第十二章 代谢间的联系与调控 下一页 一、物质代谢间的相互联系 二、细胞水平的代谢调节 三、激素水平的代谢调节 四、神经水平的代谢调节 五、代谢调控在工业上的实践意义 一 物质代谢的相互联系 （一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系 糖可以在生物体内变成脂肪。 脂肪不能大量转变为糖，除了油料作 物种子。 糖 脂 脂肪代谢和糖代谢的关系 延胡索酸 琥珀酸 苹果酸 草酰乙酸 3-磷酸甘油 三羧酸 循环 乙醛酸 循环 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 磷酸二羟丙酮 磷酸烯醇丙酮酸 丙酮酸 合 成 植物或微 生物 节首 （二）糖代谢与蛋白质代谢的关系 糖可以转变为非必需氨基酸。 蛋白质可以转变为糖。 糖 蛋白质 糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：如糖分 解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生 酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换 作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的 能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。 蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。 如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经糖原异生 作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。 节首 糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 糖 -酮酸 氨基酸 蛋白质 NH3 蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖 （生糖氨基酸） 节首 （三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系 由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。 蛋白质间接地转变为脂肪。 脂 蛋白质 脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系 脂肪 甘油磷酸二羟丙酮 脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白质 蛋白质氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪 （生酮氨基酸） 节首 (四)三大基础物质代谢的相互关系： 相互转变、相互制约、殊途同归。 n相互转变：指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢 中间产物丙酮酸、乙酰辅酶A、-酮戊二酸等相互联系 起来，可以相互转变。 n相互制约：指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由 糖类的代谢强度决定。当糖类供应充足时，糖类在体内 大量氧化分解供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一 定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分解供能，蛋 白质也有供能作用。 正常情况下，蛋白质的代谢主要用于蛋白质的不 断自我更新，只有当机体能源物质糖类、脂类严 重消耗时，蛋白质才表现为大量分解供能。 n殊途同归：三大物质代谢分解途径虽不相同，但 彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到TCA循环中 ，所以TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解 氧化的一条共同途径。 TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质三大物质的共 同通路： n(1)、三羧酸循环是乙酰辅酶A最终氧化生成CO2和H2O 的途径。 n(2)、糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化。 n(3)、脂肪分解产生的甘油可通过糖有氧氧化进 入三羧酸循氧化，脂肪酸经氧化产生乙酰辅 酶A可进入三羧酸环氧化。 n(4)、蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨后碳骨架 可进入三羧循环，同时，三羧酸循环的中间产物 可作为氨基酸的碳骨架接受NH3后合成非必需氨 基酸。所以，三羧酸循环是三大物质代谢共同通 路 (五)核酸 糖、脂和蛋白质 代谢网络 二、细胞水平的调节 n代谢途径的区域化 n酶活性的调节 n酶量的调节 （一）代谢途径的区域化 n概念：代谢途径的有关酶类，常常组成酶 系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构 中，使不同代谢途径在不同细胞内进行 n区域化的意义：区域化的存在显著影响真 核细胞的代谢情况，有利于代谢的调节。 n例如：脂肪酸的分解与合成 节首 活细胞是一个微小的化学工业园 在极其微小的空间内发生着 数千种生物化学反应 细胞不是一个装满了各种酶 和底物的口袋 细胞复杂的结构特别是膜的 结构固定了各代谢反应的空 间和时间，使它们高度有序 并可以被控制和调节。 酶或酶系所在区域酶或酶系所在区域 糖酵解酶系 TCA酶系 磷酸戊糖途径酶 系 脂肪酸氧化酶系 脂肪酸合成酶系 尿素合成酶系 胞浆 线粒体 胞浆 线粒体 胞浆 线粒体和胞 浆 蛋白质合成酶 系 DNA聚合酶 RNA聚合酶 水解酶类 粗面内质 网 细胞核 细胞核 溶酶体 真核细胞内某些酶的区域化分布 节首 （二）酶活性的调节 n酶原激活 n酶的非共价修饰调节 n酶的共价修饰调节 节首 酶原的活化 酶的非共价修饰调节 n别构调节：小分子效应物非共价结合于酶 的调节部位，从而改变酶的活性的现象。 n别构效应有别构激活（正协同效应）和别 构抑制（负协同效应） n别构激活剂与别构抑制剂： 代谢底物往往是别构激活剂，代谢产物往 往是别构抑制剂 n某些重要代谢过程中的调节酶及其效应物 节首 反馈调节 n前馈代谢底物浓度的的调节 n反馈终产物的调节作用 反馈与前馈 反馈与前馈 反馈抑制的方式 n1)线性反馈:反馈抑制的基本方式 n2)分支代谢反馈:原核生物中重要调控方式 特点:每一个分支途径的终产物常常控制分支后的第 一个酶,同时每一个终产物又对整个途径的第一个 酶有部分抑制作用. 