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生物化学 第十四章 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 二、细胞水平的代谢调节 三、激素水平的代谢调节 四、神经水平的代谢调节 上一页下一页章首 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 (二) 糖代谢与蛋白质代谢的相互关系 (三) 脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系 上一页章首 (四) 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 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 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 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 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 节首 上一页下一页章首 糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：如糖分 解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA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 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。 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 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 -酮酸 氨基酸 蛋白质 NH3 蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖 （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 蛋白质氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪 （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备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。 节首 上一页下一页章首 （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 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 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 酶或酶系所在区域酶或酶系所在区域 糖酵解酶系 TCA酶系 磷酸戊糖途径酶 系 脂肪酸氧化酶系 脂肪酸合成酶系 尿素合成酶系 胞浆 线粒体 胞浆 线粒体 胞浆 线粒体和胞 浆 蛋白质合成酶 系 DNA聚合酶 RNA聚合酶 水解酶类 粗面内质 网 细胞核 细胞核 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 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 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 类型：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) 举例：糖原磷酸化酶 意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是级联放大的 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 1、酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物） 操纵子学说： 2、酶的降解 操纵子概念：在DNA分子的不同区域分布着 一个调节基因和一个操纵子，一个操纵子包 括一个操纵基因，一群功能相关的结构基因 ，以及在调节基因和操纵基因之间专管转录 起始的启动基因。 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 当有信号分子（诱导物） 时阻遏蛋白从DNA上脱离 信号分子（诱导物） 阻遏蛋白 当无诱导物（信 号分子存在时） 乳糖操纵子： 乳糖可作为诱导物 诱导分解利用乳糖 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 合成产物激活而与操纵基因结合 辅阻遏物（合成产物） 阻遏蛋白 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 活。转录酶使结构基因转录， 蛋白质酶合成使合成代谢开始 色氨酸操纵子： 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 促进转录酶结合于启动子上 从而促进结构基因的转录 辅阻遏物使转录因子失活 而从DNA上脱离也使RNA 聚合酶不能结合于DNA上 活性转录因子 抑制信号 （辅阻遏物） 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 子被激活而结合于DNA上， 促进RNA聚合酶结合于DNA 促进结构基因转录 无诱导物存在： 转录因子无活性而从DNA脱离 RNA聚合酶不能结合于DNA 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 阻遏蛋白 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 糖 操 纵 子 的 负 调 控 调节 基因 操纵 基因 乳糖结构基因 P LacZLacYLaca mRNA 阻遏蛋白 （有活性） 基 因 关 闭 启动 子 O R PLacZLacYLacA 调节 基因 操纵 基因 乳糖结构基因 启 动 子 O R mRNAZmRNAYmRNAA 阻遏蛋白 （无活性） 基 因 表 达 mRNA A、乳糖操纵子的结构 B、乳糖酶的诱导 乳糖 阻遏蛋白 （有活性） 节首 上一页下一页章首 乳糖操纵子的正调控 RLacZLacYLacA mRNA mRNAZmRNAYmRNAA 基 因 表 达 CAP 基因 结构基因 T CAP O CAP结 合部位 RNA 聚合酶 T cAMP - CAP P 葡萄糖 分解代 谢产物 腺苷酸 环化酶 磷酸二 酯酶 ATP cAMP 5-AMP 抑制 激活 葡萄糖降解物与cAMP的关系 cAMP CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein） 降低cAMP浓度 使CAP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 激素的分类 1、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 2、肽及蛋白质激素：胰岛素、降钙素等 3、固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素 4、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： 1、细胞膜受体： 水溶性激素， 激素受体复合物， 第二信使：cAMP 2、细胞浆受体 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 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 （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