1、物質代謝相互關系及調節(jié) 所有的生物細胞都是由糖類、脂類、所有的生物細胞都是由糖類、脂類、蛋白質和核酸四類生物大分子以及一些小蛋白質和核酸四類生物大分子以及一些小分子、無機鹽和水所組成。在動物體的這分子、無機鹽和水所組成。在動物體的這些物質的代謝與能量轉換、信息傳遞相伴些物質的代謝與能量轉換、信息傳遞相伴隨，構成了一個完整的化學過程，并且存隨，構成了一個完整的化學過程，并且存在復雜的調節(jié)機制。糖、脂和蛋白質之間在復雜的調節(jié)機制。糖、脂和蛋白質之間代謝活動的相互關系和相互影響是物質代代謝活動的相互關系和相互影響是物質代謝調節(jié)的基礎。謝調節(jié)的基礎。基本要略：基本要略： 產生通用能量貨幣產生通用能量貨

2、幣ATP 產生還原力產生還原力NADPH 產生生物合成的前體分子產生生物合成的前體分子第一節(jié)第一節(jié)酶的區(qū)室化酶活性的調節(jié)酶含量控制l酶的區(qū)室化導致許多代謝反應，尤酶的區(qū)室化導致許多代謝反應，尤其是合成途徑與分解途徑常常彼此其是合成途徑與分解途徑常常彼此分開，相對獨立地進行。分開，相對獨立地進行。l細胞內進行的錯綜復雜的代謝過程及生細胞內進行的錯綜復雜的代謝過程及生理變化，主要是通過酶的調節(jié)來實現(xiàn)的。理變化，主要是通過酶的調節(jié)來實現(xiàn)的。l實際上，激素的調控作用也是通過對酶實際上，激素的調控作用也是通過對酶的影響（酶的產生和酶的活性）而實現(xiàn)的影響（酶的產生和酶的活性）而實現(xiàn)的。的。l酶除了具有催化

3、功能外，還具有調節(jié)和酶除了具有催化功能外，還具有調節(jié)和控制各類生物化學反應速度、方向和途控制各類生物化學反應速度、方向和途徑的功能。徑的功能。l酶水平的調節(jié)作用主要有兩種方式：一酶水平的調節(jié)作用主要有兩種方式：一是通過激活或抑制酶的活性；二是通過是通過激活或抑制酶的活性；二是通過影響酶的合成或降解速度，即改變細胞影響酶的合成或降解速度，即改變細胞內酶的含量。這種酶水平的調節(jié)作用是內酶的含量。這種酶水平的調節(jié)作用是生物調控最重要的形式。生物調控最重要的形式。l有些酶分子除了具有活性中心（結合部位和催有些酶分子除了具有活性中心（結合部位和催化部位）外，還存在一個特殊的調控部位，即化部位）外，還存在

4、一個特殊的調控部位，即變構中心。變構中心。l變構中心雖然不是酶活性中心的組成部分，但變構中心雖然不是酶活性中心的組成部分，但它可以與某些化合物（稱為變構劑）發(fā)生非共它可以與某些化合物（稱為變構劑）發(fā)生非共價結合，引起酶分子構象的改變，對酶起到激價結合，引起酶分子構象的改變，對酶起到激活或抑制的作用。這類酶通常稱為變構酶，由活或抑制的作用。這類酶通常稱為變構酶，由于變構劑與變構中心的結合而引起酶活性改變于變構劑與變構中心的結合而引起酶活性改變的現(xiàn)象則稱為變構調節(jié)作用。的現(xiàn)象則稱為變構調節(jié)作用。（1 1）變構酶和變構調節(jié)作用）變構酶和變構調節(jié)作用l目前已知的變構酶均為寡聚酶，含兩個或兩個目前已知的

5、變構酶均為寡聚酶，含兩個或兩個以上的亞基，一般分子量較大，而且具有復雜以上的亞基，一般分子量較大，而且具有復雜的空間結構。的空間結構。l大多數(shù)由變構酶催化的反應不遵守米氏方程，大多數(shù)由變構酶催化的反應不遵守米氏方程，由變構劑所引起的抑制作用也不服從典型的競由變構劑所引起的抑制作用也不服從典型的競爭性或非競爭性抑制作用的數(shù)量關系。爭性或非競爭性抑制作用的數(shù)量關系。l激活變構劑：變構劑與酶分子結合后，酶的構激活變構劑：變構劑與酶分子結合后，酶的構象發(fā)生了變化，這種新的構象有利于底物分子象發(fā)生了變化，這種新的構象有利于底物分子與酶的結合，使酶促反應速度提高。與酶的結合，使酶促反應速度提高。l抑制變構

