核苷酸代谢与代谢调节

核苷酸代谢与代谢调节第1页，共166页。体外实验资料：1869年Miescher在博士论文工作中测定淋巴细胞蛋白质组成时,发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物,并在所有细胞的核里都找到了此物质,故命名“核质/核素(Nuclein)”。1879年Kossel经过10年的努力,搞清除核质中有四种不同的组成部分:A,T,C和G1889年Altman建议将“核质”改名为“核酸”,因为已经认识到“核质”乃“核酸”与蛋白质的复合体。1909年Levene发现酵母的核酸含有核糖1930年Levene发现动物细胞的核酸含有一种特殊的核糖即脱氧核糖,得出了一个错误概念:植物核酸含核糖,动物核酸含脱氧核糖。这个错误概念一直延续到1938年，这时方清楚RNA和DNA的区别。Levene还提出了核酸的“磷酸-核糖(碱基)-磷酸”的骨架结构,解决了DNA分子的线性问题,还在1935年提出“四核苷酸”,认为这四种碱基的含量相等1934年，美国生物化学家Owen证明，核酸的分解单位是核苷酸。第2页，共166页。1950年Chargaff,E和Hotchkiss,R.D.采用纸层析法仔细分析了DNA的组成成分,得知[A]=[T],[G]=[C],[A+G]=[C+T]1961年，美国生化学家JuanOro模拟大气放电，在有氰化氢参加的反应体系中发现有氨基酸和腺嘌呤生成。1963年，Ponnamperuma在类似的实验中也得到了腺嘌呤。后来，他又与RuthMariner、CarlSagan将腺嘌呤与核糖连接成为腺苷；再连接磷酸，得到了腺苷三磷酸(ATP)。1970年发现第一个DNA限制性内切酶。第3页，共166页。早在演绎核苷酸生物合成前，生物化学家就已经发现动物会排泄3种不同的含氮废物，即NH3、尿素和尿酸。尿酸就是嘌呤化合物的代谢产物。在1950年，J.M.Buchanan和G.R.Greenberg采用同位素示踪结合嘌呤核苷酸降解物——尿酸分析证明，嘌呤分子的原子N1来自门冬氨酸，N3和N9来自谷氨酰胺等，完成了嘌呤生物合成的过程。更为重要的是，他们还发现嘌呤不是以游离含氮碱，而是以核苷酸形式在体内合成的。这些发现促进了对核苷酸代谢相关疾病的认识体内实验资料：第4页，共166页。1964年，科学家确定Lesch-Nyhan综合症与次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）缺陷有关。至今已发现，核苷酸的合成和分解代谢障碍与很多遗传性、代谢性疾病有关。模拟核苷酸组成成分，如取代碱基、核苷和核苷酸的类似物已发展为在临床上常用、有效的抗代谢药物。第5页，共166页。①作为核酸合成的原料:----最主要的功能②体内生物合成活化中间体的提供形式:UDPG,CDP-DG,SAM；③参与代谢和生理调节----cAMP,cGMP，某些核苷酸（如AMP）是三大代谢中许多关键酶的变构效应剂。④是某些重要辅酶或辅基的组成成分----NAD,FAD,CoA⑤细胞能量代谢的中介:ATP----主要形式,GTP----蛋白质合成UTP----糖原合成；CTP----磷脂合成核苷酸的生物功能第6页，共166页。核酸的组成核酸nucleicacid核苷酸nucleotide核苷nucleoside磷酸phosphate嘌呤purine或嘧啶pyrimidine（碱基base）核糖ribose或脱氧核糖deoxyribose戊糖核酸的基本知识第7页，共166页。嘌呤碱和嘧啶碱NNNNHHHH123456789嘌呤NNNNHHHHNH2腺嘌呤adenine（A）NNNNHHHHOH2N鸟嘌呤guanine（G）嘧啶123456NNHHHHNNHHHHNH2OH胞嘧啶Cytosine（C）尿嘧啶uracil（U）NNHHHHOOHH胸腺嘧啶thymineNNHHHHOOHHCH3（T）第8页，共166页。核苷OHOH2COHOH1′2′3′4′5′核糖NNOOHHH1尿苷糖苷键第9页，共166页。核酸的分解代谢核酸的碱水解第10页，共166页。1.核酸外切酶 非特异性的

