《物质代谢的相互联系与调控》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物质代谢的相互联系与调控（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沟通不同代谢途径的中间代谢物n各条代谢途径可通过一些枢纽性中 间代谢物相互联系，相互协调，相 互制约，使生命正常。物质代谢的相互联系和调节控制蛋白质氨基酸乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸-酮戊二酸琥珀酰CoA延胡索酸T C A 循 环脂肪酸甘油脂肪葡萄糖CO2 H2O ATP氨鸟氨酸循环尿素排出核苷酸核酸酮体胆固醇甘油二酯CDP-胆胺 CDP-胆碱磷脂3-磷酸甘油醛 丙酮酸6-Pi-葡萄糖6-Pi-葡萄糖n6-Pi-葡萄糖是糖酵解,磷酸戊糖途径,糖异生,糖 原合成及糖原分解的共同中间代谢物.在肝细胞 中，通过6-Pi-葡萄糖使上述糖代谢的各条途径 相互沟通。 葡萄糖6-Pi-葡萄糖5-磷酸核酮糖 磷酸
2、戊糖 途径3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖丙酮酸1-Pi-葡萄糖 UTP PPi nUDPG引物 (G)m m4糖原nUDP葡萄糖3-磷酸甘油醛丙酮酸6-Pi-葡萄糖5-磷酸核酮糖6-磷酸果糖磷酸戊糖 途径脂肪甘油生糖氨基酸3-磷酸甘油醛n3-磷酸甘油醛是糖酵解，磷酸戊糖途径 及糖异生的共同中间代谢产物，脂肪分 解产生的甘油通过甘油激酶催化也可形 成 3-磷酸甘油醛，另外，生糖氨基酸脱 氨以后可转变为3-磷酸甘油醛。所以，3 -磷酸甘油醛可以联系糖、脂质及氨基酸 代谢。丙酮酸n丙酮酸是糖酵解，糖有氧氧化和生糖氨 基酸氧化分解代谢得共同中间产物。糖 酵解时丙酮酸还原为乳酸，有氧氧化时 则生成乙酰coA
3、。另外，丙酮酸在丙酮酸 羧化酶作用下形成草酰乙酸。生糖氨基 酸异生为糖也需经过丙酮酸的形成及转 变。葡萄糖丙酮酸乳酸脱氢酶（LDH） 乳酸丙酮酸脱氢酶复合体 乙酰CoA生糖氨基酸丙酮酸羧 化酶草酰乙酸磷酸烯醇型 丙酮酸羧激 酶磷酸烯醇型丙酮酸乙酰CoAn糖、脂肪及氨基酸的分解代谢中间产物 乙酰coA可通过共同的代谢途径柠檬酸 循环，氧化磷酸化氧化为CO2和H2o,并 释放能量；乙酰coA也是脂肪酸，胆固醇 合成的原料，在肝脏，乙酰coA还可用于 合成酮体。因此，乙酰 coA是联系糖， 脂肪及氨基酸代谢的重要物质。-酮戊二酸草酰乙酸延胡索酸柠檬酸琥珀酰CoA Tyr Gln His ProGlu
4、Ile Met Ser Thr ValPhe Tyr葡萄糖磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸乙酰CoAAsn Asu脂肪酸酮体三羧酸循环草酰乙酸、-酮戊二酸等柠檬酸循环中间产物n草酰乙酸，-酮戊二酸等柠檬酸循环中 间产物，除参加三羧酸循环外，还可为 生物体内合成某些物质提供碳骨架。AspGlu草酰乙酸-酮戊二酸柠檬酸TCA循环 琥珀酰CoA脂肪酸Gly血红素丙酮酸n综上所述，通过共同的中间代谢物,不同 代谢途径之间相互沟通,相互转化.n除少数必需脂肪酸、必需氨基酸外，糖 、脂质及氨基酸大多数可以相互转变.（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。1.
