代谢调节代谢途径间及细

关于代谢调节代谢途径间及细本章内容一、细胞代谢途径的调节网络；二、酶促反应的前馈和反馈；三、细胞结构对代谢的控制；四、神经体液的调节作用；五、基因表达的调控机制。第2页,共39页，2024年2月25日，星期天一、代谢途径间的调节网络所有细胞都是由四类生物大分子(多糖、脂类复合物、蛋白质和核酸)、为数有限的生物小分子、无机盐和水所组成。第3页,共39页，2024年2月25日，星期天生物大分子结构特点多糖——由一种或多种单糖聚合而成；蛋白质——由20种氨基酸残基组成；核酸——RNA由4种苷酸组成、DNA——由4种脱氧核糖核苷酸组成的无分支长链线型分子。脂类——属于生物小分子，但可聚集成超分子结构，因此，将脂类复合物也归为生物大分子。第4页,共39页，2024年2月25日，星期天（一）代谢途径的交叉网络细胞内代谢种类多、繁杂。若各自独立，则极其庞乱，细胞无法容纳。细胞代谢：将物质或反应进行分类，纳入各自的代谢途径，以少数种类的反应（例如，氧化还原、基团转移、水解合成、基团脱加及异构反应等）转化为种类繁多的分子。各途径可经交叉点、关键中间代谢物相互转化。使各代谢相互沟通，形成经济有效、运转良好的代谢网络通路。细胞内具有三个最关键的中间代谢物：葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸和乙酰辅酶A。第5页,共39页，2024年2月25日，星期天

糖、脂类、蛋白质和

核酸的相互转变1.糖代谢与蛋白质代谢的相互关系

糖代谢：糖——机体重要的碳源和能源，可生成相应的氨基酸。例如：糖→氧化分解→丙酮酸→TcA→α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、草酰乙酸。（如图）几种α-酮酸→氨基化→多种氨基酸。糖分解→ATP→为氨基酸和蛋白质合成供能。第6页,共39页，2024年2月25日，星期天糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的相互关系示意图

（糖分解产生的几种α-酮酸与氨基酸的关系）第7页,共39页，2024年2月25日，星期天蛋白质代谢转化为糖蛋白质→分解→氨基酸→糖（体内）。某些AA→脱氨→丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、草酰乙酸→异生→葡萄糖和糖原。称这些AA称为生糖氨基酸。例如，甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、组氨酸、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、异亮氨酸和色氨酸也能产生糖。（如图）第8页,共39页，2024年2月25日，星期天糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的相互关系示意图

(氨基酸除生糖外还可生成酮体和脂肪）第9页,共39页，2024年2月25日，星期天2.脂类代谢与蛋白质代谢的联系细胞膜由类脂和蛋白质组成。脂肪→分解→能量∴称脂肪为贮能物质脂类与蛋白质之间可以互相转变脂类①甘油→丙酮酸→草酰乙酸、α-酮戊二酸→琥珀酰CoA→氨基化→各种氨基酸②脂肪酸→β-氧化→乙酰CoA→与草酰乙酸缩合→TcA→Asp、Glu等氨基酸。第10页,共39页，2024年2月25日，星期天TcA形成氨基酸需补充有机酸事实上，由乙酰辅酶A进入TcA转化形成氨基酸需要消耗有机酸，如无补充反应将不能进行。在植物和微生物中存在乙醛酸(CHOCOO-)循环。可以由二分子乙酰辅酶A合成一分子琥珀酰CoA，以增加TcA中的有机酸，从而促进脂肪酸合成氨基酸。第11页,共39页，2024年2月25日，星期天蛋白质转变成脂肪在动物体内蛋白质可转变成脂肪。生酮AA有Leu、Ile、Phe、Tyr及Try等，上列AA→代谢→乙酰乙酰CoA①→乙酰乙酸（酮体）

