1、關于代謝調節代謝途徑間及細第1頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四本章內容一、細胞代謝途徑的調節網絡；二、酶促反應的前饋和反饋；三、細胞結構對代謝的控制；四、神經體液的調節作用；五、基因表達的調控機制。第2頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四一、代謝途徑間的調節網絡所有細胞都是由四類生物大分子(多糖、脂類復合物、蛋白質和核酸)、為數有限的生物小分子、無機鹽和水所組成。第3頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四生物大分子結構特點多糖由一種或多種單糖聚合而成；蛋白質由20種氨基酸殘基組成；核酸RNA由4種苷酸組成、DNA由4種脫氧核糖

2、核苷酸組成的無分支長鏈線型分子。脂類屬于生物小分子，但可聚集成超分子結構，因此，將脂類復合物也歸為生物大分子。第4頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四（一）代謝途徑的交叉網絡細胞內代謝種類多、繁雜。若各自獨立，則極其龐亂，細胞無法容納。細胞代謝：將物質或反應進行分類，納入各自的代謝途徑，以少數種類的反應（例如，氧化還原、基團轉移、水解合成、基團脫加及異構反應等）轉化為種類繁多的分子。各途徑可經交叉點、關鍵中間代謝物相互轉化。使各代謝相互溝通，形成經濟有效、運轉良好的代謝網絡通路。細胞內具有三個最關鍵的中間代謝物：葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸和乙酰輔酶A。第5頁，共39頁，20

3、22年，5月20日，18點54分，星期四 糖、脂類、蛋白質和核酸的相互轉變1.糖代謝與蛋白質代謝的相互關系 糖代謝：糖機體重要的碳源和能源，可生成相應的氨基酸。例如：糖氧化分解丙酮酸TcA-酮戊二酸、琥珀酰CoA、草酰乙酸。 （如圖）幾種-酮酸氨基化多種氨基酸。糖分解ATP為氨基酸和蛋白質合成供能。第6頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四糖、脂類、蛋白質和核酸代謝的相互關系示意圖（糖分解產生的幾種-酮酸與氨基酸的關系）第7頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四蛋白質代謝轉化為糖蛋白質分解氨基酸糖（體內）。某些AA脫氨丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、草

4、酰乙酸異生葡萄糖和糖原。稱這些AA稱為生糖氨基酸。例如，甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、組氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、精氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸及脯氨酸等，此外，苯丙氨酸、酪氨酸、異亮氨酸和色氨酸也能產生糖。（如圖）第8頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四糖、脂類、蛋白質和核酸代謝的相互關系示意圖(氨基酸除生糖外還可生成酮體和脂肪）第9頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四2.脂類代謝與蛋白質代謝的聯系細胞膜由類脂和蛋白質組成。脂肪分解能量稱脂肪為貯能物質脂類與蛋白質之間可以互相轉變脂類甘油丙酮酸草酰乙酸、-酮戊二酸琥珀酰CoA

5、氨基化各種氨基酸脂肪酸-氧化乙酰CoA與草酰乙酸縮合TcAAsp、Glu等氨基酸。第10頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四TcA形成氨基酸需補充有機酸事實上，由乙酰輔酶A進入TcA轉化形成氨基酸需要消耗有機酸，如無補充反應將不能進行。在植物和微生物中存在乙醛酸(CHOCOO-)循環。可以由二分子乙酰輔酶A合成一分子琥珀酰CoA，以增加TcA中的有機酸，從而促進脂肪酸合成氨基酸。第11頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四蛋白質轉變成脂肪在動物體內蛋白質可轉變成脂肪。生酮AA有Leu、Ile、Phe、Tyr及Try等， 上列AA 代謝乙酰乙酰CoA 乙

