第9章物质代谢的联系及其调节

第九章 各种代谢中的联系及调节第一节 细胞代谢的调节网络第二节 代谢调节思考 第一节第一节 细胞代谢的调节网络细胞代谢的调节网络一、代谢途径交叉 形成网络二、分解代谢和合成代谢的 单向性三、 ATP是通用的能量载体四、 NADPH 以还原力形式携带能量五、代谢的 基本要略一、一、 代谢途径交叉代谢途径交叉 形成网络形成网络1、 糖代谢与脂类代谢的相互关系2、 糖代谢与蛋白质代谢的相互联系3、 脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系4、 核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖 -5-磷酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸 甘氨酸丝氨酰苏氨酸半胱氨酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰 CoA甘油脂肪酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰 CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰 CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质 淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰 CoA1-磷酸葡萄糖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糖乙酰 CoA， NADPH 脂肪酸磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油脂肪有 氧氧化酵解从头合成脂肪甘油 磷酸二羟丙酮 糖代谢脂肪酸 乙酰 CoA 琥珀酸 糖 (植物 )乙醛酸循环-氧化 糖异生TCA糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖 -酮酸 氨基酸 蛋白质 NH3蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖（生糖氨基酸）脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪甘油 磷酸二羟丙酮脂肪酸 乙酰 CoA 氨基酸碳架 氨基酸 蛋白质脂肪蛋白质 氨基酸 酮酸或乙酰 CoA 脂肪酸（生酮氨基酸）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苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如 CoA、 NAD+， NADP+，cAMP， cGMP）。 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 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。 各类物质代谢都离不开具有高能磷酸键的各种核苷酸，如 ATP是能量的 “通货 ”，此外 UTP参与多糖的合成， CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰 CoA三酰 甘油脂肪酸氧化糖原（或淀粉）1， 6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物糖分解和糖异生途径中相对独立的单向反应糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1， 6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶ATP携带能量ATPADP+Pi太阳能化学能生物合成细胞运动膜运输通过 NADPH循环将还原力由分解代谢转移给生物合成反应NADPH+H+NADP+分解代谢还原性有机物还原性生物合成反应氧化物还原性生物合成产物氧化前体代谢的基本要略代谢的基本要略在于 形成 ATP、还原力和构造单元 以用于生物合成。 由 ATP、还原力和构造单元可合成各类生物分子，并进而装配成生物不同层次的结构。生物合成和生物形态建成是一个耗能和增加有序结构的过程，需要由物质流、能量流 和信息流来支持。脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰 CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环 , 氧化脱下的氢由电子传递链传递给氧生成 H2O,释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在 ATP中。大分子降解成基本结构单位生物氧化的三个阶段NADPH生物系统中的能流D（太阳能）（胞液）（线粒体）（ PEP）丙氨酸天冬氨酸谷氨酸（转氨基作用）糖的分解代谢和糖异生的关系一、 代谢调节的概念二、 酶水平的调节三、 细胞结构对代谢途径的分隔控制调节四、 激素调节和跨膜信号转导第二节第二节 代谢调节代谢调节代 谢 调 节生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。代谢调节的三级水平：酶水平调节细胞水平调节多细胞整体水平调节激素水平调节神经水平调节1、 酶的别构效应酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节酶活性的前馈和反馈调节2、 产能反应与需能反应的调节产能反应与需能反应的调节3、 酶的共价修饰与级联放大机制酶的共价修饰与级联放大机制二、酶水平的调节二、酶水平的调节酶活性的前馈和反馈调节前馈（ feedforward ）和反馈（ feedback ）分别说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的 变构效应 来实现的。S0 SnS2S1E0 E1 En-1或+ 或+ 反馈前馈一价反馈抑制多价反馈抑制反馈抑制反馈调节中酶活性调节的机制代谢物别构中心活性中心6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用G UDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原 合酶ATP ADP UTP PPi 葡萄糖丙酮酸羧化酶乙酰 CoA磷酸烯醇式丙酮酸1， 6-二磷酸果糖草酰乙酸-酮戊二酸拧檬酸天冬氨酸氨基酸蛋白质嘧啶核苷酸核酸氨甲酰天冬氨酸+ +磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应的调节控制氨基酸合成的反馈调控反硝化作用氧化亚氮氨甲酰磷酸分支酸脱氧庚酮糖酸 -7-磷酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸赤藓糖 -4-磷酸脱氢奎尼酸莽草酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸 +预苯酸TyrPhe Trp IleTrpHisCTP AMPGlnLysMet Thr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合成酶天冬氨酰半醛高丝氨酸氨基苯甲酸细胞能量状态指标能荷 = ATP+0.5ADPATP+ADP+AMPATPADP PiATP系统质量作用比 =糖酵解与三羧酸循环途径的调节丙酮酸 G细胞液柠檬酸 乙酰 CoA柠檬酸草酰乙酸-酮戊二酸乙酰 CoA 丙酮酸 线粒体G-6-P F-6-P F-1.6-2P磷酸果糖激酶PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATPNADH O2ATP ADP+PiAMP + ATP 2ADP PiPi激酶+ - -+- -己糖激酶丙酮酸脱氢酶柠檬酸合成酶-酮戊二酸脱氢酶酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或脱去某些修饰基团，引起酶分子构象的改变，使其活性得到调节，这种方式称为 酶的共价修饰(Covalent moldification).目前已知有六种修饰方式： 磷酸化/去磷酸化，乙酰化 /去乙酰化，腺苷酰化 /去腺苷酰化，尿苷酰化 /去尿苷酰化，甲基化 /去甲基化，氧化 （ S-S） /还原 (2SH)。激酶ATP ADP磷酸化酶 b（无活性）磷酸化酶 a P（有活性）磷酸酯酶-OH H2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰共价修饰级联系统调控示意图意义 ： 由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。肾上腺素或胰高血糖素1、 腺苷酸环化酶（无活性） 腺苷酸环化酶（活性）2、 ATPcAMPR、 cAMP3、 蛋白激酶（无活性） 蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶 b（无活性） 磷酸化酶 a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATP ADPATP ADP456cAMP激活蛋白激酶的作用机理糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控糖原的分解和合成都是根据肌体的需