②→缩合→脂肪酸生糖AA→丙酮酸→甘油生糖AA→丙酮酸→氧化脱羧→乙酰辅酶A→羧化→丙二酸单酰辅酶A→脂肪酸（如图）磷脂分子中的胆胺或胆碱，是由Ser脱羧形成。第12页,共39页，2024年2月25日，星期天糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的相互关系示意图

（生酮AA）酮体第13页,共39页，2024年2月25日，星期天3.糖代谢与脂类代谢的相互联系糖与脂类可互相转变。主要步骤：①糖→酵解→磷酸二羟丙酮→丙酮酸磷酸二羟丙酮→还原→甘油丙酮酸→氧化脱羧→乙酰辅酶A→缩合→脂肪酸甘油+脂肪酸→脂类第14页,共39页，2024年2月25日，星期天②脂类→分解→甘油+脂肪酸甘油→磷酸化→α-甘油磷酸→磷酸二羟丙酮→糖异生→糖脂肪酸转变为糖是有限度的。脂肪酸通过β—氧化，生成乙酰辅酶A。植物或微生物：乙酰辅酶A→乙醛酸循环→缩合为琥珀酸→补充TcA中的有机酸→草酰乙酸→脱羧→丙酮酸→糖。动物体内：乙酰辅酶A→TcA→CO2+H2O，成糖机会很少同位素实验表明：动物体内脂肪酸→转变成糖，需要补充TcA中的有机酸。第15页,共39页，2024年2月25日，星期天糖代谢受阻与动用脂肪糖尿病：糖代谢障碍，体内依靠脂类氧化供能。因此，动用脂肪，运到肝脏氧化，结果产生大量酮体，必须经血液运到其他组织，如肌肉组织，再被氧化供能。酮体为酸性，血液中酮体含量增高时，易发生酸中毒。饥饿时：体内无糖供能，也会大量动用脂肪，易造成酮体过多。以上均可导致不同程度的脂类代谢紊乱。第16页,共39页，2024年2月25日，星期天4.核酸代谢与糖、脂肪及

蛋白质代谢的联系核酸——是遗传物质，它通过控制蛋白质合成，影响细胞的组成和代谢类型。核酸——不是重要的碳、氮源和能源。许多核苷酸——在代谢中起重要作用。例如，ATP——能量转移和磷酸化的重要物质；UTP——参与单糖转变和多糖合成；CTP——参与卵磷脂合成。GTP——为蛋白质合成所需的重要能量物质。此外，许多辅酶：辅酶A、烟酰胺核苷酸等，都是AMP的衍生物。第17页,共39页，2024年2月25日，星期天核酸的合成——受多种物质特别是蛋白质的调节和控制作用。例如：Gly、Asp、Gln参加嘌呤合成，Asp、Gln参加嘧啶环的合成。核酸的合成——除需要酶催化外，还需要多种蛋白质因子和核糖参与作用。综上所述，糖、脂类、蛋白质和核酸在代谢中彼此影响，相互转化密切相关。TcA不仅是共通途径，而且也是联系渠道。氧化磷酸化是产能的共通途径。各途径可自身控制与调节，转化是有节制的。（如图）第18页,共39页，2024年2月25日，星期天糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的相互关系示意图