6、劑：變構劑與酶分子結合所引起的酶抑制變構劑：變構劑與酶分子結合所引起的酶的構象變化不利于與底物的結合，表現(xiàn)出一定的構象變化不利于與底物的結合，表現(xiàn)出一定程度的抑制作用。程度的抑制作用。l實驗發(fā)現(xiàn)，在變構酶中起催化作用，稱為催化實驗發(fā)現(xiàn)，在變構酶中起催化作用，稱為催化亞基；與變構劑結合的對反應起調節(jié)作用，稱亞基；與變構劑結合的對反應起調節(jié)作用，稱為調節(jié)亞基。為調節(jié)亞基。舉例：舉例：ATCaseATCase的反饋抑制調節(jié)嘧啶的合成的反饋抑制調節(jié)嘧啶的合成 天冬氨酸轉氨甲酰酶（ ATCaseATCase）催化氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成N-氨甲酰天冬氨酸的反應，這個反應是嘧啶生物合成的第一步。氨甲酰磷酸

7、氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸三磷酸三磷酸 胞苷胞苷氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸 的亞基組成為的亞基組成為C C6 6R R6 6，C C和和R R分別代表其催化亞分別代表其催化亞基和調節(jié)亞基。據(jù)基和調節(jié)亞基。據(jù)射線結構表明，射線結構表明，ATCaseATCase的的催化亞基排成兩組三聚體（催化亞基排成兩組三聚體（C C3 3），與三組調節(jié)），與三組調節(jié)亞基二聚體（亞基二聚體（ R R2 2）組成復合物。）組成復合物。 兩個具有催化活性的三聚體可與底物結合，兩個具有催化活性的三聚體可與底物結合，但不能結合但不能結合CTPCTP；三個具有調節(jié)活性的二聚體，；三個具有調節(jié)活性的二聚體，無催化活性，但能

8、和無催化活性，但能和ATPATP或或CTPCTP結合。結合。的的ATCase的亞基排列的亞基排列ATCase半分子半分子（C3R3)的結構的結構ATCase是一個典型的是一個典型的變構酶。動力學研究表變構酶。動力學研究表明，在氨甲酰磷酸飽和明，在氨甲酰磷酸飽和濃度下，濃度下， ATCase初始初始速度對天冬氨酸作圖，速度對天冬氨酸作圖，對照（不加對照（不加CTP和和ATP）中表現(xiàn)出典型的中表現(xiàn)出典型的S形曲形曲線。加入線。加入ATP時，時， S形形曲線性質減弱，加入曲線性質減弱，加入CTP時，時， S形曲線變得形曲線變得更加更加S形。形。l激活劑激活劑ATPATP優(yōu)先結合到優(yōu)先結合到ATCas

9、eATCase的活化態(tài)的活化態(tài)（R R態(tài)），而抑制劑態(tài)），而抑制劑CTPCTP優(yōu)先結合到酶的優(yōu)先結合到酶的非活化態(tài)（非活化態(tài)（T T態(tài)），不反應的雙底物類似態(tài)），不反應的雙底物類似物物N-N-磷酸乙酰磷酸乙酰-L-L-天冬氨酸（天冬氨酸（PALAPALA）緊緊）緊緊結合于結合于R R態(tài)的態(tài)的ATCaseATCase，但不與，但不與T T態(tài)態(tài)ATCaseATCase結合。在結合。在T T態(tài)態(tài) R R態(tài)轉變中，其構象發(fā)態(tài)轉變中，其構象發(fā)生變化。生變化。 ATCase催化鏈的別構過渡作用催化鏈的別構過渡作用l某些酶分子上的基團可以在另一種酶催化下發(fā)生共價某些酶分子上的基團可以在另一種酶催化下發(fā)生共價