5、糖变成脂肪n由糖转变为脂类的过程n脂肪是甘油及脂肪酸合成的酯。糖可以变成甘 油-磷酸，也可以变成脂肪酸，所以糖能变成 脂肪。n糖变成-磷酸甘油：糖 二羟丙酮磷酸 甘油-磷酸n糖变成脂肪酸：n 糖 丙酮酸 乙酰辅酶A 脂肪酸糖酵解甘油磷酸脱氢酶氧化脱羧糖酵解双数碳原子n2.脂肪转变成糖n实验证明:用CH3C14OOH饲喂动物后，确有 C14参入肝糖原分子中，惟量很少。近些年来，人 们对丙酮代谢的临床研究与动物实验研究已确证 脂肪酸代谢所产生的丙酮能够转变成糖。n脂肪转变成糖的过程n甘油 -磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 糖原n脂肪酸 乙酰辅酶A 草酰乙酸(少量) 糖n油料作物种子萌发时动用所贮存的大量脂
6、肪并转 化为糖类。糖原异生作用分解三羧酸循环（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。1.糖生成氨基酸:糖是生物体重要的能源和碳源。糖可用于 合成各种碳链结构，经氨基化和转氨基作 用后，即生成相应的氨基酸。n糖在代谢过程中可产生丙酮酸，丙酮酸 经三羧酸循环可转变成-酮戊二酸和草 酰乙酸。这三种酮酸经氨基化作用或转 氨作用分别变成丙氨酸、谷氨酸及天冬 氨酸。n糖还可以转变成其他非必需氨基酸，但 糖不能在体内合成必需氨基酸。氨基酸-酮酸-酮戊二酸谷氨酸转氨酶NH3 + NADH+H+NAD+ +H2OL-谷氨酸脱氢酶丙酮酸三羧酸循环草酰乙酸n2.蛋白质转变成糖n实
7、验：用蛋白质饲养人工糖尿病的 狗，则50%以上的食物蛋白质可以转变 为葡萄糖，并随尿排出。改用丙氨酸 、天冬氨酸、谷氨酸等饲养这种患人工 糖尿病的狗，随尿排出的葡萄糖就大为 增加。用氨基酸饲养饥饿动物，根据 其肝中糖原贮存量的增加，也可证明多 种氨基酸在体内转变成肝糖原。n蛋白质转变成糖的步骤：n现已了解除亮氨酸、赖氨酸外，其他组 成蛋白质的天然氨基酸均可转变为糖。 n丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸丙氨酸转变成丙酮酸、天冬氨酸转变成草酰乙 酸、谷氨酸转变成-酮戊二酸。-酮戊二酸经三羧酸循环变成草酰乙酸。草酰 乙酸经烯醇丙酮酸磷酸羧激酶作用变成烯醇丙 酮酸磷酸。烯醇丙酮酸磷酸沿酵解作用逆行， 即可生成
8、糖原。n其他如精氨酸、组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜 氨酸均可通过谷氨酸转变成-酮戊二酸，再转 变成糖原。氨基酸经脱氨基作用可变为-酮酸，-酮酸再经过一系 列变化转化成糖。n苯丙氨酸、酪氨酸可以先转变成延胡索酸 、沿三羧酸循环变成草酰乙酸，再转变成 糖原。n丝氨酸、甘氨酸、苏氨酸、色氨酸、胱氨 酸、缬氨酸、半胱氨酸等均可先转变成丙 酮酸，再变成糖原。n另外，异亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸可转 变成琥珀酰辅酶A，也可以转变成糖原。（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。脂肪合成蛋白质由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的。脂类分子中的
9、甘油可先转变为丙酮酸，再转变 为草酰乙酸和-酮戊二酸，然后接受氨基而转变 为丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。n脂肪水解形成的脂肪酸经-氧化作用生成乙 酰辅酶A，后者与草酰乙酸缩合后，经三羧酸 循环转变成-酮戊二酸。-酮戊二酸可经氨 基化或转氨作用生成谷氨酸。n由脂肪酸转变成氨基酸，实际上仅限于谷氨酸 。而且实现此种变化，尚需有草酰乙酸存在。 而草酰乙酸是由其他来源(如糖与蛋白质)所产 生。所以脂肪可以转变成氨基酸，但很有限。n在植物和微生物，由于存在乙醛酸循环，可通 过此条途径来合成氨基酸。例如：某些微生物 利用醋酸或石油烃类物质发酵产生氨基酸，可 能也是通过这条途径。n蛋白质转变为脂肪n实验：用只
10、含蛋白质的膳食饲养动物，动物 能在体内存积脂肪证明蛋白质可在动物体 内转变成脂肪，不过这种转变可能是间接的。n生酮氨基酸和生糖兼生酮氨基酸（如酪氨酸 、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、赖 氨酸）在代谢过程中生成乙酰辅酶A；乙酰辅 酶A循脂肪酸合成途径，即可合成脂肪酸。n生糖氨基酸可以直接或间接生成丙酮酸，丙酮 酸可以变成甘油，也可以在氧化脱羧变成乙酰 辅酶A后生成脂肪酸。（四）核酸与其他物质代谢的相互关系核酸是细胞内的重要遗传物质，核酸 在机体的遗传和变异及蛋白质合成中， 起着决定性的作用。可通过控制蛋白质 的合成影响细胞的组成成分和代谢类型 。 核酸及其衍生物和多种物质代谢有关 。n其他
