代謝調(diào)節(jié)代謝途徑間及細

關于代謝調(diào)節(jié)代謝途徑間及細本章內(nèi)容一、細胞代謝途徑的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡；二、酶促反應的前饋和反饋；三、細胞結構對代謝的控制；四、神經(jīng)體液的調(diào)節(jié)作用；五、基因表達的調(diào)控機制。第2頁,共39頁，2024年2月25日，星期天一、代謝途徑間的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡所有細胞都是由四類生物大分子(多糖、脂類復合物、蛋白質和核酸)、為數(shù)有限的生物小分子、無機鹽和水所組成。第3頁,共39頁，2024年2月25日，星期天生物大分子結構特點多糖——由一種或多種單糖聚合而成；蛋白質——由20種氨基酸殘基組成；核酸——RNA由4種苷酸組成、DNA——由4種脫氧核糖核苷酸組成的無分支長鏈線型分子。脂類——屬于生物小分子，但可聚集成超分子結構，因此，將脂類復合物也歸為生物大分子。第4頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（一）代謝途徑的交叉網(wǎng)絡細胞內(nèi)代謝種類多、繁雜。若各自獨立，則極其龐亂，細胞無法容納。細胞代謝：將物質或反應進行分類，納入各自的代謝途徑，以少數(shù)種類的反應（例如，氧化還原、基團轉移、水解合成、基團脫加及異構反應等）轉化為種類繁多的分子。各途徑可經(jīng)交叉點、關鍵中間代謝物相互轉化。使各代謝相互溝通，形成經(jīng)濟有效、運轉良好的代謝網(wǎng)絡通路。細胞內(nèi)具有三個最關鍵的中間代謝物：葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸和乙酰輔酶A。第5頁,共39頁，2024年2月25日，星期天

糖、脂類、蛋白質和

核酸的相互轉變1.糖代謝與蛋白質代謝的相互關系

糖代謝：糖——機體重要的碳源和能源，可生成相應的氨基酸。例如：糖→氧化分解→丙酮酸→TcA→α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、草酰乙酸。（如圖）幾種α-酮酸→氨基化→多種氨基酸。糖分解→ATP→為氨基酸和蛋白質合成供能。第6頁,共39頁，2024年2月25日，星期天糖、脂類、蛋白質和核酸代謝的相互關系示意圖

（糖分解產(chǎn)生的幾種α-酮酸與氨基酸的關系）第7頁,共39頁，2024年2月25日，星期天蛋白質代謝轉化為糖蛋白質→分解→氨基酸→糖（體內(nèi)）。某些AA→脫氨→丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、草酰乙酸→異生→葡萄糖和糖原。稱這些AA稱為生糖氨基酸。例如，甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、組氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、精氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸及脯氨酸等，此外，苯丙氨酸、酪氨酸、異亮氨酸和色氨酸也能產(chǎn)生糖。（如圖）第8頁,共39頁，2024年2月25日，星期天糖、脂類、蛋白質和核酸代謝的相互關系示意圖

(氨基酸除生糖外還可生成酮體和脂肪）第9頁,共39頁，2024年2月25日，星期天2.脂類代謝與蛋白質代謝的聯(lián)系細胞膜由類脂和蛋白質組成。脂肪→分解→能量∴稱脂肪為貯能物質脂類與蛋白質之間可以互相轉變脂類①甘油→丙酮酸→草酰乙酸、α-酮戊二酸→琥珀酰CoA→氨基化→各種氨基酸②脂肪酸→β-氧化→乙酰CoA→與草酰乙酸縮合→TcA→Asp、Glu等氨基酸。第10頁,共39頁，2024年2月25日，星期天TcA形成氨基酸需補充有機酸事實上，由乙酰輔酶A進入TcA轉化形成氨基酸需要消耗有機酸，如無補充反應將不能進行。在植物和微生物中存在乙醛酸(CHOCOO-)循環(huán)?？梢杂啥肿右阴］o酶A合成一分子琥珀酰CoA，以增加TcA中的有機酸，從而促進脂肪酸合成氨基酸。第11頁,共39頁，2024年2月25日，星期天蛋白質轉變成脂肪在動物體內(nèi)蛋白質可轉變成脂肪。生酮AA有Leu、Ile、Phe、Tyr及Try等，上列AA→代謝→乙酰乙酰CoA①→乙酰乙酸（酮體）