二酯酶，从核酸的一端逐个水解掉核苷酸。如： 蛇毒二酯酶——作用于DNA或RNA的3’-OH，5’-核苷酸

牛脾二酯酶——作用于DNA或RNA的5’-OH，3’-核苷酸。第11页，共166页。2.核酸内切酶 特异地水解核酸内部的磷酸二酯酶。如：RNaseI(牛胰核糖核酸酶)—作用于RNA的嘧啶碱基末端为3’-

嘧啶的核苷酸 RNaseII——作用于嘌呤碱基

DNaseI(牛胰脱氧核糖核酸酶)：对碱基无选择性 作用点：5’-末端 产物：四寡核苷酸DNaseII(牛脾脱氧核糖核酸酶)： 作用点：3’-末端 产物：六寡核苷酸第12页，共166页。3.限制性(核酸)内切酶——工具酶专一性很强，与甲基化酶识别同一位点。作用点：核酸的回文序列。产物：形成粘性末端(cohesiveend)或平齐末端(bluntend) 粘性末端：双链DNA经限制性内切酶作用后，每条单链的一端都带有识别序列中的几个互补碱基。命名：以EcoRI为例：E—细菌属名、co—细菌种名R—菌株、I—同类酶的(罗马字母)编号第13页，共166页。核酸的酶水解第14页，共166页。食物核蛋白胃酸蛋白质核酸（RNA及DNA）单核苷酸水解3’，5’-磷酸二酯键H2O胰核酸酶（磷酸二酯酶）核糖核酸酶（RNase）脱氧核糖核酸酶(DNase)12.1核苷酸的降解第15页，共166页。12.1.1嘌呤碱的分解核苷酸在核苷酸酶作用下，水解为核苷和磷酸。在核苷磷酸化酶的作用下，核苷分解为碱基和戊糖-1-磷酸；在核苷水解酶的作用下，核苷水解为碱基和戊糖。次黄苷次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷核苷酶嘌呤核苷磷酸酶核苷酶HGPRT﹡﹡第16页，共166页。嘌呤核苷酸分解的三级脱氨核糖-1-磷酸在磷酸核糖变构酶的催化下变为5-磷酸核糖：合成PRPP或者进入磷酸戊糖途径；脱氧核糖-1-磷酸在变位酶的催化下变为5-磷酸脱氧核糖，再在醛缩酶作用下裂解为3-磷酸-甘油醛和乙醛，分别进行代谢。黄嘌呤第17页，共166页。痛风(Gout)嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于男性的关节部位引起疼痛或灼痛――痛风。HGPRT的缺陷，缺少补救途径合成嘌呤核苷酸，PRPP促进嘌呤碱的全程合成途径，导致大量尿酸积累，引起肾结石和痛风。

第18页，共166页。嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶第19页，共166页。痛风第20页，共166页。痛风的尿酸钠晶体第21页，共166页。黄嘌呤氧化酶催化羟基化反应黄嘌呤氧化酶的抑制剂次黄嘌呤别嘌呤醇黄嘌呤第22页，共166页。痛风症的治疗机制鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇次黄嘌呤类似物，竞争性抑制黄嘌呤氧化酶；第23页，共166页。别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制COHNNNHHNNOHNNNHCH次黄嘌呤别嘌呤醇PRPP别嘌呤醇核苷酸嘌呤核苷酸从头合成的酶黄嘌呤氧化酶嘌呤核苷酸合成↓反馈尿酸生成减少第24页，共166页。自杀底物(SuicideSubstrate)

