大學生物化學考研考研物質代謝聯(lián)系及調(diào)節(jié)

大學生物化學考研考研物質代謝聯(lián)系及調(diào)節(jié)細胞代謝及其相互聯(lián)系與調(diào)節(jié)第一部分細胞代謝網(wǎng)絡第二部分代謝調(diào)節(jié)第三部分基因表達調(diào)控練習題

細胞是生物體的結構和功能單位，細胞代謝是一切生命活動的基礎。細胞代謝包括物質代謝、能量代謝和信息代謝三個方面，生物機體的新陳代謝是一個完整統(tǒng)一的過程，并且存在復雜的調(diào)控機制。第一部分細胞代謝網(wǎng)絡及特點第一節(jié)細胞代謝的概念和內(nèi)涵第二節(jié)細胞代謝主要途徑第三節(jié)代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡第四節(jié)細胞代謝的一些特點新陳代謝的概念及內(nèi)涵

小分子大分子合成代謝（同化作用）需要能量

釋放能量分解代謝（異化作用）大分子小分子物質代謝能量代謝新陳代謝信息交換體外環(huán)境環(huán)境機體脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi

小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如乙酰CoA等）

共同中間物進入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過磷酸化儲存在ATP中。大分子降解成基本結構單位

生物氧化的三個階段NADPH生物界能量傳遞及轉化總過程太陽電子傳遞合成分解電子傳遞光合作用呼吸作用生命現(xiàn)象自養(yǎng)細胞異養(yǎng)細胞ATPADP(CH2O)+O2(CO2)+H2OATPADP（光能）（電能）（化學能）（化學能）（電能）（化學能）生物合成機械功主動運輸生物發(fā)光生物發(fā)電生物發(fā)熱二、細胞代謝主要途徑1、糖代謝主要途徑2、脂類代謝主要途徑3、蛋白質和核酸酶促降解4、氨基酸及核苷酸代謝主要途徑5、生物氧化及電子傳遞和氧化磷酸化

三、代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡1、糖代謝與脂類代謝的相互關系2、糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系3、脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系4、核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系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丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖-酮戊二酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸延胡索酸琥珀酸草酰乙酸磷脂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)-氧化糖異生TCA乙醛酸循環(huán)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）葡萄糖6-P-葡萄糖1-P-葡萄糖糖原6-P-果糖ATPADP1,6-二P-果糖PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)丙酮酸乳酸丙酮酸檸檬酸異檸檬酸-酮戊二酸琥珀酸CO2蘋果酸草酰乙酸ADPATPHCO3-蘋果酸草酰乙酸GTPGDPCO2H2OPiPi谷氨酸（轉氨基作用）天冬氨酸丙氨酸H2OPi葡萄糖分解和糖異生以及氨基酸代謝的關系

乙酰CoACO2（胞液）（線粒體）PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)丙酮酸檸檬酸異檸檬酸-酮戊二酸琥珀酸CO2蘋果酸GTP蘋果酸草酰乙酸GTPGDPCO2谷氨酸丙氨酸NADH三種AA氧化分解途徑葡萄糖乙酰CoACO2草酰乙酸丙酮酸NADHFADH2NADHATPNADH+CO2NADH糖異生作用天冬氨酸Ala/Asp/Glu氧化分解生成ATP計算

氨基酸產(chǎn)生NADH產(chǎn)生FANH2產(chǎn)生A(G)TP*兌換ATP總數(shù)Ala**41112.5Asp**

41112.5

***(或7)(或)*兌換率以一分子NADH氧化生成，一分子FADH2氧化生成計算；**

Ala/Asp/Glu在轉氨酶催化下脫氨基；***Glu在谷氨酸脫氫酶催化下氧化脫氨基。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）氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑

草酰乙酸磷酸烯醇式酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸賴氨酸色氨酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸異亮氨酸甲硫氨酸蘇氨酸纈氨酸葡萄糖檸檬酸谷氨酸生酮氨基酸生糖氨基酸核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系