6、酰乙酸（酮體） 縮合脂肪酸生糖AA丙酮酸甘油 生糖AA丙酮酸氧化脫羧乙酰輔酶A羧化丙二酸單酰輔酶A脂肪酸 （如圖）磷脂分子中的膽胺或膽堿，是由Ser脫羧形成。第12頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四糖、脂類、蛋白質和核酸代謝的相互關系示意圖（生酮AA）酮體第13頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四3.糖代謝與脂類代謝的相互聯系糖與脂類可互相轉變。主要步驟：糖酵解磷酸二羥丙酮丙酮酸磷酸二羥丙酮還原甘油丙酮酸氧化脫羧乙酰輔酶A縮合脂肪酸甘油+脂肪酸脂類第14頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四脂類分解甘油+脂肪酸甘油磷酸化-甘油磷

7、酸磷酸二羥丙酮糖異生糖脂肪酸轉變為糖是有限度的。脂肪酸通過氧化，生成乙酰輔酶A。 植物或微生物：乙酰輔酶A乙醛酸循環縮合為琥珀酸補充TcA中的有機酸 草酰乙酸脫羧丙酮酸糖。 動物體內：乙酰輔酶ATcACO2+H2O， 成糖機會很少同位素實驗表明：動物體內脂肪酸轉變成糖，需要補充TcA中的有機酸。第15頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四糖代謝受阻與動用脂肪糖尿病：糖代謝障礙，體內依靠脂類氧化供能。因此，動用脂肪，運到肝臟氧化，結果產生大量酮體，必須經血液運到其他組織，如肌肉組織，再被氧化供能。酮體為酸性，血液中酮體含量增高時，易發生酸中毒。饑餓時：體內無糖供能，也會大量動

8、用脂肪，易造成酮體過多。以上均可導致不同程度的脂類代謝紊亂。第16頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四4.核酸代謝與糖、脂肪及蛋白質代謝的聯系核酸是遺傳物質，它通過控制蛋白質合成，影響細胞的組成和代謝類型。核酸不是重要的碳、氮源和能源。許多核苷酸在代謝中起重要作用。例如， ATP能量轉移和磷酸化的重要物質； UTP參與單糖轉變和多糖合成； CTP參與卵磷脂合成。 GTP為蛋白質合成所需的重要能量物質。 此外，許多輔酶：輔酶A、煙酰胺核苷酸等，都是AMP的衍生物。第17頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四核酸的合成受多種物質特別是蛋白質的調節和控制作用

9、。例如：Gly、Asp、Gln參加嘌呤合成， Asp、Gln參加嘧啶環的合成。核酸的合成除需要酶催化外，還需要多種蛋白質因子和核糖參與作用。 綜上所述，糖、脂類、蛋白質和核酸在代謝中彼此影響，相互轉化密切相關。TcA不僅是共通途徑，而且也是聯系渠道。氧化磷酸化是產能的共通途徑。各途徑可自身控制與調節，轉化是有節制的。（如圖）第18頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四糖、脂類、蛋白質和核酸代謝的相互關系示意圖酮體蛋白質核酸淀粉、糖原脂肪第19頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四(二）分解和合成代謝的單向性代謝途徑多為可逆過程。然而，實際上代謝過程均為單

10、向反應。在一條代謝途徑中，某些關鍵部位的正、逆反應往往由不同酶催化。因此，稱為相對立的單向反應（或底物循環）。合成是吸能反應，通常多與ATP水解相偶聯。降解則是放能反應。這些吸、放能反應均遠離平衡點，從而保證了反應的單向進行。第20頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四正向(a)與ATP的水解相偶聯；逆向(b)多是水解反應或分解反應，不可逆。如果(a)和(b)均處于非控制狀態，將導致水解高能磷酸鍵的空轉。實際上由于(a)和(b)同時受細胞控制，因而它們均為代謝調節的關鍵步驟或限速步驟。第21頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四(三)ATP能量載體綠色植

11、物和光合細菌可利用太陽能，一般生物只能利用分解代謝所產生的化學能。葡萄糖因結構有序而含有較高的勢能。 葡萄糖氧化降解CO2+H2O+自由能釋放的自由能多不被貯存，而以熱能形式散發在活細胞的分解代謝中： 有機物降解放能偶聯ATP合成貯存能量ATP將能量傳遞給需能過程。 由此可見，ATP是細胞主要的能量傳遞者、載體。 （如圖）第22頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四ADP由能源獲得能量ATP傳遞給需能細胞利用第23頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四（四）NADPH以還原力形式攜帶能量第二種載能方式：先形成H或e還原力，如NADPH。再以供H或e的還原

