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生物化学第十四章第十四章 代谢间的联系与调控代谢间的联系与调控华东理工大学生物化学精品课程组华东理工大学精品课程系列第十四章 代谢间的联系与调控下一页一、物质代谢间的相互联系一、物质代谢间的相互联系二、细胞水平的代谢调节二、细胞水平的代谢调节三、激素水平的代谢调节三、激素水平的代谢调节四、神经水平的代谢调节四、神经水平的代谢调节上一页下一页章首一、物质代谢间的相互关系一、物质代谢间的相互关系 (一）糖代谢与脂类代谢的相互关系一）糖代谢与脂类代谢的相互关系 (二二)糖代谢与蛋白质代谢的相互关系糖代谢与蛋白质代谢的相互关系(三三)脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系上一页章首(四四)核酸与糖类、脂类、蛋白质代谢的相互关系核酸与糖类、脂类、蛋白质代谢的相互关系上一页下一页章首糖代谢与脂类代谢的相互联系糖代谢与脂类代谢的相互联系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖(植物植物)乙醛酸循环乙醛酸循环-氧化氧化糖异生糖异生TCA糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘磷酸甘油油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解从头合成从头合成节首上一页下一页章首脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循环循环乙醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微植物或微生物生物节首上一页下一页章首糖代谢与蛋白质代谢的相互联系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糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：如糖分：如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCATCA循环产生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。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。作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。节首上一页下一页章首糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 NH3蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸）（生糖氨基酸）节首上一页下一页章首脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪（生酮氨基酸）（生酮氨基酸）节首上一页下一页章首核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系 核核苷苷酸酸的的一一些些衍衍生生物物具具重重要要生生理理功功能能（如如CoACoA、NAD+NAD+，NADP+NADP+，cAMPcAMP，cGMPcGMP）。）。核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型影响细胞的成分和代谢类型 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。且需要酶和多种蛋白质因子。各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如如ATPATP是能量的是能量的“通货通货”，此外，此外UTPUTP参与多糖的合成，参与多糖的合成，CTPCTP参与磷脂合成，参与磷脂合成，GTPGTP参与蛋白质合成与糖异生作用。参与蛋白质合成与糖异生作用。节首上一页下一页章首（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）（PEP）丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸（转氨基作用）（转氨基作用）糖的分解代谢与糖糖异生的关系节首上一页下一页章首糖、脂、蛋白质、核酸代谢之间的联系节首上一页下一页章首二、细胞水平的调节二、细胞水平的调节代谢途径的区域化酶活性的调节酶量的调节上一页下一页章首（一）代谢途径的区域化（一）代谢途径的区域化概念：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。例如：脂肪酸的分解与合成节首上一页下一页章首酶或酶系酶或酶系酶或酶系酶或酶系所在区域所在区域所在区域所在区域酶或酶系酶或酶系酶或酶系酶或酶系所在区域所在区域所在区域所在区域糖酵解酶系糖酵解酶系糖酵解酶系糖酵解酶系TCATCA酶系酶系酶系酶系磷酸戊糖途径酶系磷酸戊糖途径酶系磷酸戊糖途径酶系磷酸戊糖途径酶系脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸氧化酶系氧化酶系氧化酶系氧化酶系脂肪酸合成酶系脂肪酸合成酶系脂肪酸合成酶系脂肪酸合成酶系尿素合成酶系尿素合成酶系尿素合成酶系尿素合成酶系胞浆胞浆胞浆胞浆线粒体线粒体线粒体线粒体胞浆胞浆胞浆胞浆线粒体线粒体线粒体线粒体胞浆胞浆胞浆胞浆线粒体和胞线粒体和胞线粒体和胞线粒体和胞浆浆浆浆蛋白质合成酶系蛋白质合成酶系蛋白质合成酶系蛋白质合成酶系DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶水解酶类水解酶类水解酶类水解酶类粗面内质网粗面内质网粗面内质网粗面内质网细胞核细胞核细胞核细胞核细胞核细胞核细胞核细胞核溶酶体溶酶体溶酶体溶酶体真核细胞内某些酶的区域化分布节首上一页下一页章首（二）酶活性的调节（二）酶活性的调节酶的非共价修饰调节酶的共价修饰调节节首上一页下一页章首酶的非共价修饰调节别构调节：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。别构效应有别构激活（正协同效应）和别构抑制（负协同效应）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某些重要代谢过程中的调节酶及其效应物节首上一页下一页章首酶活力的共价修饰调节定义：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分子上以定义：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分子上以定义：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分子上以定义：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，共价结合的方式接上或脱去某种特殊的化学基团，共价结合的方式接上或脱去某种特殊的化学基团，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从而引起酶活力改变的过程从而引起酶活力改变的过程从而引起酶活力改变的过程类型：类型：类型：类型：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙酰化去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷去乙酰化，腺苷酰化酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（去甲基化，氧化（S-S）/还原还原(2SH)举例：举例：举例：举例：糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是级联放大级联放大级联放大级联放大的的的的最终阶段。