核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。

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，而且需要酶和多種蛋白質因子。各類物質代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如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。四、細胞代謝的一些特點1、分解代謝和合成代謝的單向性2、ATP是通用的能量載體3、NADPH

以還原力形式攜帶能量通過NADPH循環(huán)將還原力由分解代謝轉移給生物合成反應NADPH+H+NADP+分解代謝還原性有機物還原性生物合成反應氧化物還原性生物合成產(chǎn)物氧化前體磷酸戊糖途徑的兩個階段

2、非氧化分子重排階段

6

核酮糖-5-P

5

果糖-6-P

5

葡萄糖-6-P1、氧化脫羧階段

6

G-6-P

6

葡萄糖酸-6-P

6

核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6ADPH+6H+6CO26H2O脂肪酸生物合成的反應歷程β-烯丁酰ACPCH3COCH2C0-SACP

丁酰ACPCH3CH(OH)CH2C0-SACP

CH3CH=CH2C0-SACPCH3CH2CH2C0-SACP

β-酮丁酰ACPβ-羥丁酰ACPCH3COCoACH3COACPHOOCCH3COACPHOOCCH3COCoACH3COCoACO2+ACPC2C2C2C2C2C2NADPH+H+NADP+NADP+NADPH+H+H2OCH3(CH2)14C0-SACP+CO2ACP還原酶還原酶脫水酶糖分解和糖異生途徑中相對獨立的單向反應

二磷酸果糖磷酸酯酶

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶ATP攜帶能量由能源傳遞給細胞的需能過程ATPADP+Pi太陽能化學能生物合成細胞運動膜運輸ATP供能的方式:1、水解釋放自由能2、轉移磷酸基團ATP產(chǎn)生的方式:1、底物水平磷酸化2、電子傳遞水平磷酸化第一節(jié)細胞結構對代謝途徑的分隔控制調(diào)節(jié)第二節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)第三節(jié)激素調(diào)節(jié)和跨膜信號轉導第二部分代謝調(diào)節(jié)

生物機體的新陳代謝是一個完整統(tǒng)一的過程，并且存在復雜的調(diào)節(jié)機制。生物機體的代謝調(diào)節(jié)在三個不同的水平上進行，即酶水平調(diào)節(jié)，細胞水平調(diào)節(jié)，多細胞整體水平調(diào)節(jié)（激素水平、神經(jīng)水平調(diào)節(jié)），其中酶水平是最基本的調(diào)節(jié)方式。所有這些調(diào)節(jié)機制都是在基因產(chǎn)物蛋白質（可能還有RNA）的作用下進行的，也就是說與基因表達有關。一、酶的別構效應(酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié))二、酶的共價修飾與級聯(lián)放大機制三、產(chǎn)能反應與需能反應的調(diào)節(jié)第二節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)細胞結構和酶的空間分布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

酵解磷戊糖途徑糖原合成脂肪酸合成細胞核DNA復制RNA合成和加工內(nèi)質網(wǎng)蛋白質合成磷脂合成細胞膜結構對代謝途徑的分隔控制調(diào)節(jié)控制跨膜離子濃度梯度梯度和電化梯度控制細胞和細胞器物質運輸內(nèi)膜系統(tǒng)對代謝途徑的分隔作用膜與酶的可逆結合酶活性的前饋和反饋調(diào)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(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)可能是正調(diào)控，也可能是負調(diào)控，其調(diào)節(jié)機理是通過酶的變構效應來實現(xiàn)的。S0SnS2S1E0E1En-1或+—或+—反饋前饋反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機制代謝物別構中心活性中心6-磷酸葡萄糖對糖原合成的前饋激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原合成酶ATPADP