10、修飾作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），從而引起修飾作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），從而引起酶活性的激活或抑制。這種作用稱為共價修飾作用。酶活性的激活或抑制。這種作用稱為共價修飾作用。這類酶則稱為共價調節(jié)酶。有如下兩個特點：這類酶則稱為共價調節(jié)酶。有如下兩個特點：l（1 1）被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性）被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無催形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無催化活性）。正反兩個方向的互變均發(fā)生共價修飾反應，化活性）。正反兩個方向的互變均發(fā)生共價修飾反應，并且都將引起酶活性的變化。并且都將引起酶活性的變化

11、。l（2 2）共價修飾調節(jié)作用可以產生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象，）共價修飾調節(jié)作用可以產生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象，所以具有信號放大效應。例如腎上腺素引起糖原分解所以具有信號放大效應。例如腎上腺素引起糖原分解過程中的一系列磷酸化激活步驟，其結果將激素的信過程中的一系列磷酸化激活步驟，其結果將激素的信號被逐級放大了約號被逐級放大了約300300萬倍萬倍。l磷酸化酶磷酸化酶 b b。該酶本身無活性。該酶本身無活性, , 當磷酸化酶當磷酸化酶 b b 活性中活性中心的絲氨酸殘基被磷酸化后，即形成高活性磷酸化酶心的絲氨酸殘基被磷酸化后，即形成高活性磷酸化酶 a a。l由磷酸化酶由磷酸化酶 b b 轉化為活化形式轉化為

12、活化形式 a a 的反應的反應, , 被磷酸化被磷酸化酶激酶所催化酶激酶所催化, , 而磷酸化酶而磷酸化酶 a a 去活化（去磷酸化）則去活化（去磷酸化）則由另一種磷酸酶所催化。由另一種磷酸酶所催化。OHOHOHOHOPOPOPOP4ATP4ADP4H2O4Pil酶在細胞內的含量取決于酶的合成速度和分解酶在細胞內的含量取決于酶的合成速度和分解速度。細胞根據(jù)自身活動需要，嚴格控制細胞速度。細胞根據(jù)自身活動需要，嚴格控制細胞內各種酶的合理含量，從而對各種生物化學過內各種酶的合理含量，從而對各種生物化學過程進行調控。程進行調控。l酶含量調節(jié)的化學本質是基因表達的調節(jié)。在酶含量調節(jié)的化學本質是基因表達

13、的調節(jié)。在細胞內，所合成的酶的種類及數(shù)量是由特殊的細胞內，所合成的酶的種類及數(shù)量是由特殊的基因信息決定的。基因信息決定的。DNADNA所攜帶的酶蛋白遺傳信所攜帶的酶蛋白遺傳信息，需要通過轉錄和翻譯而合成酶蛋白。在細息，需要通過轉錄和翻譯而合成酶蛋白。在細胞內進行的轉錄或翻譯過程都有特定的調節(jié)控胞內進行的轉錄或翻譯過程都有特定的調節(jié)控制機制，其中轉錄的調控占主導地位。因此，制機制，其中轉錄的調控占主導地位。因此，基因表達的調控主要在轉錄水平上進行基因表達的調控主要在轉錄水平上進行 l大腸桿菌培養(yǎng)過程中如果缺少乳糖，細胞中就大腸桿菌培養(yǎng)過程中如果缺少乳糖，細胞中就不含任何可以代謝乳糖的酶。不含任何

14、可以代謝乳糖的酶。l但是在培養(yǎng)基中加入乳糖后，大腸桿菌就能在但是在培養(yǎng)基中加入乳糖后，大腸桿菌就能在幾分鐘內合成出與乳糖水解有關的酶，使之能幾分鐘內合成出與乳糖水解有關的酶，使之能利用這種營養(yǎng)物質。利用這種營養(yǎng)物質。l在此過程中，乳糖起著誘導物作用。由乳糖誘在此過程中，乳糖起著誘導物作用。由乳糖誘導產生的與乳糖水解相關的三種酶：導產生的與乳糖水解相關的三種酶： - -半乳糖半乳糖苷酶，苷酶， - -半乳糖苷透性酶和半乳糖苷透性酶和 - -半乳糖苷轉乙酰半乳糖苷轉乙酰酶，被稱為誘導酶。酶，被稱為誘導酶。l這三個酶蛋白是大腸桿菌這三個酶蛋白是大腸桿菌DNADNA上的三個結構基上的三個結構基因經(jīng)過轉