（特别是激素调节）最终阶段。（特别是激素调节）最终阶段。（特别是激素调节）最终阶段。（特别是激素调节）节首上一页下一页章首磷酸化酶的共价修饰调节节首上一页下一页章首共价修饰与级联放大节首上一页下一页章首（三）酶量的调节（三）酶量的调节1 1、酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物）、酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物）操纵子学说：操纵子学说：2 2、酶的降解、酶的降解操纵子概念：在操纵子概念：在DNADNA分子的不同区域分布着分子的不同区域分布着一个调节基因和一个一个调节基因和一个操纵子操纵子，一个操纵子包，一个操纵子包括一个括一个操纵基因操纵基因，一群功能相关的，一群功能相关的结构基因结构基因，以及在调节基因和操纵基因之间专管转录起以及在调节基因和操纵基因之间专管转录起始的始的启动基因启动基因。节首上一页下一页章首操纵子类型1、诱导型操纵子乳糖操纵子2、阻遏型操纵子色氨酸操纵子节首上一页下一页章首操纵子的类型节首上一页下一页章首操纵子的负调控分解代谢酶系的诱导表达阻遏蛋白结合于操纵基因抑制结构基因转录阻遏蛋白结合于操纵基因抑制结构基因转录当有信号分子（诱导物）当有信号分子（诱导物）时阻遏蛋白从时阻遏蛋白从DNA上脱离上脱离信号分子（诱导物）信号分子（诱导物）阻遏蛋白阻遏蛋白当无诱导物（信当无诱导物（信号分子存在时）号分子存在时）乳糖操纵子：乳糖操纵子：乳糖可作为诱导物乳糖可作为诱导物诱导分解利用乳糖诱导分解利用乳糖的酶的基因转录的酶的基因转录节首上一页下一页章首操纵子的负调控合成代谢酶系的阻遏表达当合成产物积累时，阻遏蛋白被当合成产物积累时，阻遏蛋白被合成产物激活而与操纵基因结合合成产物激活而与操纵基因结合辅阻遏物（合成产物）辅阻遏物（合成产物）阻遏蛋白阻遏蛋白当合成产物减少时，合成产物当合成产物减少时，合成产物脱离阻遏蛋白而使阻遏蛋白失脱离阻遏蛋白而使阻遏蛋白失活。转录酶使结构基因转录，活。转录酶使结构基因转录，蛋白质酶合成使合成代谢开始蛋白质酶合成使合成代谢开始色氨酸操纵子：色氨酸操纵子：色氨酸积累时色氨酸合成减弱色氨酸积累时色氨酸合成减弱色氨酸缺乏时色氨酸合成加强色氨酸缺乏时色氨酸合成加强色氨酸合成产物辅阻遏物色氨酸合成产物辅阻遏物节首上一页下一页章首操纵子的正调控辅阻遏物的阻遏作用转录因子结合于启动子上游转录因子结合于启动子上游促进转录酶结合于启动子上促进转录酶结合于启动子上从而促进结构基因的转录从而促进结构基因的转录辅阻遏物使转录因子失活辅阻遏物使转录因子失活而从而从DNA上脱离也使上脱离也使RNA聚合酶不能结合于聚合酶不能结合于DNA上上活性转录因子活性转录因子抑制信号抑制信号（辅阻遏物）（辅阻遏物）无活性转录因子无活性转录因子节首上一页下一页章首操纵子的正调控诱导物的诱导作用诱导物存在时无活性转录因诱导物存在时无活性转录因子被激活而结合于子被激活而结合于DNA上，上，促进促进RNA聚合酶结合于聚合酶结合于DNA促进结构基因转录促进结构基因转录无诱导物存在：无诱导物存在：转录因子无活性而从转录因子无活性而从DNA脱离脱离RNA聚合酶不能结合于聚合酶不能结合于DNA结构基因不能转录结构基因不能转录节首上一页下一页章首乳糖操纵子调节基因调节基因阻遏蛋白阻遏蛋白启动基因启动基因节首上一页下一页章首节首上一页下一页章首乳乳糖糖操操纵纵子子的的负负调调控控调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）基基 因因 关关 闭闭启动启动子子ORPLacZLacYLacA调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子ORmRNAZmRNAYmRNAA 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（无活性）基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳糖 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）节首上一页下一页章首乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacAmRNAmRNAZmRNAYmRNAA基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCAPOCAP结结合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活状态呈失活状态节首上一页下一页章首三、激素水平的代谢调节三、激素水平的代谢调节激素的分类激素的分类1 1、氨基酸及其衍生物类激素：酪氨酸的代、氨基酸及其衍生物类激素：酪氨酸的代谢产物，如甲状腺素、肾上腺素谢产物，如甲状腺素、肾上腺素2 2、肽及蛋白质激素：胰岛素、降钙素等、肽及蛋白质激素：胰岛素、降钙素等3 3、固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素、固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素4 4、脂肪酸衍生物类激素：前列腺素、脂肪酸衍生物类激素：前列腺素上一页下一页章首激素受体分类：分类：1 1、细胞膜受体：、细胞膜受体：水溶性激素，水溶性激素，激素受体复合物，激素受体复合物，第二信使：第二信使：cAMPcAMP2 2、细胞浆受体、细胞浆受体脂溶性激素，易进入细胞，脂溶性激素，易进入细胞，激素受体复合物，进入细胞核，开启基因活激素受体复合物，进入细胞核，开启基因活力，使相应基因表达，表现生物效应。力，使相应基因表达，表现生物效应。节首上一页下一页章首激素对代谢的调节激素对代谢的调节（一）激素通过细胞膜受体而起作用1、激素与膜上的受体结合2、cAMP的生成（1）cAMP激活多种蛋白酶级联放大作用（2）cAMP作用于基因系统，调节转录和翻译，影响酶的合成。节首上一页下一页章首激素对代谢的调节激素对代谢的调节（二）激素通过细胞内受体起作用 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。节首上一页下一页章首节首上一页下一页章首四、四、神经水平的调节神经水平的调节中枢神经 下丘脑垂体 腺体 靶细胞