结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇(allopurinol)，在黄嘌呤氧化酶的作用下氧化为别黄嘌呤(alloxanthine)，后者与酶中心的Mo(IV)牢固结合，使Mo(IV)不易转变成Mo(VI)而成为酶的灭活物，这种底物类似物被称为自杀作用底物，这种作用被称为自杀作用。第25页，共166页。尿酸的分解灵长类、鸟类、爬虫类、昆虫哺乳动物、腹足类硬骨鱼大多数鱼类、两栖类水生无脊椎动物尿囊素尿囊酸乙醛酸第26页，共166页。嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶12.1.2嘧啶核苷酸的分解第27页，共166页。嘧啶碱的分解胞嘧啶脱氨基转化生成尿嘧啶，尿嘧啶还原成二氢尿嘧啶，并水解开环，最终生成NH3、CO2、β-丙氨酸。胸腺嘧啶降解生成的β-氨基异丁酸则可作为一种氨基酸进一步分解或直接随尿排泄。第28页，共166页。胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATAC糖异生第29页，共166页。从头合成途径(denovosynthesispathway)补救合成途径(salvagesynthesispathway)

利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成核糖核苷酸的途径脑、骨髓利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成核糖核苷酸的过程12.2核苷酸的生物合成第30页，共166页。嘌呤环中原子的代谢起源12.2.2嘌呤核糖核苷酸的合成

甘氨当中站,谷氮坐两边,左上天冬氨,头顶CO2第31页，共166页。两个阶段第一阶段：次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成第二阶段：腺嘌呤核苷酸(AMP)与鸟嘌呤核苷酸(GMP)的生成从头合成过程第32页，共166页。嘌呤核苷酸的从头合成途径第33页，共166页。嘌呤合成的途径第34页，共166页。R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶第35页，共166页。①磷酸核糖酰胺转移酶②GAR合成酶③转甲酰基酶④FGAM合成酶⑤AIR合成酶（可被重氮丝氨酸抑制）97549875498754933785941.IMP的合成过程第36页，共166页。嘌呤合成的抑制剂重氮丝氨酸第37页，共166页。3637895463354611239IMP合酶第38页，共166页。IMP生成总反应过程第39页，共166页。2.AMP和GMP的合成黄嘌呤核苷酸第40页，共166页。①腺苷酸琥珀酸合成酶③IMP脱氢酶②腺苷酸琥珀酸裂解酶④GMP合成酶第41页，共166页。AMPADPATPADPATP腺苷激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP鸟苷激酶ADPATP激酶ATP和GTP的生成第42页，共166页。•原料：Gln、Gly、Asp、一碳单位以及二氧化碳。核糖-5-磷酸来自磷酸戊糖途径。•顺序：先使磷酸核糖的C1活化，然后再逐步生成嘌呤碱基部分。•IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP（GTP）。嘌呤核苷酸从头合成特点第43页，共166页。嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3第44页，共166页。嘌呤核苷酸合成的调控调节方式：反馈调节和交叉调节第45页，共166页。腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)参与补救合成的酶12.2.2嘌呤核糖核苷酸的补救合成途径第46页，共166页。腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMPPRPP:磷酸核糖焦磷酸第47页，共166页。缺少HGPRT会导致尿酸的增加第48页，共166页。补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成嘌呤核糖核苷酸。第49页，共166页。自毁容貌综合症Lesch-NyhanSyndrome缺乏HGPRT酶X-联锁(GeneonX)男性多发特征：嘌呤代谢高200倍尿酸水平高痉挛智力低下攻击性行为自残第50页，共166页。12.2.3嘧啶核糖核苷酸的合成

氨甲酰磷酸第51页，共166页。（一）从头合成嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核糖核苷酸的途径。1.定义2.合成部位:主要是肝细胞质原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、PRPP。顺序：先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸。

