第十四章物质代谢相互联系

1、（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系（四）核酸与其他物质代谢的相互关系（四）核酸与其他物质代谢的相互关系（一）酶水平调节（一）酶水平调节（二）酶在（二）酶在细胞细胞内的集中存在与隔离分布（细胞水平调节）内的集中存在与隔离分布（细胞水平调节）（三）激素对代谢的调节（三）激素对代谢的调节（四）神经系统对代谢的调节（四）神经系统对代谢的调节（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系(1

2、)1.糖可以在生物体内变成脂肪。糖可以在生物体内变成脂肪。过程：过程：GlucosePyruvate-Acetyl-CoAFatty Acid-Lipid 2.脂肪能转变成糖吗？脂肪能转变成糖吗？ 脂肪分子中所含的甘油可以经糖原异生作用变成脂肪分子中所含的甘油可以经糖原异生作用变成糖原糖原,由脂肪分子所含的脂肪酸分解而成的乙酰由脂肪分子所含的脂肪酸分解而成的乙酰CoA也也可通过三羧酸循环转变为草酰乙酸后，有少量转变为可通过三羧酸循环转变为草酰乙酸后，有少量转变为糖糖Lipid-glycerol +fatty acid glycerol -phosphate glycerol -DHAP-hep

3、atin fatty acid-acetyl-CoA-OAA- hepatin 结论：在动物体内脂肪不能大量转变为糖脂肪不能大量转变为糖在植物或微生物体内在植物或微生物体内acetyl-CoA-succinyl CoA- hepatin (油料作物种子最明显）油料作物种子最明显）糖与其他物质代谢的相互联系（二）糖代谢与蛋白质代谢（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系的关系1.糖可以转变为非必需氨基酸，但是糖不能在体内合成必需的氨糖可以转变为非必需氨基酸，但是糖不能在体内合成必需的氨基酸基酸GlucosePyruvate-Ala GlucosePyruvate-a-ketoglutarate-Glu 2

4、.蛋白质水解变为氨基酸，氨基酸可以通过多种途径转变为蛋白质水解变为氨基酸，氨基酸可以通过多种途径转变为糖糖(设计实验证明蛋白质可转变为糖）。设计实验证明蛋白质可转变为糖）。Protein-AAa-ketotate(Ala Pyruvate AspOAA Glu- a-ketoglutarate)hepatinArg His Pro - a-ketoglutarate- hepatinPhe TyrOAA hepatinSer Gly Thr Trp Val Cys Pyruvate-hepatin（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系1.由脂肪合成蛋白质的可能

5、性是有限的，实际上仅限于由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。Fatty acid-acetyl-CoAscitrate- a-ketoglutarate-Glu2.蛋白质可在动物体内转变为脂肪，不过这种转蛋白质可在动物体内转变为脂肪，不过这种转变是间接的。变是间接的。生酮氨基酸或生酮兼生糖氨基酸（生酮氨基酸或生酮兼生糖氨基酸（Tyr Phe Leu Ile Trp Lys)-acetyl-CoAFatty acid生糖氨基酸生糖氨基酸丙酮酸丙酮酸甘油甘油物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系(2)（四）核酸与其他物质代谢的相（四）核酸与其他物质代谢的相互关系互关系1.蛋白质代谢

6、为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料（蛋白质代谢为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料（Gly Gln Asp)；2.糖类能产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的来源。糖类能产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的来源。3.许多核苷酸在代谢中起着重要作用（许多核苷酸在代谢中起着重要作用（ATP UTP CTP GTP）。）。核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质的合成影核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质的合成影响细胞的组成成分和代谢类型。响细胞的组成成分和代谢类型。糖类、脂类、蛋白质、核酸代谢的相互联系碱碱 基基蛋白质蛋白质 脂脂氨基酸氨基酸 糖糖核核 酸酸乙酰乙酰CoA植植 物物 中中酮酮

