物質(zhì)代謝的相互關(guān)系及調(diào)節(jié)

關(guān)于物質(zhì)代謝的相互關(guān)系及調(diào)節(jié)第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

所有的生物細(xì)胞都是由糖類、脂類、蛋白質(zhì)和核酸四類生物大分子以及一些小分子、無機(jī)鹽和水所組成。在動物體的這些物質(zhì)的代謝與能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞相伴隨，構(gòu)成了一個完整的化學(xué)過程，并且存在復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制。糖、脂和蛋白質(zhì)之間代謝活動的相互關(guān)系和相互影響是物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

動物機(jī)體物質(zhì)代謝的基本要略和調(diào)節(jié)方式基本要略：?產(chǎn)生通用能量貨幣ATP?產(chǎn)生還原力NADPH?產(chǎn)生生物合成的前體分子第一節(jié)第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

調(diào)節(jié)方式：●酶的區(qū)室化●酶活性的調(diào)節(jié)●酶含量控制第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五酶的區(qū)室化導(dǎo)致許多代謝反應(yīng)，尤其是合成途徑與分解途徑常常彼此分開，相對獨(dú)立地進(jìn)行。第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的錯綜復(fù)雜的代謝過程及生理變化，主要是通過酶的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。實際上，激素的調(diào)控作用也是通過對酶的影響（酶的產(chǎn)生和酶的活性）而實現(xiàn)的。第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五酶除了具有催化功能外，還具有調(diào)節(jié)和控制各類生物化學(xué)反應(yīng)速度、方向和途徑的功能。酶水平的調(diào)節(jié)作用主要有兩種方式：一是通過激活或抑制酶的活性；二是通過影響酶的合成或降解速度，即改變細(xì)胞內(nèi)酶的含量。這種酶水平的調(diào)節(jié)作用是生物調(diào)控最重要的形式。第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五1．變構(gòu)調(diào)節(jié)作用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)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。（1）變構(gòu)酶和變構(gòu)調(diào)節(jié)作用第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五目前已知的變構(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。第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五變構(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。第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五舉例：ATCase的反饋抑制調(diào)節(jié)嘧啶的合成

天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）催化氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成N-氨甲酰天冬氨酸的反應(yīng)，這個反應(yīng)是嘧啶生物合成的第一步。第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五氨甲酰磷酸天冬氨酸三磷酸胞苷氨甲酰天冬氨酸第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

E.ColiATCase的亞基組成為C6R6，C和R分別代表其催化亞基和調(diào)節(jié)亞基。據(jù)χ射線結(jié)構(gòu)表明，ATCase的催化亞基排成兩組三聚體（C3），與三組調(diào)節(jié)亞基二聚體（R2）組成復(fù)合物。兩個具有催化活性的三聚體可與底物結(jié)合，但不能結(jié)合CTP；三個具有調(diào)節(jié)活性的二聚體，無催化活性，但能和ATP或CTP結(jié)合。第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

E.coli的ATCase的亞基排列第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五ATCase半分子（C3R3)的結(jié)構(gòu)第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五ATCase是一個典型的變構(gòu)酶。動力學(xué)研究表明，在氨甲酰磷酸飽和濃度下，ATCase初始速度對天冬氨酸作圖，對照（不加CTP和ATP）中表現(xiàn)出典型的S形曲線。加入ATP時，S形曲線性質(zhì)減弱，加入CTP時，S形曲線變得更加S形。第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五激活劑ATP優(yōu)先結(jié)合到ATCase的活化態(tài)（R態(tài)），而抑制劑CTP優(yōu)先結(jié)合到酶的非活化態(tài)（T態(tài)），不反應(yīng)的雙底物類似物N-磷酸乙酰-L-天冬氨酸（PALA）緊緊結(jié)合于R態(tài)的ATCase，但不與T態(tài)ATCase結(jié)合。在T態(tài)R態(tài)轉(zhuǎn)變中，其構(gòu)象發(fā)生變化。第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五ATCase催化鏈的別構(gòu)過渡作用第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五2.共價修飾調(diào)控某些酶分子上的基團(tuán)可以在另一種酶催化下發(fā)生共價修飾作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），從而引起酶活性的激活或抑制。這種作用稱為共價修飾作用。這類酶則稱為共價調(diào)節(jié)酶。有如下兩個特點：（1）被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無催化活性）。正反兩個方向的互變均發(fā)生共價修飾反應(yīng)，并且都將引起酶活性的變化。（2）共價修飾調(diào)節(jié)作用可以產(chǎn)生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象，所以具有信號放大效應(yīng)。例如腎上腺素引起糖原分解過程中的一系列磷酸化激活步驟，其結(jié)果將激素的信號被逐級放大了約300萬倍。第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五磷酸化酶磷酸化酶b。該酶本身無活性,當(dāng)磷酸化酶b活性中心的絲氨酸殘基被磷酸化后，即形成高活性磷酸化酶a。由磷酸化酶b轉(zhuǎn)化為活化形式a的反應(yīng),被磷酸化酶激酶所催化,而磷酸化酶a去活化（去磷酸化）則由另一種磷酸酶所催化。第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五4．酶含量的調(diào)節(jié)