第52页，共166页。氨甲酰磷酸合成酶Π催化的反应(1)UMP的合成第53页，共166页。CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中氨N-乙酰谷氨酸谷氨酰胺无分布氮源变构激活剂功能尿素合成嘧啶CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中氨N-乙酰谷氨酸细胞质（所有细胞）谷氨酰胺无分布氮源变构激活剂功能尿素合成嘧啶合成氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别第54页，共166页。嘧啶核苷酸的合成途径第55页，共166页。嘧啶核糖核苷酸从头合成途径乳清苷酸第56页，共166页。ATP(2)CTP的合成COHNCCHCHNOR-5'-P尿苷酸激酶UDPUMP二磷酸尿苷激酶ADPUTPCONCCHCHNNH2R-5'-P-P-PGln,ATPGlu,ADP+PiATPADPCTPCTP合成酶第57页，共166页。嘧啶核糖核苷酸从头合成途径的调控第58页，共166页。--ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酰天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-从头合成的调节AnimalE.coli第59页，共166页。嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.合成部位对高等动物来说,主要在肝脏3.都有2种合成途径(从头和补救途径)4.都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础上进一步合成核苷酸不同点1.在5'-PR基础上合成嘌呤环2.最先合成的核苷酸是IMP3.在IMP基础上完成AMP和GMP的合成1.先合成嘧啶环再与5'-PR结合2.先合成OMP3.以UMP为基础,完成CTP,dTMP的合成第60页，共166页。嘧啶+

PRPP嘧啶核苷酸+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿苷/胞苷+ATP尿苷激酶UMP/CMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADPCytosine不能直接与PRPP作用尿嘧啶+核糖-1-磷酸尿嘧啶核苷+Pi尿苷磷酸化酶12.2.4嘧啶核苷酸的补救合成途径第61页，共166页。在核苷二磷酸水平上进行（N代表碱基A、G、U、C）12.2.5脱氧核苷酸的生成第62页，共166页。第63页，共166页。大肠杆菌核糖核苷酸还原酶的结构＋－UDP,CDPGDP,ADP第64页，共166页。核糖核苷酸还原酶相关的氧化还原循环脱氧核苷酸生物合成的调控第65页，共166页。核糖核苷酸还原酶的作用机制第66页，共166页。NDPdNDP核糖核苷酸还原酶ADPdADP核糖核苷酸还原酶GDPdGDP核糖核苷酸还原酶UDPdUDP核糖核苷酸还原酶CDPdCDP核糖核苷酸还原酶TDPdTDP第67页，共166页。dNDP+ATPdNTP+ADP激酶激酶dCDP+ATPdCTP+ADPdUDP+ATPdUTP+ADP激酶dGDP+ATPdGTP+ADP激酶dADP+ATPdATP+ADP激酶dTDP?dNDPdNMP+Pi磷酸酶下一节讲第68页，共166页。N5,N10-CH2-FH4是一碳单位供体dTMP是由dUMP甲基化生成dUMP的来源有二：一是dUDP的水解二是dCMP的脱氨基（为主）。12.2.6胸苷酸的合成第69页，共166页。第70页，共166页。胸腺嘧啶的合成胸腺嘧啶核苷酸合酶56第71页，共166页。dTMP的补救合成

