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1、第10章、代谢调节 n近几年的网络化进步都带来了哪些便利？ n联系密切、资源共享 n音乐网、文学网、化学网、环保网、人际关 系网 集团优势的充分体现 n几亿年前生物小小的细胞内就已经进化出了 网络化行为代谢网络 第一节、物质代谢的相互关系 (一). 糖代谢与脂肪代谢的相互关系 1、糖可以在生物体内变成脂肪。 2、脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。 脂 肪 -甘油磷酸磷酸二羟丙酮糖 脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸草酰乙酸 丙酮酸 -氧化 乙醛酸 循环 TCA循环 CO2+H2O 磷酸二羟丙酮 丙酮酸 甘油 乙酰辅酶A脂肪酸 脂肪 糖 一、代谢途径交叉形成网络 (二). 糖代谢与蛋白质代谢的关系 n
2、 TCA循环-酮酸 Aa n 各种AaOAA PEP 糖异生 羧激酶 氨基化 糖 蛋白质 蛋白质 糖 糖代谢 碳源 蛋白质的合成； 糖分解 能量 Aa和蛋白质的合成; 蛋白质 Aa 糖异生作用 糖。 TCA (三). 脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系 1、由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的， 实际上仅限于Glu。 2、蛋白质间接地转变为脂肪。 草酰乙酸 酮戊二酸 氨基酸 丙酮酸 甘油 脂肪酸 乙酰辅酶A -氧化 TCA循环 草酰乙酸 酮戊二酸 苹果酸 琥珀酸 乙醛酸循环 氨基酸 脂肪 蛋 白 质 甘油 生酮氨基酸 生糖氨基酸 乙酰乙酸脂肪酸 丙酮酸 乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A （四）核酸代谢与糖、
3、蛋白质、脂肪代谢的关系 ATP：能量和磷酸基团的供应 UTP：单糖的转变和多糖的合成 CTP：参与卵磷脂的合成 GTP：给蛋白质合成提供能量 核酸核苷酸 AMP：辅酶A, NAD(P+), FAD 核苷酸的合成: Gly、Asp、Gln、甲酸和氨；酶和蛋 白因子 核酸的合成: 酶和多种蛋白因子 二、分解代谢与合成代谢的单向性 n相对立的单向反应（opposing unidirectional reaction）：指在一条代谢途径中，某些关键部位的正 向反应和逆向反应是由两种不同酶所催化。 n举例： 1）糖代谢 G + ATP G-6-P + ADP 己糖激酶 G-6-P + ADP G + P
4、i 6-磷酸葡萄糖酶 2）脂肪酸代谢 乙酸 + ATP + CoA 乙酰CoA + AMP + PPi 硫激酶 乙酰CoA + H2O 乙酸 + CoA 硫酯酶 三、ATP是通用的能量载体 n绿色植物和光合细菌通过光合作用获得太阳能； n其他生物利用有机物的分解代谢获得能量：有机 物氧化分解 释放能量 ATP 需能反应 四、NADPH以还原力形式携带能量 nNADPH是生物合成过程中的良好还原剂； nPPP途径、线粒体乙酰CoA的输出 NADPH n代谢的要略在于形成ATP、还原力和构造单元以用 于生物合成； n大分子构造单元（G、Aa、甘油、脂肪酸）; n各种构造单元乙酰CoA + NADP
5、H + ATP; n乙酰CoA TCA循环CO2 + H2O + ATP 提问：代谢形成网络有什么益处？ n资源共享 n在满足需要的前提下，互通有无，最大限 度的减少酶、代谢途径及中间产物的数量 酶 水 平 调节 细胞水平调节 激素水平调节 神经水平调节 复 杂 程 度 单细胞 生物 植物 动物 第二节、代谢调节 多细胞整体水平调节 一、细胞水平的调节 以酶区域化分布为基础的调节 细胞内膜系统的区隔化作用 酶 定 位 的 区 域 化 线粒体:丙酮酸氧化 ;TCA;脂肪酸-氧化; 脂肪酸碳链的延长； 呼吸链;氧化磷酸化 细胞质:酵解;磷 酸戊糖途径;脂 肪酸从头合成； 糖原分解与合成 细胞核:
6、核酸合成 内质网核糖体: 蛋白质合成; 此外，植物细胞中:乙醛酸体乙醛酸循环 细胞的区域化有三个方面的作用 使不同的代谢途径分别在不同的区域内 进行，不至于相互干扰。 将酶、辅酶和底物在细胞器内高度浓缩 ，使代谢反应以正常的速度进行。 细胞的区域化为酶水平调节创造了有利 的条件 二、酶 水 平 调 节 酶活性的调节 酶含量的调节 酶的定位调节 （一）、酶活性的调节(微调或细调) 1. 酶原激活 2. 2. 酶的变构调节酶的变构调节反馈与前馈作用反馈与前馈作用 3. 3. 酶的共价修饰和级联放大系统酶的共价修饰和级联放大系统 4. 辅因子的调节 当细胞已合成一定量的某种酶时，可以以其活 性进行调
