Trp密碼子4.分解代謝產(chǎn)物的阻遏－－－葡萄糖效應何謂葡萄糖效應？有些酶，特別是參與分解代謝的酶，當細胞在容易利用的碳源（如葡萄糖）上生長時，其合成受到阻遏，這種現(xiàn)象叫－－（glucoseeffect）乳

糖

操

縱

子

的

負

調

控調節(jié)基因操縱基因乳糖結構基因PLacZLacYLacAmRNA

阻遏蛋白（有活性）基

因

關

閉啟動子ORPLacZLacYLacA調節(jié)基因操縱基因乳糖結構基因啟動子ORmRNAZmRNAYmRNAa

阻遏蛋白（無活性）

基

因

表達mRNAA、乳糖操縱子的結構

B、乳糖酶的誘導

乳糖

阻遏蛋白（有活性）乳糖操縱子的正調控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基

因

表達CAP基因結構基因TCAPOCAP結合部位TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)√CAP對乳糖操縱子的啟動子的正調控作用

細菌中的cAMP含量與葡萄糖的分解代謝有關：

cAMP的濃度能影響到β-半乳糖苷酶的合成速率。

cAMP：由腺苷環(huán)化酶（adenylate

cyclase）催化合成。由磷酸二酯酶催化分解。1、酶原激活2、酶的別構效應

酶活性的前饋和反饋調節(jié)3、酶的共價修飾與級聯(lián)放大機制（四）通過控制酶活性調節(jié)代謝（酶活性調節(jié)）4、輔因子對已有酶活性的調節(jié)1、酶原激活（前面酶章）

2、酶活性的前饋和反饋調節(jié)

前饋（feedforward

）和反饋（feedback）是來自電子工程學的術語，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)物對代謝過程的調節(jié)作用。這種調節(jié)作用是通過酶的變構效應來實現(xiàn)的。

由代謝終產(chǎn)物作為變構劑來抑制在此產(chǎn)物合成過程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱為反饋抑制。這是一種負反饋機制，多數(shù)情況下控制合成代謝。類型：順序反饋抑制

協(xié)同反饋抑制

累積反饋抑制

同工酶反饋抑制（1）反饋抑制1）順序反饋抑制示意圖ABGFJDCH---E1E3E2芳香族氨基酸合成的順序反饋調節(jié)2）協(xié)同調節(jié)示意圖ABGFJDCH-E1E3E2---賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調節(jié)同工酶反饋抑制示意圖ABGFJDCH----E1E2E3E4幾種氨基酸的同工酶反饋調節(jié)幾個終產(chǎn)物中的任何一個過多，都會達到抑制作用，但要達到最大抑制效果，必須同時過多。累積反饋抑制示意圖谷氨酰氨合成酶的累積反饋抑制（2）、前饋激活和反饋激活示意圖ABCDFAB

?

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GCDEE+++例1:糖代謝途徑中丙酮酸積累激活丙酮酸羧化酶，例2：乙酰CoA的積累激活PEP羧化酶酶

的

反

饋

激

活葡萄糖草酰乙酸丙酮酸羧化酶乙酰CoA活化磷酸烯醇式丙酮酸擰檬酸-酮戊二酸1，6-二磷酸果糖（3）反饋調節(jié)中酶活性調節(jié)的機制代謝物別構中心活性中心

酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價結合或脫去，引起酶分子構象的改變，使其活性得到調節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾（Covalentmoldification

）。磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷?；蜍挣；?去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。3、共價修飾酶共價修飾方式酶活力的變化糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b激酶果糖磷酸化酶酪氨酸羥化酶RNA聚合酶糖原合成酶丙酮酸脫氫酶乙酰輔酶A羧化酶谷氨酰胺合成酶磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化腺苷酸化/脫腺苷酸化激活/抑制激活/抑制激活/抑制激活/抑制激活/抑制抑制/激活抑制/激活抑制/激活抑制/激活激酶ATPADP磷酸化酶（無活性）磷酸化酶P（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價修飾12ATP12PPi12ADP12