补救途径以完整的Thy为原料，先生成dT，再形成dTMP

Thymine+deoxyribose-1-PdT

dT+ATPdTMP+ADPThymidylatephosphorylasedTkinase第72页，共166页。第73页，共166页。12.4核苷酸的抗代谢物嘌呤类似物氨基酸类似物叶酸类似物6-巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤8-氮杂鸟嘌呤等重氮丝氨酸等氨蝶呤甲氨蝶呤（MTX）等嘌呤碱基类似物由于能抑制生物体内嘌呤核苷的补救合成途径因此具有抗肿瘤的作用。氨基酸类似物：重氮丝氨酸的结构与谷氨酰胺相似，可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用叶酸类似物：氨蝶呤及甲氨蝶呤，竞争性抑制二氢叶酸还原酶，抑制了四氢叶酸的再生，干扰了一碳单位代谢，从而抑制了胸腺嘧啶核苷酸的合成。第74页，共166页。8-氮杂鸟嘌呤NOHNNNHNSHNNNHNSHNNNHH2NNOHNNNHN6-巯基鸟嘌呤次黄嘌呤6-巯基嘌呤（6-MP）12.4.1嘌呤核苷酸的抗代谢物第75页，共166页。12.4.2嘧啶核苷酸的类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)最常用的嘧啶类似物是5-氟尿嘧啶第76页，共166页。胸苷酸合成酶与二氢叶酸还原酶抑制剂第77页，共166页。5-FU（优福定）在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成第78页，共166页。核苷酸的氟化物抑制核苷酸的合成第79页，共166页。此外，戊糖的核苷类似物也有类似的抗癌或抗病毒功效环胞苷(CC)、阿糖胞苷(Ara-c)为NDP还原酶抑制剂，也被用于多种肿瘤的治疗12.4.3核苷类似物第80页，共166页。重氮杂丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸其结构与谷氨酰胺相似,可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用而抑制其合成。天冬氨酸类似物--羽田杀菌素，能强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性。HOOC-NOH-CH2-COOH12.4.4Gln,Asp类似物第81页，共166页。甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR）==甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP==PRPPPPi鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP重氮丝氨酸重氮丝氨酸重氮丝氨酸MTXMTX第82页，共166页。12.4.5叶酸类似物叶酸类似物抑制胸腺嘧啶的合成甲氨蝶呤（MTX）氨蝶呤三甲氧苄二氨嘧啶第83页，共166页。胸苷酸合成酶与二氢叶酸还原酶抑制剂胸腺嘧啶核苷酸合酶第84页，共166页。12.5辅酶核苷酸的生物合成12.5.1烟酰胺核苷酸的合成烟酸第85页，共166页。第86页，共166页。核黄素+ATP→FMN+ADP（黄素激酶）FMN+ATP→FAD+PPi（FAD焦磷酸化酶）12.5.2黄素核苷酸的合成第87页，共166页。12.5.3辅酶A的合成第88页，共166页。1.熟悉核苷酸的分解代谢。2.熟悉核苷酸的生物合成途径。3.比较嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸分解及合成代谢的异同4.掌握有关的抗代谢物及与抗癌药的关系。基本要求P332:1,3,4,6题作业第89页，共166页。1.核苷酸的生物学作用有哪些？ABCDEA.合成核酸的原料；B.构成能量物质,如ATP；C.参与代谢调节，如cAMP；D.组成辅酶，如NAD；E.参与组成活性中间代谢物，如UDPG。2.嘌呤核苷酸从头合成与嘧啶核苷酸从头合成都需要的原料是：A.天冬氨酸B.谷氨酰胺C.甘氨酸D.CO2E.一碳单位3.嘌呤环中的氮原子来自于：ABCA.天冬氨酸B.谷氨酰胺C.甘氨酸D.CO2E.一碳单位4.嘌呤环中的碳原子来自于：A.天冬氨酸B.谷氨酰胺C.甘氨酸D.CO2E.一碳单位5.dTMP合成的直接前体是：A.dUMPB.TMPC.TDPD.dUDPE.dCMP第90页，共166页。6.对嘌呤核苷酸合成产生反馈抑制作用的化合物有A.AMPB.IMPC.GMPD.尿酸E.PRPP7.重氮丝氨酸干扰核苷酸合成是因为它是哪种化合物的类似物？A.丝氨酸B.甘氨酸C.天冬氨酸D.谷氨酰胺E.天冬酰胺8.不需要PRPP参加的反应是？ACA.尿嘧啶转变为尿嘧啶核苷酸B.次黄嘌呤转变为次黄嘌呤核苷酸C.氨基甲酰天冬氨酸转变为乳清酸D.腺嘌呤转变腺嘌呤核苷酸E.鸟嘌呤转变为鸟嘌呤核苷酸第91页，共166页。第16章