7、节，这是一种比较灵敏的调节，有时 候称为“微调” 酶原：酶的无活性前体。 酶原激活：某些酶先以无活性的酶原形式合 成或分泌，然后在到达作用部位时由其它酶 作用，使其失去部分肽段从而形成或暴露活 性中心、形成有活性酶分子的过程。 酶原激活的生理意义：保证某些酶只在需要 时发挥作用，而不会对机体产生不利影响。 1、酶原激活 胰蛋白酶原的激活与功能 胰蛋白酶：水解Arg Lys羧基形成的肽键 2、酶的变构调节（非共价调节） 变构酶：活性中心 (结合部位和催化部位)和 变构中心（调节部位）。 变构调节：变构酶的调节部位能与某些效应 物进行特异的非共价结合，使酶分子构象发生 改变，影响酶的催化活性，从而
8、控制代谢反应 ，这种调节方式称变构调节。 效应物 激素、底物、产物 有关辅酶及核苷酸 n别构酶通常是寡聚酶； n活性中心 + 别构中心； n别构中心与效应物的结合将导致酶活性中 心构象发生轻微变化而影响酶的功能； n别构效应有别构激活和别构抑制两种； n代谢底物经常是别构酶的别构激活剂，而 代谢产物经常是别构抑制剂； 别构酶的特点： 酶促反应的前馈和反馈 ： 最常见的变构调节： 前馈作用（feedforward）：代谢途径中前 面的底物对其后某一催化反应的调节酶有作用 。 丙二酸单酰CoA+ADP+ Pi 乙酰CoA羧化酶 前馈抑制 乙酰CoA+CO2 + H2O + ATP 丙酮酸 丙酮酸激
9、酶 前馈激活 G G-6-P F-6-P FDP PEP 前馈激活底物对后面的酶起激活作用。 前馈抑制底物对后面的酶起抑制作用 反馈调节（feedback）某一代谢途径的产物或 终产物积累时，反过来对反应序列前头的限速酶限速酶 发生的调节作用 G 6-P-G ATP ADP 己糖激酶 负反馈 正反馈（反馈激活）产物能使反应速度加快 负反馈（反馈抑制）产物能使反应速度减慢 n单价反馈抑制：无分支代谢途径的系列反应中 ，终产物对反应序列前头的限速酶的抑制 天冬氨酸 氨甲酰磷酸 天冬氨酸氨甲 酰磷酸转移酶 氨甲酰天冬氨酸UMPUDPUTPCTP+ n多价反馈抑制：分支代谢途径中，限速酶 的活性可受到
10、两种或多种终产物的抑制。 3、酶促共价修饰和联级系统 共价修饰（化学修饰）：酶蛋白在修饰酶催化 下，可与某些小分子基团发生共价键的结合或小分子基团发生共价键的结合或 解离解离，从而导致酶的活化或抑制，以控制代谢 的速度和方向。 共价修饰调节酶：通过共价修饰调节活性的酶 。 如糖原合成酶、糖原磷酸化酶活性的调节 激酶 ATPADP 糖原磷酸化酶b （无活性） 糖原磷酸化酶a P （有活性） 磷酸酶 -OHH2OP 糖原的分解 激酶 ATPADP 糖原合成酶a （有活性） 糖原合成酶b P （无活性） 磷酸酶 -OHH2OP 糖原的合成 常见的共价修饰类型：磷酸化/脱磷酸化 特点： n在修饰过程中
11、，酶在无活性和有活性的两 种状态之间转变； n共价修饰的互变是由不同的酶催化的； n属于酶活性的快速调节； n由激素信号引起的共价修饰会产生级联放 大效果。 级联放大系统 连锁代谢反应中一种酶被化学修饰激活 后，连续地发生其他酶依次被化学修饰 激活，导致原信号的放大。这样的连锁 反应系统，称为级联放大系统。 激素 激素受体 ATPcAMP +PPi 酶A(无活性）酶A(有活性） 酶B(无活性）酶B(有活性） 酶C(无活性）酶C(有活性） 酶D(无活性）酶D(有活性） 代谢反应 激素激活了一个连锁信号放大，酶D浓度很高，使得整个反应速度大幅度提高 环化酶 激活 10 100 1000 104 极
12、大 1 （浓度） 第一信使 如胰岛素 对糖原降 解的激活 ；生长素 抑制糖原 分解等等 。 4、辅因子的调节 能荷的调节 能荷：在腺苷酸总池中（即ATP、ADP、AMP之和）ATP的份数。 ATP + AMP2 ADP AMP激酶 能荷= ATP+0.5ADP ATP + ADP+AMP 高能荷时，抑制分解代谢过程，降低ATP的合成速度。 低能荷时，促进分解代谢过程，提高ATP的合成速度。 TCA:柠檬酸合成酶AMP ATP EMP:磷酸果糖激酶;AMP、ADP ATP AMP ATP丙酮酸激酶： NADH的调节 EMP、TCA都产生了NADH，细胞中 NADH与NAD+通常有比例关系， NADH对磷酸果糖激酶有抑制作用。 金属离子的调节作用 （二）：酶含量的调节 酶合成速度的调节 (基因表达的调节粗调) 酶降解速度的调节