15、錄和翻譯而合成的。因經(jīng)過轉錄和翻譯而合成的。1.1.主要物質代謝途徑的相互關系主要物質代謝途徑的相互關系糖代謝與蛋白質代謝的關系糖代謝與蛋白質代謝的關系糖代謝與脂類代謝的關系糖代謝與脂類代謝的關系脂類代謝與蛋白質代謝的關系脂類代謝與蛋白質代謝的關系核酸代謝與糖、脂類和蛋白質的關系核酸代謝與糖、脂類和蛋白質的關系丙二酸單酰CoA-氧化脂肪酸甘油脂肪 乙酰CoA檸檬酸草酰乙酸延胡索酸琥珀酰CoA-酮戊二酸TCA葡萄糖G-6-P糖原G-1-P3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮 1,3-二磷酸甘油酸 PEP 丙酮酸糖酵解CO2H2O脂肪酸甘油脂肪脂肪氧化分解脂肪氧化分解糖轉化為脂肪糖轉化為脂肪乙酰CoA脂肪酸

16、脂肪甘油線粒體脂肪轉化為糖的過程細胞質磷酸二羥丙酮 葡萄糖檸檬酸草酰乙酸延胡索酸琥珀酰CoA-酮戊二酸丙酮酸乙酰CoA氨基酸轉化為糖或脂氨基酸轉化為糖或脂天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸蛋氨酸纈氨酸蘇氨酸谷氨酸精氨酸組氨酸脯氨酸谷氨酰胺脂肪酸檸檬酸草酰乙酸延胡索酸琥珀酰CoA-酮戊二酸苯丙氨酸酪氨酸賴氨酸亮氨酸色氨酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA糖異生葡萄糖丙氨酸甘氨酸絲氨酸色氨酸半胱氨酸丙酮酸糖轉化為氨基酸3-磷酸甘油酸葡萄糖PEP丙酮酸磷酸戊糖途徑色氨酸酪氨酸苯丙氨酸5-磷酸核糖組氨酸谷氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酰胺絲氨酸甘氨酸半胱氨酸天冬氨酸天冬酰胺賴氨酸蛋氨酸蘇氨酸異亮氨酸纈氨酸亮氨酸丙氨酸

17、糖酵解-酮戊二酸草酰乙酸三羧酸循環(huán)4-磷酸赤蘚糖莽草酸脂肪酸甘油磷酸二羥丙酮乙酰CoA三羧酸循環(huán)氨基酸丙酮酸生酮氨基酸脂肪酸脂肪與蛋白質的互變脂肪與蛋白質的互變核酸甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺核苷酸核苷酸ATPGTPCTPUTP雙糖或多糖葡萄糖葡萄糖磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑磷酸核糖ADPGGDPGUDPG能量供體蛋白質合成磷脂代謝輔助因子信號分子糖與核酸的互變葡萄糖-6-磷酸丙酮酸和 乙酰CoA 1.1.糖代謝的調節(jié)糖代謝的調節(jié) 葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖丙酮酸丙酮酸脫氫酶系乙酰CoA TCA循環(huán)異檸檬酸脫氫酶檸檬酸合成酶-酮戊二酸脫氫酶系糖原己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶酶糖原合成酶磷酸化酶2，6-二磷酸果糖是一個極有力的PFK的變構活化劑和FBP酶的變構抑制劑。 2，6-二磷酸果糖的調節(jié)果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸PFKFBPase高血糖PFK-2增加F2，6P激活激活 丙酮酸脫氫酶系的調節(jié)丙酮酸脫氫酶系的調控主要從三方面進行： 1）產物抑制（乙酰CoA和NADH的反饋抑制） 2）核苷酸反饋控制（GTP抑制，AMP激活） 3）磷酸化作用控制（酶磷酸化而失去功能）CO2+H2O脂肪酸 糖原合成與分解的調節(jié)糖原磷酸化酶活性的調節(jié)質膜1受體糖原G-1-P蛋白激酶（有)（無）腎上腺素（有）PPPP2ba糖原磷酸化酶ATPADPP