UTPUDPG

脂肪酸合成的調(diào)節(jié)乙酰-CoA丙二酸單酰-CoA軟脂酸-CoA丙酮酸檸檬酸胰高血糖素、腎上腺素（引發(fā)磷酸化/活化）檸檬酸裂解酶丙酮酸脫氫酶復合體胰島素（引發(fā)磷酸化/活化）乙酰-CoA羧化酶氨基酸合成的反饋調(diào)控反硝化作用氧化亞氮氨甲酰磷酸分支酸脫氧庚酮糖酸-7-磷酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸赤蘚糖-4-磷酸脫氫奎尼酸莽草酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸+預苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛高絲氨酸氨基苯甲酸酶的共價修飾

某些酶可以通過其它酶對其多肽鏈上某些基團進行可逆的共價修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性。這類酶稱為共價修飾酶。目前發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種酶被翻譯后都要進行共價修飾，其中一部分處于分支代謝途徑，成為對代謝流量起調(diào)節(jié)作用的關鍵酶或限速酶。

由于這種調(diào)節(jié)的生理意義廣泛，反應靈敏，節(jié)約能量，機制多樣，在體內(nèi)顯得十分靈活，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導致級聯(lián)放大反應，所以日益引人注目。AP1GEDCBHEa-bEc-dEc-g關鍵酶（限速酶）P2

目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙?；?，腺苷酰化/去腺苷?；?，尿苷酰化/去尿苷?；?，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。激酶ATPADP磷酸化酶b（無活性）磷酸化酶aP（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：蛋白質磷酸化和脫磷酸化共價修飾方式

酶的共價修飾及級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖意義：由于酶的共價修飾反應是酶促反應，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效應。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶(無活性)腺苷酸環(huán)化酶(活性)2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶(無活性)蛋白激酶(活性)4、磷酸化酶激酶(無活性)磷酸化酶激酶(活性)5、磷酸化酶b(無活性)磷酸化酶a(活性)6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液ATPADPATPADP腎上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖456糖原合成酶和糖原磷酸化酶的調(diào)控

糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需要由一系列的調(diào)控機制進行調(diào)控，其限速酶分別為糖原磷酸化酶和糖原合成酶。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共價修飾的調(diào)節(jié)及變構效應的調(diào)節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。糖原合成酶a(有活性)糖原磷酸化酶b(無活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶b(無活性)糖原磷酸化酶a(有活性)PP磷酸激酶磷酸酯酶糖異生作用與糖酵解的協(xié)同調(diào)節(jié)

糖原(或淀粉)葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸6-磷酸果糖果糖-1，6-二磷酸3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖

磷酸果糖激酶I丙酮酸激酶己糖激酶F-2,6-BP+丙酮酸羧化酶2草酰乙酸PEP羧激酶果糖-1,6-二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶

糖異生作用與糖酵解是兩條相反的途徑，為了避免能量的浪費和途徑之間的相互干擾,總是一條途徑開放而另外一條途徑關閉。兩條途徑的協(xié)同調(diào)控是通過糖酵解反應歷程中三個部位的調(diào)控來實現(xiàn)的。2，6-二磷酸果糖合成和降解的調(diào)控

磷酸果糖激酶II（去磷酸化后的酶）F-6-P低血糖果糖二磷酸酶II(磷酸化后的酶)P+—F-2,6-BPATPADPH2OPiATPADPPiH2O激酶磷酸酯酶乙酰-CoA羧化酶活性的磷酸化調(diào)節(jié)

Pi乙酰-CoA羧化酶單體乙酰-CoA羧化酶多聚體（無活性）（有活性）蛋白質磷酸酶cAMP—依賴蛋白質激酶

ATP

ADPP細胞能量狀態(tài)指標

能荷=—————————

[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP][ATP][ATP][ADP]ATP系統(tǒng)質量作用比=[NAD(P)H][NAD(P)+]氧化型和還原型脫氫酶輔酶濃度比：檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)CoASH檸檬酸順烏頭酸－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸蘋果酸草酰乙酸1、底物的可用性調(diào)節(jié)乙酰CoA