12、力形式參與合成代謝。生物合成是還原性反應過程。NADPH是生物合成反應的H和e供體。NADPH的作用如圖第24頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四（五）代謝要點在于形成ATP、還原力和構造單元以用于生物合成ATP來源： 底物水平磷酸化可產生有限的ATP 綠色植物和光合細菌的光合磷酸化、呼吸鏈的氧化磷酸化等是ATP的主要來源。還原力的產生： 綠色植物光照電子傳遞用于還原NADP+； 光合細菌的NADPH是由外源還原劑產生或分解代謝供給。 （如上圖） NADPH主要來自戊糖磷酸途徑。此外，當乙酰輔酶A由線粒體轉移到胞漿時，伴有NADH的氧化和NADPH的生成。所產生的NADP

13、H可用于脂肪酸合成。(如圖)第25頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四第26頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四三大營養物質分解的三個步驟第一步 大分子降解小分子單元;第二步 各構造單元分子乙酰輔酶A；（在這一階段可產生還原力NADPH和少量ATP）第三步 乙酰輔酶ATcACO2+H2O+ATP每個二碳單位給出4對電子，經氧化磷酸化產生大量ATP（如圖）第27頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四產能營養成分分解三個步驟第28頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四二、酶的調節機體代謝相互聯系，錯綜復雜。必然存在

14、精確的調節機制。代謝平衡是動態的、相對的。平衡是隨環境變化通過機體代謝過程的調節和控制達到的。生物機體正是在這種不斷地運動中才能得到發展和生存。生物體對代謝過程的調控是在生物進化中，經自然選擇逐步建立的。第29頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四“酶水平”的調節酶的兩種功能： 其一，催化生化反應，是生物催化劑； 其二，調控代謝速度、方向和途徑，是新陳代謝的調節元件。酶調節的兩種方式： 其一，通過變構效應和共價修飾調節現有酶的催化活性； 其二，通過影響酶合成或降解速度，改變酶分子的含量。其中，合成屬基因表達調控。這種“酶水平”的調節機制，是代謝的最關鍵的調節。第30頁，共3

15、9頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四酶系統決定細胞代謝物反應質量作用定律表明，反應速度與反應物的摩爾濃度乘積成正比。S正反應速度；反之，P 逆反應 。 因此，代謝物濃度在一定范圍內對代謝起調節作用。然而，這種調節是有限的。細胞代謝主要受到酶的調節，不同細胞的代謝物的反應有顯著差別，這是由細胞內酶系統不同的結果。第31頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四酶促反應的前饋和反饋；能荷的調節；連鎖反應中酶的連續激活；蛋白酶對酶活性的影響；酶的共價修飾。下面介紹:第32頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四（一） 酶促反應的前饋和反饋前饋：輸入對輸

16、 出的影響；反饋：輸出對輸 入的影響。 這兩個術語來自電 子工學。前饋和反饋又可有正、負前饋和反饋之分。凡能使代謝速度加快的作用，均稱為正饋作用；反之，則稱為負作用。（如圖）第33頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四正前饋作用例如：在糖原合成中，葡萄糖-6-磷酸是糖原合成酶的變構激活劑，因此，可促進糖原的合成（如圖）。第34頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四負反饋作用在某特殊情況下，為避免代謝途徑過分擁擠，當底物過量存在時，對代謝過程常呈負反饋作用。使過量底物轉向其他途徑。第35頁，共39頁，2022年，5月20日，18點54分，星期四一價、多價反饋及同工酶一價反饋抑制：指單一代謝途徑末端產物對關鍵酶（通常是第一步反應）酶活性的抑制作用。二價或多價反饋抑制：在有分支的代謝中，有時催化第一步反應的酶活性可被