生物化学考研考研物质代谢的联系及调节

生物化学考研考研物质代谢的联系及调节第1页，课件共57页，创作于2023年2月细胞代谢及其相互联系与调节第一部分细胞代谢网络第二部分代谢调节第三部分基因表达调控练习题

细胞是生物体的结构和功能单位，细胞代谢是一切生命活动的基础。细胞代谢包括物质代谢、能量代谢和信息代谢三个方面，生物机体的新陈代谢是一个完整统一的过程，并且存在复杂的调控机制。第2页，课件共57页，创作于2023年2月第一部分细胞代谢网络及特点第一节细胞代谢的概念和内涵第二节细胞代谢主要途径第三节代谢途径交叉形成网络第四节细胞代谢的一些特点第3页，课件共57页，创作于2023年2月新陈代谢的概念及内涵

小分子大分子合成代谢（同化作用）需要能量

释放能量分解代谢（异化作用）大分子小分子物质代谢能量代谢新陈代谢信息交换体外环境环境机体第4页，课件共57页，创作于2023年2月脂肪葡萄糖、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第5页，课件共57页，创作于2023年2月生物界能量传递及转化总过程太阳电子传递合成分解电子传递光合作用呼吸作用生命现象自养细胞异养细胞ATPADP(CH2O)+O2(CO2)+H2OATPADP（光能）（电能）（化学能）（化学能）（电能）（化学能）生物合成机械功主动运输生物发光生物发电生物发热第6页，课件共57页，创作于2023年2月二、细胞代谢主要途径1、糖代谢主要途径2、脂类代谢主要途径3、蛋白质和核酸酶促降解4、氨基酸及核苷酸代谢主要途径5、生物氧化及电子传递和氧化磷酸化

第7页，课件共57页，创作于2023年2月三、代谢途径交叉形成网络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、蛋白质代谢的联系第8页，课件共57页，创作于2023年2月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丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖-酮戊二酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸延胡索酸琥珀酸草酰乙酸磷脂第9页，课件共57页，创作于2023年2月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α-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)-氧化糖异生TCA乙醛酸循环第10页，课件共57页，创作于2023年2月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第11页，课件共57页，创作于2023年2月糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白质

NH3蛋白质氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）第12页，课件共57页，创作于2023年2月（胞液）（线粒体）葡萄糖6-P-葡萄糖1-P-葡萄糖糖原6-P-果糖ATPADP1,6-二P-果糖PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)丙酮酸乳酸丙酮酸柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸琥珀酸CO2苹果酸草酰乙酸ADPATPHCO3-苹果酸草酰乙酸GTPGDPCO2H2OPiPi谷氨酸（转氨基作用）天冬氨酸丙氨酸H2OPi葡萄糖分解和糖异生以及氨基酸代谢的关系

乙酰CoACO2第13页，课件共57页，创作于2023年2月（胞液）（线粒体）PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)丙酮酸柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸琥珀酸CO2苹果酸GTP苹果酸草酰乙酸GTPGDPCO2谷氨酸丙氨酸NADH三种AA氧化分解途径葡萄糖乙酰CoACO2草酰乙酸丙酮酸NADHFADH2NADHATPNADH+CO2NADH糖异生作用天冬氨酸第14页，课件共57页，创作于2023年2月Ala/Asp/Glu氧化分解生成ATP计算

氨基酸产生NADH产生FANH2产生A(G)TP*兑换ATP总数Ala**41112.5Asp**

41112.5

Glu**62220.0

***(或7)(或22.5)*兑换率以一分子NADH氧化生成2.5ATP，一分子FADH2氧化生成1.5ATP计算；**

Ala/Asp/Glu在转氨酶催化下脱氨基；***Glu在谷氨酸脱氢酶催化下氧化脱氨基。第15页，课件共57页，创作于2023年2月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）第16页，课件共57页，创作于2023年2月氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

草酰乙酸磷酸烯醇式酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸异亮氨酸甲硫氨酸苏氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸谷氨酸生酮氨基酸生糖氨基酸第17页，课件共57页，创作于2023年2月核酸与糖、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。第18页，课件共57页，创作于2023年2月四、细胞代谢的一些特点1、分解代谢和合成代谢的单向性2、ATP是通用的能量载体3、NADPH

以还原力形式携带能量第19页，课件共57页，创作于2023年2月通过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第20页，课件共57页，创作于2023年2月磷酸戊糖途径的两个阶段