酶在細(xì)胞內(nèi)的含量取決于酶的合成速度和分解速度。細(xì)胞根據(jù)自身活動需要，嚴(yán)格控制細(xì)胞內(nèi)各種酶的合理含量，從而對各種生物化學(xué)過程進(jìn)行調(diào)控。酶含量調(diào)節(jié)的化學(xué)本質(zhì)是基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。在細(xì)胞內(nèi)，所合成的酶的種類及數(shù)量是由特殊的基因信息決定的。DNA所攜帶的酶蛋白遺傳信息，需要通過轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成酶蛋白。在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄或翻譯過程都有特定的調(diào)節(jié)控制機(jī)制，其中轉(zhuǎn)錄的調(diào)控占主導(dǎo)地位。因此，基因表達(dá)的調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五誘導(dǎo)酶大腸桿菌培養(yǎng)過程中如果缺少乳糖，細(xì)胞中就不含任何可以代謝乳糖的酶。但是在培養(yǎng)基中加入乳糖后，大腸桿菌就能在幾分鐘內(nèi)合成出與乳糖水解有關(guān)的酶，使之能利用這種營養(yǎng)物質(zhì)。在此過程中，乳糖起著誘導(dǎo)物作用。由乳糖誘導(dǎo)產(chǎn)生的與乳糖水解相關(guān)的三種酶：-半乳糖苷酶，-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶，被稱為誘導(dǎo)酶。這三個酶蛋白是大腸桿菌DNA上的三個結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成的。第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)動物機(jī)體物質(zhì)代謝的相互關(guān)系1.主要物質(zhì)代謝途徑的相互關(guān)系①糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的關(guān)系②糖代謝與脂類代謝的關(guān)系③脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的關(guān)系④核酸代謝與糖、脂類和蛋白質(zhì)的關(guān)系第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五丙二酸單酰CoAb-氧化脂肪酸甘油脂肪

乙酰CoATCA葡萄糖G-6-P糖原G-1-P3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮1,3-二磷酸甘油酸PEP

丙酮酸糖酵解CO2H2O脂肪酸甘油脂肪脂肪氧化分解糖轉(zhuǎn)化為脂肪第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五乙酰CoA脂肪酸脂肪甘油線粒體脂肪轉(zhuǎn)化為糖的過程細(xì)胞質(zhì)磷酸二羥丙酮

葡萄糖丙酮酸乙酰CoA第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五氨基酸轉(zhuǎn)化為糖或脂天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸蛋氨酸纈氨酸蘇氨酸谷氨酸精氨酸組氨酸脯氨酸谷氨酰胺脂肪酸苯丙氨酸酪氨酸賴氨酸亮氨酸色氨酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA糖異生葡萄糖丙氨酸甘氨酸絲氨酸色氨酸半胱氨酸丙酮酸第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五糖轉(zhuǎn)化為氨基酸3-磷酸甘油酸葡萄糖PEP丙酮酸磷酸戊糖途徑色氨酸酪氨酸苯丙氨酸5-磷酸核糖組氨酸谷氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酰胺絲氨酸甘氨酸半胱氨酸天冬氨酸天冬酰胺賴氨酸蛋氨酸蘇氨酸異亮氨酸纈氨酸亮氨酸丙氨酸糖酵解a-酮戊二酸草酰乙酸三羧酸循環(huán)4-磷酸赤蘚糖莽草酸第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五脂肪蛋白質(zhì)脂肪酸甘油磷酸二羥丙酮乙酰CoA三羧酸循環(huán)氨基酸丙酮酸生酮氨基酸脂肪酸脂肪與蛋白質(zhì)的互變第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五核酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺核苷酸ATPGTPCTPUTP雙糖或多糖葡萄糖磷酸戊糖途徑磷酸核糖ADPGGDPGUDPG能量供體蛋白質(zhì)合成磷脂代謝輔助因子信號分子糖與核酸的互變第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五2.代謝關(guān)鍵中間產(chǎn)物的去向①葡萄糖-6-磷酸第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五②丙酮酸和乙酰CoA第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)

動物機(jī)體中主要物質(zhì)代謝途徑的調(diào)節(jié)

1.糖代謝的調(diào)節(jié)

葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖丙酮酸丙酮酸脫氫酶系乙酰CoA

TCA循環(huán)異檸檬酸脫氫酶檸檬酸合成酶α-酮戊二酸脫氫酶系糖原己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶酶糖原合成酶磷酸化酶第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五2，6-二磷酸果糖是一個極有力的PFK的變構(gòu)活化劑和FBP酶的變構(gòu)抑制劑?！?，6-二磷酸果糖的調(diào)節(jié)第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸PFKFBPase高血糖PFK-2增加[F2，6P]激活激活第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五●

丙酮酸激酶的調(diào)節(jié)第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五●

丙酮酸脫氫酶系的調(diào)節(jié)第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五丙酮酸脫氫酶系催化的反應(yīng)：

丙酮酸乙酰CoA(去向）丙酮酸脫氫酶系的調(diào)控主要從三方面進(jìn)行：

1）產(chǎn)物抑制（乙酰CoA和NADH的反饋抑制）

2）核苷酸反饋控制（GTP抑制，AMP激活）

3）磷酸化作用控制（酶磷酸化而失去功能）CO2+H2O脂肪酸第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五●

糖原合成與分解的調(diào)節(jié)第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五糖原磷酸化酶活性的調(diào)節(jié)第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五質(zhì)膜1受體糖原G-1-P蛋白激酶（有)（無）腎上腺素（有）PPPP2ba糖原磷酸化酶ATPADPP（無)（有)磷酸化酶激酶ATPADP1×1021×1041×106ATPcAMP腺苷酸環(huán)化酶（無）1×102腎上腺素激活肝糖原分解的級聯(lián)系統(tǒng)第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五2.脂肪酸代

謝的調(diào)節(jié)第48頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五3.氨基酸的降解與尿素合成的調(diào)節(jié)第49頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五尿素合成的調(diào)節(jié)1）食物中蛋白質(zhì)水平的影響高蛋白飼料使尿素合成速度加快；反之，尿素合成速度減慢。2）氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPSⅠ）的調(diào)節(jié)

CPSⅠ催化的氨甲酸磷酸生成反應(yīng)是調(diào)節(jié)尿素合成的重要步驟。乙酰谷氨酸是該酶