物质代谢的调节第92页，共166页。16.1物质代谢的特点16.1.1整体性代谢过程相互联系，形成一个整体

糖类脂类蛋白质水

无机盐维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存。

消化吸收中间代谢废物排泄第93页，共166页。16.1.2物质代谢随环境变化而调节机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度内外环境不断变化影响机体代谢适应环境的变化第94页，共166页。16.1.3各组织、器官物质代谢各具特色结构不同酶系的种类、含量不同不同的组织、器官代谢途径不同、功能各异第95页，共166页。16.1.4各种代谢物具有各自共同的代谢池例如各种组织消化吸收的糖肝糖原分解糖异生血糖体液第96页，共166页。16.1.5ATP是机体能量利用的共同形式营养物分解释放能量ADP+PiATP直接供能第97页，共166页。16.1.6NADPH是合成代谢所需的还原当量例如乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径第98页，共166页。代谢途径交叉形成网络

总之，代谢的本质在于形成ATP、还原力（NADPH）及构造单元，用于生物合成第99页，共166页。ATP偶联系数对脂肪酸分解和合成代谢的定向作用分解代谢和合成代谢的单向性第100页，共166页。底物循环第101页，共166页。ATP与能荷ATP是通用的能量载体

第102页，共166页。酶的调控与能荷变化的关系分解代谢合成代谢第103页，共166页。通过对分解代谢和合成代谢速率的调控能荷在代谢稳态点周围振荡第104页，共166页。16.2.1在能量代谢上的相互联系三大营养素共同中间产物共同最终代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2三大营养素均可在体内氧化供能。16.2物质代谢的相互联系第105页，共166页。脂肪分解增强ATP增多ATP/ADP比值增高糖分解被抑制

6-磷酸果糖激酶-1被抑制（糖分解代谢限速酶之一）example从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解第106页，共166页。（一）糖代谢与脂代谢的相互联系1.摄入的糖量超过能量消耗时16.2.2糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物相互联系葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原（肝、肌肉）第107页，共166页。2.脂肪的甘油部分能在体内转变为糖偶数脂脂酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油(少)甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡萄糖乙醛酸循环第108页，共166页。饥饿时肝糖原分解，肌糖原分解

肝糖异生，蛋白质分解

以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低1~2天3~4周第109页，共166页。（二）糖与氨基酸代谢的相互联系example丙氨酸丙酮酸脱氨基糖异生葡萄糖1.大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的α-酮酸，可转变为糖。第110页，共166页。2.糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸糖丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA柠檬酸α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸第111页，共166页。氨基酸乙酰CoA脂肪1.蛋白质可以转变为脂肪2.氨基酸可作为原料合成磷脂丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系第112页，共166页。——但不能说，脂类可转变为氨基酸脂肪甘油(少)磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸其他α-酮酸某些非必需氨基酸3.脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸第113页，共166页。（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系1.氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶2.磷酸核糖及PRPP由磷酸戊糖途径提供第114页，共166页。葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸第115页，共166页。16.3组织、器官的代谢特点及联系肝心脏脑肌肉红细胞脂肪组织肾第116页，共166页。肝肝是机体物质代谢的枢纽,是人体的中心代谢工厂肝耗氧量占全身的20%；肝在糖、脂、蛋白质、水盐、维生素代谢中均具重要作用。肝是糖原合成及储存的主要部位肝可通过糖异生作用补充血糖肝能进行糖原分解补充血糖第117页，共166页。心脏依次以酮体、乳酸、自由脂肪酸及葡萄糖为供能物质，并以有氧氧化为主以确保ATP的供应。第118页，共166页。脑