2、非氧化分子重排阶段

6

核酮糖-5-P

5

果糖-6-P

5

葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段

6

G-6-P

6

葡萄糖酸-6-P

6

核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6ADPH+6H+6CO26H2O第21页，课件共57页，创作于2023年2月脂肪酸生物合成的反应历程β-烯丁酰ACPCH3COCH2C0-SACP

丁酰ACPCH3CH(OH)CH2C0-SACP

CH3CH=CH2C0-SACPCH3CH2CH2C0-SACP

β-酮丁酰ACPβ-羟丁酰ACPCH3COCoACH3COACPHOOCCH3COACPHOOCCH3COCoACH3COCoACO2+ACPC2C2C2C2C2C2NADPH+H+NADP+NADP+NADPH+H+H2OCH3(CH2)14C0-SACP+CO2ACP还原酶还原酶脱水酶第22页，课件共57页，创作于2023年2月糖分解和糖异生途径中相对独立的单向反应

二磷酸果糖磷酸酯酶

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羧激酶第23页，课件共57页，创作于2023年2月ATP携带能量由能源传递给细胞的需能过程ATPADP+Pi太阳能化学能生物合成细胞运动膜运输ATP供能的方式:1、水解释放自由能2、转移磷酸基团ATP产生的方式:1、底物水平磷酸化2、电子传递水平磷酸化第24页，课件共57页，创作于2023年2月第一节细胞结构对代谢途径的分隔控制调节第二节酶水平的调节第三节激素调节和跨膜信号转导第二部分代谢调节

生物机体的新陈代谢是一个完整统一的过程，并且存在复杂的调节机制。生物机体的代谢调节在三个不同的水平上进行，即酶水平调节，细胞水平调节，多细胞整体水平调节（激素水平、神经水平调节），其中酶水平是最基本的调节方式。所有这些调节机制都是在基因产物蛋白质（可能还有RNA）的作用下进行的，也就是说与基因表达有关。第25页，课件共57页，创作于2023年2月一、酶的别构效应(酶活性的前馈和反馈调节)二、酶的共价修饰与级联放大机制三、产能反应与需能反应的调节第二节酶水平的调节第26页，课件共57页，创作于2023年2月细胞结构和酶的空间分布线粒体丙酮酸氧化三羧酸循环-氧化呼吸链电子传递氧化磷酸化细胞质

酵解磷戊糖途径糖原合成脂肪酸合成细胞核DNA复制RNA合成和加工内质网蛋白质合成磷脂合成第27页，课件共57页，创作于2023年2月细胞膜结构对代谢途径的分隔控制调节控制跨膜离子浓度梯度梯度和电化梯度控制细胞和细胞器物质运输内膜系统对代谢途径的分隔作用膜与酶的可逆结合第28页，课件共57页，创作于2023年2月酶活性的前馈和反馈调节

前馈（feedforward）和反馈（feedback）是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别借用来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。S0SnS2S1E0E1En-1或+—或+—反馈前馈第29页，课件共57页，创作于2023年2月反馈调节中酶活性调节的机制代谢物别构中心活性中心第30页，课件共57页，创作于2023年2月6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原合成酶ATPADP

UTPUDPG

第31页，课件共57页，创作于2023年2月脂肪酸合成的调节乙酰-CoA丙二酸单酰-CoA软脂酸-CoA丙酮酸柠檬酸胰高血糖素、肾上腺素（引发磷酸化/活化）柠檬酸裂解酶丙酮酸脱氢酶复合体胰岛素（引发磷酸化/活化）乙酰-CoA羧化酶第32页，课件共57页，创作于2023年2月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TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛高丝氨酸氨基苯甲酸第33页，课件共57页，创作于2023年2月酶的共价修饰

某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性。这类酶称为共价修饰酶。目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶。

由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应，所以日益引人注目。AP1GEDCBHEa-bEc-dEc-g关键酶（限速酶）P2第34页，课件共57页，创作于2023年2月

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ATPADP磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶aP（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：蛋白质磷酸化和脱磷酸化共价修饰方式

第35页，课件共57页，创作于2023年2月酶的共价修饰及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ATPADPATPADP肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖456第36页，课件共57页，创作于2023年2月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要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为糖原磷酸化酶和糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。糖原合成酶a(有活性)糖原磷酸化酶b(无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶b(无活性)糖原磷酸化酶a(有活性)PP磷酸激酶磷酸酯酶第37页，课件共57页，创作于2023年2月糖异生作用与糖酵解的协同调节

糖原(或淀粉)葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸6-磷酸果糖果糖-1，6-二磷酸3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖

磷酸果糖激酶I丙酮酸激酶己糖激酶F-2,6-BP+丙酮酸羧化酶2草酰乙酸PEP羧激酶果糖-1,6-二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶

糖异生作用与糖酵解是两条相反的途径，为了避免能量的浪费和途径之间的相互干扰,总是一条途径开放而另外一条途径关闭。两条途径的协同调控是通过糖酵解反应历程中三个部位的调控来实现的。第38页，课件共57页，创作于2023年2月2，6-二磷酸果糖合成和降解的调控

磷酸果糖激酶II（去磷酸化后的酶）F-6-P低血糖果糖二磷酸酶II(磷酸化后的酶)P+—F-2,6-BPATPADPH2OPiATPADPPiH2O激酶磷酸酯酶第39页，课件共57页，创作于2023年2月乙酰-CoA羧化酶活性的磷酸化调节

Pi乙酰-CoA羧化酶单体乙酰-CoA羧化酶多聚体（无活性）（有活性）蛋白质磷酸酶cAMP—依赖蛋白质激酶

ATP

ADPP第40页，课件共57页，创作于2023年2月细胞能量状态指标

能荷=—————————

[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP][ATP][ATP][ADP]ATP系统质量作用比=[NAD(P)H][NAD(P)+]氧化型和还原型脱氢酶辅酶浓度比：第41页，课件共57页，创作于2023年2月柠檬酸循环的调节CoASH柠檬酸顺乌头酸－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸苹果酸草酰乙酸1、底物的可用性调节乙酰CoA

草酰乙酸

２、关键酶活性调节柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶－酮戊二酸脱氢酶ADP+NADHATP-琥珀酰CoANADH-柠檬酸NADH

ATP-异柠檬酸第42页，课件共57页，创作于2023年2月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+PiATPADP+PiATP

NADH

O2ATP

ADP+PiAMP+ATP2ADP

PiPi

PEP羧激酶+++---++----

己糖激酶

丙酮酸脱氢酶

柠檬酸合成酶-酮戊二酸脱氢酶第43页，课件共57页，创作于2023年2月第三节激素调节和跨膜信号转导一、可溶性激素作用模式二、脂溶性激素作用模式第44页，课件共57页，创作于2023年2月甾醇类激素作用原理示意图第45页，课件共57页，创作于2023年2月肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图

ATP

cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）受体环化酶激素G蛋白第二信使第46页，课件共57页，创作于2023年2月cAMP激活蛋白激酶的作用机理

第47页，课件共57页，创作于2023年2月激素对脂代谢的调节甘油三脂脂肪动员激素（肾上腺素、生长激素等）受体修饰受体腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（有活性）ATPcAMP蛋白质激酶（无活性）蛋白质激酶（有活性）激素敏感性脂酶（无活性）激素敏感性脂酶（有活性）脂肪酸+甘油（第一信使）（第二信使）第48页，课件共57页，创作于2023年2月一、基因表达转录调节的原理二、原核基因表达调控的操纵子模型第三节基因表达的调控

蛋白质参与并控制细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和时序的信息编码在核酸分子中表现为特定的核苷酸序列，基因表达即是遗传信息的转录核翻译过程。生物在生长发育的过程中，遗传信息的展现可能按一定时间程序发生改变（时序调节),而且随着内外环境的条件的变换加以调节（适应调节）；也可以在不同水平上进行调节（多水平调节）。第49页，课件共57页，创作于2023年2月基因表达多水平调控DNA转录初产物RNAmRNA蛋白质前体mRNA降解物活性蛋白质转录水平调节转录后加工的调节翻译调节mRNA降解调节翻译后加工的调节核细胞质基因表达调控的七个水平

转录水平调节

转录后加工的调节

翻译水平调节

mRNA降解调节

翻译后加工的调节

蛋白质降解调节

蛋白质投递和降解调节蛋白质降解调节蛋白质投递和降解调节最有效的调节环节第50页，课件共57页，创作于2023年2月

原核基因表达的协同单位—操纵子操纵子结构基因（编码蛋白质，S）控制部位操纵基因（operator,O）启动子（premotor,P）

乳糖(Lac)操纵子模型

阿拉伯糖操纵子模型

色氨酸操纵子模型原核生物基因表达的遗传机制—操纵子学说

第51页，课件共57页，创作于2023年2月操纵子

激活子结合位点阻遏子结合位点几个基因以一个转录单位转录结构基因启动子ABC操纵基因调节顺序

细菌相关功能的结构基因常连在一起，形成一个基因簇，它们编码同一个代谢途径中的不同的酶，也包括与该代谢途径相关功能的基因，例如编码透过酶的基因。一个基因簇受到同一的调控，一开俱开，一闭俱闭