分支反馈调节几种类型(P251) n(1)多价反馈抑制 n(2)协同反馈抑制 n(3)累积反馈抑制 n(4)合作反馈抑制 n(5)顺序反馈抑制 反馈调节的机制 n1)变构酶调节-反馈的普遍机制 n2)同工酶调节-对环境及代谢变化的一 种适应机制 n3)多功能酶调节-更灵活的调节机制 酶活力的共价修饰调节 n定义：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分子上以 共价结合的方式接上或脱去某种特殊的化学基团， 从而引起酶活力改变的过程 n类型：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷 酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化 /去甲基化，氧化（S-S）/还原(2SH) n举例：糖原磷酸化酶 n意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是级联放大的 最终阶段。（特别是激素调节） 节首 磷酸化酶的共价修饰调节 节首 共价修饰与级联放大 节首 （三）酶量的调节 n1、酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物） n酶生物合成的诱导:某些物质(诱导物)能促进 细胞内酶的生物合成. n酶生物合成的阻遏:某些代谢产物能阻止细胞 内某种酶的生物合成. n操纵子学说： n2、酶的降解 n酶降解速度的增加也使酶的含量减少. n： 节首 操纵子概念 n在DNA分子的不同区域分布着一个调节基 因和一个操纵子，一个操纵子包括一个 操纵基因，一群功能相关的结构基因， 以及在调节基因和操纵基因之间专管转 录起始的启动基因。 操纵子类型 n1、诱导型操纵子 n乳糖操纵子 n2、阻遏型操纵子 n色氨酸操纵子 节首 乳糖操纵子的认识 1.包括三个结构基因z、y、a，呈多顺反子结构 2.操纵基因o是阻遏蛋白的结合位点，当阻遏蛋白与操 纵基因结合时，lac mRNA的转录受阻 3.调节基因i编码阻遏蛋白与o基因结合 4.启动基因P位于I与o之间，其上游还有一个CAP(降解 物基因活化蛋白,由CAP基因编码)结合位点，由p、o 和CAP结合位点共同调节lac操纵子的调控区 ayzopi 结构基因控制位点调节基因 乳糖操纵子模型 ayzopio CAP与cAMP形成复合物，结 合在lac operon的启动基因上， 促进转录的进行。 cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。 启 操 乳 糖 操 纵 子 的 负 调 控 调节 基因 操纵 基因 乳糖结构基因 P LacZLacYLaca mRNA 阻遏蛋白 （有活性） 基 因 关 闭 启 动 子 O R PLacZLacYLacA 调节 基因 操纵 基因 乳糖结构基因 启 动 子 O R mRNAZmRNAYmRNAA 阻遏蛋白 （无活性） 基 因 表 达 mRNA A、乳糖操纵子的结构 B、乳糖酶的诱导 乳糖 阻遏蛋白 （有活性） 节首 乳糖操纵子的正调控 RLacZLacYLacA mRNA mRNAZmRNAYmRNAA 基 因 表 达 CAP 基因 结构基因 T CAP O CAP结 合部位 RNA 聚合酶 T cAMP - CAP P 葡萄糖 分解代 谢产物 腺苷酸 环化酶 磷酸二 酯酶 ATP cAMP 5-AMP 抑制 激活 葡萄糖降解物与cAMP的关系 cAMP CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein） 降低cAMP浓度 使CAP呈失活状态 节首 cAMP对转录的调控 无葡萄糖：cAMP (促进转录） 有葡萄糖：cAMP (不促进转录） cAMP cAMP CAP蛋白 cAMP CAP 复合物 正调控 ABCDEopLa trpR trpPtrpO trpE trpD trpC trpB trpA E. coli 色氨酸操纵子模型 Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰 减调节。 真核生物基因表达的调控 n为多级调控方式：转录前水平调控 、转录水平上的调控、转录后水平 的调控、翻译水平调控、翻译后水 平调控。 三.激素水平的代谢调节 n1)激素的概念: n2)激素的分类: n3)激素受体 n4)激素对代谢的调节 激素 n什么是激素？ n激素是生物体内特定细胞产生的的对某些 靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。 n在机体的代谢过程或生理过程起调控作用. n1，含量少；在生物体某特定组织细胞产生 ； n2，通过体液的运动被输送到其他组织中发 挥作用； n3，作用很大，效率高，在新陈代谢中起调 节控制作用。 n在医疗上，激素也是一类重要药物。 激素具有以下几个特点： 激素的分类 n在生物激素中，动物激素最为重要。植物激素 主要为植物生长调节剂。 n根据激素的化学结构和调控功能，一般可以分 为三类 n（1）含氮激素。包括蛋白质激素、多肽激素 、氨基酸衍生物激素等。 n（2）类固醇激素。性腺和肾上腺皮质分泌的 激素大多数是类固醇激素。 n（3）脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系统及 其它组织分泌产生。 激素受体 n分类： n1、细胞膜受体： n水溶性激素， n激素受体复合物， n第二信使：cAMP n2、细胞浆受体 n脂溶性激素，易进入细胞， n激素受体复合物，进入细胞核，开启基因活 力，使相应基因表达，表现生物效应。 节首 激素对代谢的调节 n（一）激素通过细胞膜受体而起作用 氨基酸、肽、蛋白质类激素 n1、激素与膜上的受体结合 n2、cAMP的生成(第二信使) n3.级联放大作用 节首 蛋白质激素的作用机制 第二信使学说 激素对代谢的调节 n（二）激素通过细胞内受体起作用 n 类固醇激素对代谢的调节不是改变酶 的活性，而是通过作用于基因系统改变 蛋白质的合成，从而调节生物效应。 节首 节首 四、神经水平的代谢调节 n人及高等动物具有高度发达的神经系统 ，这类生物的各种活动和代谢的调节机 制都处于中枢神经系统的控制之下。神 经系统既直接影响各种酶的合成，又影 响内分泌腺分泌激素的种类和水平，所 以神经系统的调节具有整体性特点。 n神经系统对生命活动的调控在很大程度 上是通过调节激素的分泌来实现的。 五 代谢调控在工业上的实践意义 1.酶活性调节在工业上的应用 1)降低终产物浓度 2)利用抗代谢产物类似物关键酶的脱敏作用 3)增大细胞膜通透性使代谢产物易于转运到胞外 4)控制发酵条件使产品定向生成 2.酶合成在工业上的应用 1)筛选调控基因突变的突变株解除阻遏作用 2)增加遗传学的数量和种类提高基因表达能力 作业 1.为什么TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质三 大物