脑耗氧量大（占全身的20-25%）；脑依靠血糖供能：100g/日；长期饥饿时则主要利用酮体为能源：50-100g/日第119页，共166页。肌肉肌肉主要以氧化脂肪酸供能，剧烈运动时则以糖的无氧酵解为主，肌糖原不能直接补充血糖。第120页，共166页。红细胞成熟红细胞无线粒体，故不能进行糖的有氧化氧化，也不能利用脂肪酸及其它非糖物质供能红细胞能量主要来自糖的酵解：30g/日第121页，共166页。脂肪组织脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。脂肪组织通过脂肪动员将储存的脂肪分解为脂酸和甘油释放入血以供其它组织摄取利用。第122页，共166页。肾肾也可进行糖异生和生成酮体，它是除肝外唯一可进行这两种代谢的器官。第123页，共166页。表16-1重要器官及组织氧化供能特点器官组织特有的酶功能主要代谢途径主要供能物代谢和输出的产物

肝葡萄糖激酶代糖异生葡萄糖葡萄糖葡糖-6-磷酸酶谢脂酸β氧化脂肪酸VLDL甘油激酶枢糖有氧氧化乳酸HDLPEP羧激酶纽酮体生成甘油酮体氨基酸代谢氨基酸脑神糖有氧氧化葡萄糖乳酸经糖酵解脂肪酸,酮体CO2中氨基酸代谢氨基酸H2O枢第124页，共166页。第125页，共166页。第126页，共166页。人体主要器官的代谢关系第127页，共166页。16.4代谢调节TheRegulationofMetabolism代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调节，包括分子及细胞水平代谢调节。单细胞生物第128页，共166页。高等生物——三级水平代谢调节细胞水平代谢调节分子水平代谢调节整体水平代谢调节第129页，共166页。１、酶活性的调节

(１)反馈调节酶水平的调节，包括酶活性的调节和酶浓度的调节。酶活性的调节包括别构效应和共价修饰两种方式，属于快调节，而酶浓度的调节属于基因表达调控，属于慢调节。(一)分子水平代谢调节第130页，共166页。第131页，共166页。第132页，共166页。第133页，共166页。小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的别构调节（或变构调节）。（２）关键酶的别构调节被调节的酶称为变构酶或别构酶(allostericenzyme)使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allostericeffector)

•变构激活剂

allostericactivator

——引起酶活性增加的变构效应剂。•变构抑制剂

allostericinhibitor

——引起酶活性降低的变构效应剂。第134页，共166页。第135页，共166页。某些重要代谢途径的关键酶代谢途径关键酶糖异生丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖二磷酸酶-1、葡萄糖-6-磷酸酶脂肪动员甘油三酯脂肪酶脂酸合成乙酰CoA羧化酶胆固醇合成HMGCoA还原酶嘌呤合成谷氨酰胺PRPP酰胺转移酶第136页，共166页。变构调节的机制变构酶催化亚基：催化调节亚基：结合变构效应剂变构效应剂：底物、终产物其他小分子代谢物第137页，共166页。变构效应剂+酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化第138页，共166页。(3)化学修饰调节磷酸化---去磷酸化乙酰化---脱乙酰化甲基化---去甲基化腺苷化---脱腺苷化SH与-S–S-互变第139页，共166页。酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi蛋白磷酸脂酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白第140页，共166页。（6）乙酰化蛋白质氨基酸残基的乙酰化在乙酰转移酶的催化作用下进行，例如组蛋白的乙酰化修饰发生在核心组蛋白N端的Lys残基，由组蛋白乙酰转移酶(Histoneacetyltransferase,HAT)催化,去乙酰化则由组蛋白去乙酰酶(Histonedeacetylase,HDAC)催化。核心组蛋白N端的Lys在生理条件下带正电，可与带负电的DNA或相邻的核小体发生作用，导致核小体构象紧凑及染色质高度折叠，乙酰化使组蛋白与DNA间的作用减弱,导致染色质构象松散，有利于转录调节因子的接近和结合,促进基因的转录表达，去乙酰化促进染色质包装，抑制基因转录。第141页，共166页。⑻腺苷酸化在腺苷酰转移酶的催化作用下，将ATP中的腺苷酸基团（AMP）转移到蛋白质的氨基酸残基侧链上，称为腺苷酸化，蛋白质的腺苷酸化可用于调节蛋白质的生物活性.例如在氨基酸的合成代谢中，谷酰氨合成酶的活性被腺苷酸化作用调控，当该酶的一个Tyr残基被腺苷酸化修饰后，酶即失去活性，去腺苷酸化可使酶获得活性。此外，有些蛋白质的Glu羧基可以被酰胺化，如有些寡肽激素C-端的Gly残基被酰胺化，从而使其半寿期得以延长。第142页，共166页。（5）甲基化