草酰乙酸

２、關鍵酶活性調(diào)節(jié)檸檬酸合成酶異檸檬酸脫氫酶－酮戊二酸脫氫酶ADP+NADHATP-琥珀酰CoANADH-檸檬酸NADH

ATP-異檸檬酸糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)丙酮酸

G細胞液檸檬酸乙酰CoA檸檬酸草酰乙酸-酮戊二酸乙酰CoA丙酮酸線粒體

G-6-P

F-6-P

磷酸果糖激酶

PEPADP+PiATPADP+PiATP

NADH

O2ATPADP+PiAMP+ATP2ADPPiPiPEP羧激酶+++---++----

己糖激酶

丙酮酸脫氫酶

檸檬酸合成酶-酮戊二酸脫氫酶第三節(jié)激素調(diào)節(jié)和跨膜信號轉導一、可溶性激素作用模式二、脂溶性激素作用模式甾醇類激素作用原理示意圖肽類激素通過cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖

ATP

cAMP+PPi內(nèi)在蛋白質的磷酸化作用改變細胞的生理過程細胞膜細胞膜cR蛋白激酶（無活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）受體環(huán)化酶激素G蛋白第二信使cAMP激活蛋白激酶的作用機理

激素對脂代謝的調(diào)節(jié)甘油三脂脂肪動員激素（腎上腺素、生長激素等）受體修飾受體腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（有活性）ATPcAMP蛋白質激酶（無活性）蛋白質激酶（有活性）激素敏感性脂酶（無活性）激素敏感性脂酶（有活性）脂肪酸+甘油（第一信使）（第二信使）一、基因表達轉錄調(diào)節(jié)的原理二、原核基因表達調(diào)控的操縱子模型第三節(jié)基因表達的調(diào)控

蛋白質參與并控制細胞的一切代謝活動，而決定蛋白質結構和時序的信息編碼在核酸分子中表現(xiàn)為特定的核苷酸序列，基因表達即是遺傳信息的轉錄核翻譯過程。生物在生長發(fā)育的過程中，遺傳信息的展現(xiàn)可能按一定時間程序發(fā)生改變（時序調(diào)節(jié)),而且隨著內(nèi)外環(huán)境的條件的變換加以調(diào)節(jié)（適應調(diào)節(jié)）；也可以在不同水平上進行調(diào)節(jié)（多水平調(diào)節(jié)）。基因表達多水平調(diào)控DNA轉錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質前體mRNA降解物活性蛋白質轉錄水平調(diào)節(jié)轉錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核細胞質基因表達調(diào)控的七個水平

轉錄水平調(diào)節(jié)

轉錄后加工的調(diào)節(jié)

翻譯水平調(diào)節(jié)

mRNA降解調(diào)節(jié)

翻譯后加工的調(diào)節(jié)

蛋白質降解調(diào)節(jié)

蛋白質投遞和降解調(diào)節(jié)蛋白質降解調(diào)節(jié)蛋白質投遞和降解調(diào)節(jié)最有效的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)原核基因表達的協(xié)同單位—操縱子操縱子結構基因（編碼蛋白質，S）控制部位操縱基因（operator,O）啟動子（premotor,P）乳糖(Lac)操縱子模型

阿拉伯糖操縱子模型色氨酸操縱子模型原核生物基因表達的遺傳機制—操縱子學說

操縱子

激活子結合位點阻遏子結合位點幾個基因以一個轉錄單位轉錄結構基因啟動子ABC操縱基因調(diào)節(jié)順序

細菌相關功能的結構基因常連在一起，形成一個基因簇，它們編碼同一個代謝途徑中的不同的酶，也包括與該代謝途徑相關功能的基因，例如編碼透過酶的基因。一個基因簇受到同一的調(diào)控，一開俱開，一閉俱閉，這樣形成的一個包括啟動子、操縱基因和結構基因的被調(diào)控的單位，被稱為操縱子。酶的誘導和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導劑A.有活性阻遏蛋白D.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動基因調(diào)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mRNAC.無活性阻遏蛋白阻遏蛋白不能跟操縱基因結合,結構基因