②→縮合→脂肪酸生糖AA→丙酮酸→甘油生糖AA→丙酮酸→氧化脫羧→乙酰輔酶A→羧化→丙二酸單酰輔酶A→脂肪酸（如圖）磷脂分子中的膽胺或膽堿，是由Ser脫羧形成。第12頁,共39頁，2024年2月25日，星期天糖、脂類、蛋白質和核酸代謝的相互關系示意圖

（生酮AA）酮體第13頁,共39頁，2024年2月25日，星期天3.糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系糖與脂類可互相轉變。主要步驟：①糖→酵解→磷酸二羥丙酮→丙酮酸磷酸二羥丙酮→還原→甘油丙酮酸→氧化脫羧→乙酰輔酶A→縮合→脂肪酸甘油+脂肪酸→脂類第14頁,共39頁，2024年2月25日，星期天②脂類→分解→甘油+脂肪酸甘油→磷酸化→α-甘油磷酸→磷酸二羥丙酮→糖異生→糖脂肪酸轉變?yōu)樘鞘怯邢薅鹊?。脂肪酸通過β—氧化，生成乙酰輔酶A。植物或微生物：乙酰輔酶A→乙醛酸循環(huán)→縮合為琥珀酸→補充TcA中的有機酸→草酰乙酸→脫羧→丙酮酸→糖。動物體內(nèi)：乙酰輔酶A→TcA→CO2+H2O，成糖機會很少同位素實驗表明：動物體內(nèi)脂肪酸→轉變成糖，需要補充TcA中的有機酸。第15頁,共39頁，2024年2月25日，星期天糖代謝受阻與動用脂肪糖尿?。禾谴x障礙，體內(nèi)依靠脂類氧化供能。因此，動用脂肪，運到肝臟氧化，結果產(chǎn)生大量酮體，必須經(jīng)血液運到其他組織，如肌肉組織，再被氧化供能。酮體為酸性，血液中酮體含量增高時，易發(fā)生酸中毒。饑餓時：體內(nèi)無糖供能，也會大量動用脂肪，易造成酮體過多。以上均可導致不同程度的脂類代謝紊亂。第16頁,共39頁，2024年2月25日，星期天4.核酸代謝與糖、脂肪及

蛋白質代謝的聯(lián)系核酸——是遺傳物質，它通過控制蛋白質合成，影響細胞的組成和代謝類型。核酸——不是重要的碳、氮源和能源。許多核苷酸——在代謝中起重要作用。例如，ATP——能量轉移和磷酸化的重要物質；UTP——參與單糖轉變和多糖合成；CTP——參與卵磷脂合成。GTP——為蛋白質合成所需的重要能量物質。此外，許多輔酶：輔酶A、煙酰胺核苷酸等，都是AMP的衍生物。第17頁,共39頁，2024年2月25日，星期天核酸的合成——受多種物質特別是蛋白質的調(diào)節(jié)和控制作用。例如：Gly、Asp、Gln參加嘌呤合成，Asp、Gln參加嘧啶環(huán)的合成。核酸的合成——除需要酶催化外，還需要多種蛋白質因子和核糖參與作用。綜上所述，糖、脂類、蛋白質和核酸在代謝中彼此影響，相互轉化密切相關。TcA不僅是共通途徑，而且也是聯(lián)系渠道。氧化磷酸化是產(chǎn)能的共通途徑。各途徑可自身控制與調(diào)節(jié)，轉化是有節(jié)制的。（如圖）第18頁,共39頁，2024年2月25日，星期天糖、脂類、蛋白質和核酸代謝的相互關系示意圖

酮體蛋白質核酸淀粉、糖原脂肪第19頁,共39頁，2024年2月25日，星期天(二）分解和合成代謝的單向性代謝途徑多為可逆過程。然而，實際上代謝過程均為單向反應。在一條代謝途徑中，某些關鍵部位的正、逆反應往往由不同酶催化。因此，稱為相對立的單向反應（或底物循環(huán)）。合成是吸能反應，通常多與ATP水解相偶聯(lián)。降解則是放能反應。這些吸、放能反應均遠離平衡點，從而保證了反應的單向進行。第20頁,共39頁，2024年2月25日，星期天正向(a)與ATP的水解相偶聯(lián)；逆向(b)多是水解反應或分解反應，∴不可逆。如果(a)和(b)均處于非控制狀態(tài)，將導致水解高能磷酸鍵的空轉。實際上由于(a)和(b)同時受細胞控制，因而它們均為代謝調(diào)節(jié)的關鍵步驟或限速步驟。第21頁,共39頁，2024年2月25日，星期天(三)ATP——能量載體綠色植物和光合細菌可利用太陽能，一般生物只能利用分解代謝所產(chǎn)生的化學能。葡萄糖因結構有序而含有較高的勢能?！嗥咸烟恰趸到狻鶦O2+H2O+自由能釋放的自由能多不被貯存，而以熱能形式散發(fā)在活細胞的分解代謝中：有機物→降解→放能→偶聯(lián)ATP合成→貯存能量→ATP將能量傳遞給需能過程。由此可見，ATP是細胞主要的能量傳遞者、載體。（如圖）第22頁,共39頁，2024年2月25日，星期天ADP由能源獲得能量→ATP傳遞給需能細胞利用第23頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（四）NADPH以還原力形式攜帶能量第二種載能方式：先形成H或e還原力，如NADPH。再以供H或e的還原力形式參與合成代謝。生物合成——是還原性反應過程。NADPH是生物合成反應的H和e供體。NADPH的作用如圖第24頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（五）代謝要點在于形成ATP、還原力