7、酸酸生物界代谢的调节，可分为生物界代谢的调节，可分为4个水平：酶水平调节、个水平：酶水平调节、细胞水平调节、激素水平调节、神经水平调节。细胞水平调节、激素水平调节、神经水平调节。二二 代谢的调节代谢的调节酶和细胞水平的调节是最基本的调节方式，为动酶和细胞水平的调节是最基本的调节方式，为动植物和单细胞生物所工共有。激素和神经的调节植物和单细胞生物所工共有。激素和神经的调节是随着生物发展而完善起来的。但高级水平的神是随着生物发展而完善起来的。但高级水平的神经和激素的调节仍然是以酶水平和细胞水平的原经和激素的调节仍然是以酶水平和细胞水平的原始调节为基础的。始调节为基础的。神经水平的调节激素水平的调节

8、细胞水平的调节酶水平的调节动物动物、植物单细胞生物、动物、植物单细胞生物、动物、植物进化方向生物进化与调节机制的出现（一）酶水平调节（一）酶水平调节1.酶活性的调节（质的调节）2.酶合成的调节（量的调节）1. 酶活性的调节酶活性的调节（1）别构调节作用）别构调节作用一般为寡聚酶，由催化亚基和调节亚基组成，别构效一般为寡聚酶，由催化亚基和调节亚基组成，别构效应物与调节亚基结合，引起酶分子的构象发生变化，应物与调节亚基结合，引起酶分子的构象发生变化，从而改变酶的活性。从而改变酶的活性。反馈调节（包括正反馈和负反馈）是别构调节的一种，反馈调节（包括正反馈和负反馈）是别构调节的一种，它主要是通过代谢途

9、径中与酶有直接关系的化合物进行它主要是通过代谢途径中与酶有直接关系的化合物进行的的某些代谢途径中的别构酶及别构剂别构酶己糖激酶果糖磷酸激酶丙酮酸激酶柠檬酸合成酶异柠檬脱氢酶丙酮酸梭化酶果糖二磷酸酶磷酸化酶b乙酰-Coa羧化酶谷氨酸脱氢酶CPS-1别构激活剂AMP ADP FDP PiFDP PEP PiAMPAMP ADP NAD乙酰-Coa ATPATPAMP G-1-P Pi柠檬酸ADP别构抑制剂G-6-PATP 柠檬酸ATP 柠檬酸 乙酰-Coa ATP 长链脂肪酰-CoaATP NADHADPFDP AMP ATP G-6-P长链脂肪酰-CoaGTP ATPN-乙酰谷氨酸远距离调空体系

10、不同类型的可逆共价修饰作用：不同类型的可逆共价修饰作用：磷酸化磷酸化/脱磷酸化；脱磷酸化； 乙酰化乙酰化/脱乙酰化；脱乙酰化； 腺苷酸化腺苷酸化/脱腺苷酸脱腺苷酸化；化； 尿苷酸化尿苷酸化/脱尿苷酸化；脱尿苷酸化； ADP-核核糖基化；糖基化； 甲基化甲基化/脱甲基化；脱甲基化； S-S/SH相互转变。相互转变。共价修饰调节对调节信号有放大作用。如磷酸化酶激共价修饰调节对调节信号有放大作用。如磷酸化酶激活的级联反应。活的级联反应。（2）共价修饰调节作用）共价修饰调节作用酶类磷酸化酶磷酸化酶b激酶糖原合成酶丙酮酸脱氢酶激素敏感的脂肪酶谷氨酰胺合成酶反应类型磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/

11、脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化腺苷酰化/脱腺苷酰化修饰前后活力的变化增加/降低增加/降低降低/增加降低/增加增加/降低降低/增加酶促化学修饰对酶活力的调节ATPATPcAMP+PPi无活力蛋白激酶 有活力蛋白激酶肾上腺素胰高血糖素腺苷酸环化酶ADP无活力磷酸化酶 b激酶（脱磷酸）有活力磷酸化酶 b激酶ATPADP磷酸化酶b磷酸化酶a磷酸化磷酸化酶激活的级联反应磷酸化酶激活的级联反应酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。（1）原核生物基因表达调节）原核生物基因表达调节19601961年，年，J. Monod 和和 F. Jacob 提出乳糖操提