蛋白质的甲基化修饰是在甲基转移酶催化下,将SAM的甲基转移到Lys或Arg侧链上，另外也可对Asp或Glu侧链羧基进行甲基化，形成甲酯的形式。在2，3-二磷酸核酮糖羧化酶、钙调蛋白（calmodulin）、组蛋白（histone）、某些核糖体蛋白和细胞色素C中甲基化就发生在Lys残基上；热休克蛋白、核糖体蛋白的的甲基化发生在Arg残基；组蛋白、视紫红质、eEF-2的甲基化发生在His残基上。第143页，共166页。化学修饰的特点①酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素(如激素)的调控。②因是酶促反应，故具有放大效应。③作用快，效率较变构调节高。④磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。第144页，共166页。化学修饰对酶活性的调节酶化学修饰类型酶活性改变

糖原磷酸化酶磷酸化/去磷酸化激活/抑制糖原合成酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活丙酮酸脱羧酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活磷酸果糖激酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活丙酮酸脱氢酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活HMGCoA还原酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活HMGCoA还原酶激酶磷酸化/去磷酸化激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活甘油三酯脂肪酶磷酸化/去磷酸化激活/抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶乙酰化/去乙酰化降解/活性乳酸脱氢酶去乙酰化/乙酰化活性/失活苹果酸脱氢酶乙酰化/去乙酰化活性/失活磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶甲基化/去甲基化失活/活性葡萄糖-6-磷酸酶甲基化/去甲基化活性/失活谷氨酰胺合成酶腺苷酰化磷酸化/去酶腺苷酰化抑制/激活黄嘌呤氧化脱氢酶SH/-S-S-脱氢酶/氧化酶第145页，共166页。酶共价修饰与连续激活第146页，共166页。(4)酶量的调节1.酶蛋白合成的诱导与阻遏－基因表达水平的调节①底物对酶合成的诱导与阻遏②产物对酶合成的阻遏③激素对酶合成的诱导④药物对酶合成的诱导第147页，共166页。2.酶蛋白的降解改变蛋白水解酶活性影响蛋白酶从溶酶体释出速度影响酶蛋白降解速度调节细胞内酶含量溶酶体途径第148页，共166页。泛素-蛋白酶体途径蛋白酶体

泛素蛋白质（如细胞周期蛋白、代谢调控酶）降解第149页，共166页。16.4细胞水平的调节细胞结构和酶的空间分布

细胞膜控制细胞与环境之间的物质、能量和信息交换；

核膜将细胞分为细胞核和细胞质两部分，细胞核贮存遗传信息，进行基因复制、转录和转录后的加工；

胞液是细胞质的连续水相部分，糖酵解、糖原异生、磷酸葡萄糖途径，及糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸的生物合成主要在胞液中进行，胞液中悬浮着细胞器和细胞骨架；

粗面内质网合成分泌性蛋白质，光面内质网合成磷脂、糖脂、胆固醇，蛋白质的糖基化在内质网膜的内侧进行，通过运输泡与靶细胞器的膜融合后转向膜的外侧；

高尔基体参与细胞合成物和吸收物的加工、浓缩、包装、运输；

溶酶体分解细胞的吞噬物和老化的细胞内容物；

线粒