11、各类代谢物为核酸及其衍生物的合成 提供原料n脂类代谢除供应CO2外，和核酸代谢并无明显 的关系。n蛋白质代谢能为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原 料，如甘氨酸、甲酸盐、谷氨酰胺、天冬氨酸和 氨等；核苷酸合成需要酶和多种蛋白因子的参与 。（但酶和蛋白因子的合成本身又是由基因所控 制的。可见核酸起着决定性的作用。）n糖类能产生二羧基氨基酸的前身酮酸，并且又 是戊糖的来源。n一般来说，核酸不是重要的碳源、氮源和能 源，但许多游离核苷酸在代谢中起着重要的作 用。 n例如ATP是能量和磷酸基转移的重要物质， UTP参加糖的合成。CTP参加磷脂的合成。 CTP为蛋白质合成所必需。n此外，许多辅酶均为核苷酸的衍生
12、物。例如， 辅酶A、烟酰胺核苷酸和异咯嗪核苷酸等，都 是腺嘌呤核苷酸的衍生物，腺嘌呤核苷酸还可 以作为合成组氨酸的原料。n可以看出，核酸(及其衍生物)与其他各 类代谢物之间存在着一种交互作用的关 系。n其他各类代谢物为核酸及其衍生物的合 成提供原料，而核酸及其衍生物又反过 来对其他物质的代谢方式和反应速度发 生影响。乙酰COA乙酰COA，3-磷酸 甘油醛，NADPH动物内困难氨基化脱氨基 作用动物体内 数量极为 有限糖脂质核苷酸氨基酸n总的来说，糖、脂肪、蛋白质和核酸等物质在 代谢过程中都是彼此影响，相互转化和密切相 关的。n糖代谢是各类物质代谢网络的“总枢纽”，通过 它将各类物质代谢相互沟通
13、，紧密联系在一起 ，而磷酸已糖、丙酮酸、乙酰辅酶A在代谢网 络中是各类物质转化的重要中间产物。糖代谢 中产生的ATP、GTP和NADPH等可直接用于其 它代谢途径。n脂类是生物能量的主要储存形式，脂类的氧化 分解最终进入三羧酸循环，并为机体提供更多 的能量。磷脂和鞘脂是构成生物膜的成分，而 且它们的某些中间代谢物具有信息传递的作用 。n蛋白质是机体中所有原生质结构的基础，而且 作为酶的主要组成成分，决定着各种物质代谢 反应的速度、方向及相互关系。如糖代谢中的 磷酸果糖激酶、柠檬酸合酶，脂代谢中的乙酰 CoA羧化酶等都是代谢中的限速酶。n代谢调节（metabolic regulation），是生
14、 物在长期进化过程中，为适应环境需要而 形成的一种生理机能。进化程度愈高的生 物，其调节系统就愈复杂。总之，就整个 生物界来说，代谢的调节是在酶、细胞、 激素和神经这四个不同水平上进行的。二 代谢的调节细胞水平的调节n细胞水平的调节：单细胞内通过细胞 内代谢物浓度的改变来调节某些酶促 反应速度（对酶的活性及含量进行调 节），称为细胞水平的代谢调节，这 是最原始的调节方式。n在单细胞的微生物中只能通过细胞内 代谢物浓度的改变来调节某些酶促反 应速度（对酶的活性及含量进行调节 ）激素水平的调节n激素水平的调节（细胞间调节） ：低等 的单细胞生物进化到多细胞生物时出现 了激素调节，激素可以改变细胞内
15、代谢 物质的浓度和某些酶的催化能力或含量 ，从而影响代谢反应的速度，对其他细 胞发挥代谢调节作用，这种调节称为激 素水平得调节整体水平的调节n整体水平的调节：高等生物和人类有了 功能更复杂的神经系统。在神经系统的 控制下，神经系统通过神经递质直接对 靶细胞发生作用（神经调节）或者改变 某些激素的分泌，再通过各种激素相互 协调，对整体代谢进行综合调节（神经- 体液调节），这种调节称为整体水平的 调节。n各类调节作用点均在生物活动的最基本单 位细胞中。所以细胞内的调节虽然是原始 的，但却是最基本的调节方式，是高级水 平的神经和激素调节方式的基础。而且在 细胞内的各类代谢反应都是在酶的催化下 进行的
16、，代谢反应性质、方式、速度，均 决定于酶的性质。细胞内的代谢除受酶的 调节外，还包括细胞区域化及能荷的调节 。细胞水平的调节n代谢反应是由酶催化进行的，酶水平的 调节是最灵敏和最有效的调节。酶水平 的调节也是目前研究得比较多、了解得 比较详细的代谢调节方式。酶水平的调 节主要从酶的活性和酶的数量两个方面 影响细胞代谢。一酶水平调节1. 酶活性的调节细胞内直接迅速的调节方式。酶活性的调 节包括酶原激活、酶的别构调节（反馈抑制和 前馈激活）及酶的共价修饰等方面。. 酶原激活在细胞内首先合成无活性酶的前体（酶原），再 通过蛋白酶的作用释放出一些氨基酸或小肽，转 变成有活性的酶蛋白，这一过程称为酶原激活（ activation of zymogen）。酶原激活是不可逆的 过程。别构调节作用一般为寡聚酶，由催化亚基和调节亚基组成， 别构效应物与调节亚基结合，引起酶分子的构 象发生变化