12、出乳糖操纵子模型（纵子模型（lac operon model）。）。酶合成的诱导作用酶合成的诱导作用降解物的阻遏作用降解物的阻遏作用酶合成的阻遏作用酶合成的阻遏作用2. 基因表达的调节基因表达的调节ayzopioCAP（catabolite activator protein)与与cAMP形成复合物，结合在形成复合物，结合在lac operon的的启动基因上，促进转录的进行。启动基因上，促进转录的进行。cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。 结构基因结构基因Structural gene控制位点控制位点Control site 调节基因调节基因

13、 Regulator geneayopiz诱导物诱导物( 乳糖）乳糖）诱导物诱导物-阻遏阻遏蛋白复合物蛋白复合物乳糖操纵子乳糖操纵子(Lactose operon)阻遏蛋白repressor protein当细菌在含有葡萄糖当细菌在含有葡萄糖 和乳糖的培养基中生长时，首先和乳糖的培养基中生长时，首先利用葡萄糖，而不利用乳糖。只有当葡萄糖耗尽后，利用葡萄糖，而不利用乳糖。只有当葡萄糖耗尽后，细菌生长经过一段停滞期，出现二度生长曲线，不久细菌生长经过一段停滞期，出现二度生长曲线，不久在乳糖的诱导下，分解乳糖代谢的酶开始合成，细菌在乳糖的诱导下，分解乳糖代谢的酶开始合成，细菌才能利用乳糖。这种现象称

14、为降解物阻遏作用。才能利用乳糖。这种现象称为降解物阻遏作用。解释：葡萄糖分解代谢的降解物能抑制腺苷酸环化酶解释：葡萄糖分解代谢的降解物能抑制腺苷酸环化酶活性，同时活化磷酸二脂酶，结果是降低活性，同时活化磷酸二脂酶，结果是降低cAMP浓度，浓度，此时调节基因的产物（代谢产物活化蛋白此时调节基因的产物（代谢产物活化蛋白CAP）不能）不能被被cAMP活化，而形成活化，而形成cAMP- CAP复合物，使许多参复合物，使许多参与分解代谢的酶基因不能转录。与分解代谢的酶基因不能转录。降解物的阻遏作用降解物的阻遏作用酶合成的阻遏作用酶合成的阻遏作用大肠杆菌色氨酸操纵子模型说明了某些代谢产物阻止细胞内酶生成的

15、机制调节基因：R结构基因：E D C A B操纵基因：O启动基因：P前导序列：L（leading sequence)衰减子：A（attenuator)opLatrpR trpPtrpOtrpE trpDtrpC trpB trpAABCDEopLatrpRtrpPtrpO trpE trpD trpCtrpB trpATrp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子所合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰减调节。引起的衰减调节。Trp操纵子的阻遏机制操纵子的阻遏机制E. coli 色氨酸操纵子模型色氨酸操纵子模型阻遏蛋白原色氨酸或色氨酸-tRNATrp为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的

16、调控、转录后水平的为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。1.转录前水平调控转录前水平调控:染色质的丢失、基因扩增、基因重排、基因修饰染色质的丢失、基因扩增、基因重排、基因修饰2.转录水平上的调控：顺式作用元件、反式作用因子及它们之间的相互转录水平上的调控：顺式作用元件、反式作用因子及它们之间的相互作用。顺式作用元件包括启动子和增强子。反式作用因子包括各种蛋白作用。顺式作用元件包括启动子和增强子。反式作用因子包括各种蛋白质调控因子。质调控因子。3.转录后水平的调控：转录产物的加工和转运的调节。转录后水平的调控：转录产物的加工和转运的调节。4.翻译后水平调控：包括多肽链的加工和折叠。翻译后水平调控：包括多肽链的加工和折叠。（2）真核生物基因表达的调控）真核生物基因表达的调控（二）酶在（二）酶在细胞细胞内的集中存在与隔离分布（细胞水平调内的集中存在与隔离分布（细胞水平调节）节）1.原核生物无明显的细胞器，其细胞膜上有各种代谢所需的酶。如参与呼吸链、氧化磷酸化、磷脂及脂肪酸生物合成的各种酶类都存在于质膜上