和構造單元以用于生物合成ATP來源：①底物水平磷酸化可產(chǎn)生有限的ATP．②綠色植物和光合細菌的光合磷酸化、呼吸鏈的氧化磷酸化等是ATP的主要來源。還原力的產(chǎn)生：①綠色植物→光照→電子傳遞→用于還原NADP+；②光合細菌的NADPH是由外源還原劑產(chǎn)生或分解代謝供給。（如上圖）

③NADPH主要來自戊糖磷酸途徑。此外，當乙酰輔酶A由線粒體轉移到胞漿時，伴有NADH的氧化和NADPH的生成。所產(chǎn)生的NADPH可用于脂肪酸合成。(如圖)第25頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共39頁，2024年2月25日，星期天三大營養(yǎng)物質分解的三個步驟第一步大分子→降解→小分子單元;第二步各構造單元分子→乙酰輔酶A；（在這一階段可產(chǎn)生還原力NADPH和少量ATP）第三步乙酰輔酶A→TcA→CO2+H2O+ATP每個二碳單位給出4對電子，經(jīng)氧化磷酸化產(chǎn)生大量ATP（如圖）第27頁,共39頁，2024年2月25日，星期天產(chǎn)能營養(yǎng)成分分解三個步驟

第28頁,共39頁，2024年2月25日，星期天二、酶的調(diào)節(jié)機體代謝相互聯(lián)系，錯綜復雜。必然存在精確的調(diào)節(jié)機制。代謝平衡是動態(tài)的、相對的。平衡是隨環(huán)境變化通過機體代謝過程的調(diào)節(jié)和控制達到的。生物機體正是在這種不斷地運動中才能得到發(fā)展和生存。生物體對代謝過程的調(diào)控是在生物進化中，經(jīng)自然選擇逐步建立的。第29頁,共39頁，2024年2月25日，星期天“酶水平”的調(diào)節(jié)酶的兩種功能：其一，催化生化反應，是生物催化劑；其二，調(diào)控代謝速度、方向和途徑，是新陳代謝的調(diào)節(jié)元件。酶調(diào)節(jié)的兩種方式：其一，通過變構效應和共價修飾調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶的催化活性；其二，通過影響酶合成或降解速度，改變酶分子的含量。其中，合成屬基因表達調(diào)控。這種“酶水平”的調(diào)節(jié)機制，是代謝的最關鍵的調(diào)節(jié)。第30頁,共39頁，2024年2月25日，星期天酶系統(tǒng)決定細胞代謝物反應質量作用定律表明，反應速度與反應物的摩爾濃度乘積成正比。[S]↑→正反應速度↑；反之，[P]↑→

逆反應↑。因此，代謝物濃度在一定范圍內(nèi)對代謝起調(diào)節(jié)作用。然而，這種調(diào)節(jié)是有限的。細胞代謝主要受到酶的調(diào)節(jié)，不同細胞的代謝物的反應有顯著差別，這是由細胞內(nèi)酶系統(tǒng)不同的結果。第31頁,共39頁，2024年2月25日，星期天酶促反應的前饋和反饋；能荷的調(diào)節(jié)；連鎖反應中酶的連續(xù)激活；蛋白酶對酶活性的影響；酶的共價修飾。下面介紹:第32頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（一）

酶促反應的前饋和反饋前饋：輸入對輸出的影響；反饋：輸出對輸入的影響。這兩個術語來自電子工學。前饋和反饋又可有正、負前饋和反饋之分。凡能使代謝速度加快的作用，均稱為正饋作用；反之，則稱為負作用。（如圖）第33