酮体蛋白质核酸淀粉、糖原脂肪第19页,共39页，2024年2月25日，星期天(二）分解和合成代谢的单向性代谢途径多为可逆过程。然而，实际上代谢过程均为单向反应。在一条代谢途径中，某些关键部位的正、逆反应往往由不同酶催化。因此，称为相对立的单向反应（或底物循环）。合成是吸能反应，通常多与ATP水解相偶联。降解则是放能反应。这些吸、放能反应均远离平衡点，从而保证了反应的单向进行。第20页,共39页，2024年2月25日，星期天正向(a)与ATP的水解相偶联；逆向(b)多是水解反应或分解反应，∴不可逆。如果(a)和(b)均处于非控制状态，将导致水解高能磷酸键的空转。实际上由于(a)和(b)同时受细胞控制，因而它们均为代谢调节的关键步骤或限速步骤。第21页,共39页，2024年2月25日，星期天(三)ATP——能量载体绿色植物和光合细菌可利用太阳能，一般生物只能利用分解代谢所产生的化学能。葡萄糖因结构有序而含有较高的势能。∴葡萄糖→氧化降解→CO2+H2O+自由能释放的自由能多不被贮存，而以热能形式散发在活细胞的分解代谢中：有机物→降解→放能→偶联ATP合成→贮存能量→ATP将能量传递给需能过程。由此可见，ATP是细胞主要的能量传递者、载体。（如图）第22页,共39页，2024年2月25日，星期天ADP由能源获得能量→ATP传递给需能细胞利用第23页,共39页，2024年2月25日，星期天（四）NADPH以还原力形式携带能量第二种载能方式：先形成H或e还原力，如NADPH。再以供H或e的还原力形式参与合成代谢。生物合成——是还原性反应过程。NADPH是生物合成反应的H和e供体。NADPH的作用如图第24页,共39页，2024年2月25日，星期天（五）代谢要点在于形成ATP、还原力

和构造单元以用于生物合成ATP来源：①底物水平磷酸化可产生有限的ATP．②绿色植物和光合细菌的光合磷酸化、呼吸链的氧化磷酸化等是ATP的主要来源。还原力的产生：①绿色植物→光照→电子传递→用于还原NADP+；②光合细菌的NADPH是由外源还原剂产生或分解代谢供给。（如上图）

③NADPH主要来自戊糖磷酸途径。此外，当乙酰辅酶A由线粒体转移到胞浆时，伴有NADH的氧化和NADPH的生成。所产生的NADPH可用于脂肪酸合成。(如图)第25页,共39页，2024年2月25日，星期天第26页,共39页，2024年2月25日，星期天三大营养物质分解的三个步骤第一步大分子→降解→小分子单元;第二步各构造单元分子→乙酰辅酶A；（在这一阶段可产生还原力NADPH和少量ATP）第三步乙酰辅酶A→TcA→CO2+H2O+ATP每个二碳单位给出4对电子，经氧化磷酸化产生大量ATP（如图）第27页,共39页，2024年2月25日，星期天产能营养成分分解三个步骤

第28页,共39页，2024年2月25日，星期天二、酶的调节机体代谢相互联系，错综复杂。必然存在精确的调节机制。代谢平衡是动态的、相对的。平衡是随环境变化通过机体代谢过程的调节和控制达到的。生物机体正是在这种不断地运动中才能得到发展和生存。生物体对代谢过程的调控是在生物进化中，经自然选择逐步建立的。第29页,共39页，2024年2月25日，星期天“酶水平”的调节酶的两种功能：其一，催化生化反应，是生物催化剂；其二，调控代谢速度、方向和途径，是新陈代谢的调节元件。酶调节的两种方式：其一，通过变构效应和共价修饰调节现有酶的催化活性；其二，通过影响酶合成或降解速度，改变酶分子的含量。其中，合成属基因表达调控。这种“酶水平”的调节机制，是代谢的最关键的调节。第30页,共39页，2024年2月25日，星期天酶系统决定细胞代谢物反应质量作用定律表明，反应速度与反应物的摩尔浓度乘积成正比。[S]↑→正反应速度↑；反之，[P]↑→

逆反应↑。因此，代谢物浓度在一定范围内对代谢起调节作用。然而，这种调节是有限的。细胞代谢主要受到酶的调节，不同细胞的代谢物的反应有显著差别，这是由细胞内酶系统不同的结果。第31页,共39页，2024年2月25日，星期天酶促反应的前馈和反馈；能荷的调节；连锁反应中酶的连续激活；蛋白酶对酶活性的影响；酶的共价修饰。下面介绍:第32页,共39页，2024年2月25日，星期天（一）

酶促反应的前馈和反馈前馈：输入对输出的影响；反馈：输出对输入的影响。这两个术语来自电子工学。前馈和反馈又可有正、负前馈和反馈之分。凡能使代谢速度加快的作用，均称为正馈作用；反之，则称为负作用。（如图）第33