1、第十章 物質(zhì)代謝的相互關(guān)系與調(diào)控,1.了解物質(zhì)代謝的調(diào)控方式與機理 2.掌握酶水平的代謝調(diào)控 3.重點掌握物質(zhì)代謝之間的相互轉(zhuǎn)變關(guān)系,程茂高,第一節(jié) 物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,一、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系 二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系 三、蛋白質(zhì)代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系 四、核酸代謝與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié),一、細胞水平調(diào)節(jié) 二、酶水平調(diào)節(jié) 三、激素水平調(diào)節(jié) 四、神經(jīng)水平調(diào)節(jié),第一節(jié) 物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,一、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系,糖可以在生物體內(nèi)變成脂肪,TCA,脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)樘怯幸欢ǖ南拗?脂肪,甘油,磷酸二羥丙酮,糖異生,脂肪酸,氧化,乙酰CoA,丙酸,琥珀

2、酰CoA,琥珀酸,草酰乙酸,糖,二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,糖 -酮酸 氨基酸 （非必需氨基酸） 蛋白質(zhì),蛋白質(zhì) （生糖氨基酸）氨基酸 -酮酸 糖,脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系,延胡索酸,琥珀酸,蘋果酸,草酰乙酸,3-磷酸甘油,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸,植物或微生物,三、蛋白質(zhì)代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系,蛋白質(zhì)可間接地轉(zhuǎn)變?yōu)橹?由脂肪合成蛋白質(zhì)的可能性是有限的,植物與微生物細胞中存在乙醛酸循環(huán)，從而促使脂肪酸轉(zhuǎn)變成氨基酸。在人和動物細胞中缺少這樣的機制，因此，動物組織不易利用脂肪酸合成氨基酸。,核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，

3、NADP+，cAMP，cGMP）。, 核酸是細胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細胞的成分和代謝類型。, 核酸生物合成需要糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要酶和多種蛋白質(zhì)因子。, 各類物質(zhì)代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。,四、核酸代謝與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,知識應(yīng)用,在人的膳食中嚴重缺乏糖時（如進行禁食減肥的人群）為什么易發(fā)生酸中毒？怎樣進行酸中毒病人的急救？ 正常情況下，人體所需的能量主要來自糖的氧化。 當(dāng)人的膳食中嚴重缺糖時，血液要維持一定的血糖濃度，只有少

4、量的糖氧化而不能滿足機體對能量的需求，此時就需動用其他的能量貯存形式，脂肪的分解代謝成為其主要的供能物質(zhì)。 脂肪酸在-氧化時產(chǎn)生大量的乙酰CoA，從而導(dǎo)致-氧化受阻，此時的乙酰CoA只能在肝臟形成酮體。 酮體的主要成分乙酰乙酸、-羥丁酸均是酸性物質(zhì)，它們的大量積累會造成血液的pH下降，達到一定程度時就會引起酸中毒。 在對酸中毒的病人進行急救時，可先堿性物質(zhì)來提高血液的pH，然后（或同時）口服或注射葡萄糖，以使體內(nèi)的三羧酸循環(huán)能夠正常進行。,分析短期饑餓時機體代謝發(fā)生的主要變化,正常情況下，人體所需的能量主要來自糖的氧化。 當(dāng)人處于短期饑餓時，血糖濃度降低，在一系列酶的調(diào) 節(jié)作用下，糖異生速度和

5、糖原分解速度加快，以維持一定的血糖濃度。 此時只有少量的糖氧化，不能滿足機體對能量的需求，需動用其他的能量貯存形式，脂肪的分解代謝成為其主要的供能物質(zhì)。 饑餓時間持續(xù)較長時，體內(nèi)的蛋白質(zhì)也可參與能量供應(yīng)。,為什么攝入糖量過多的人容易長胖？,思考題： 1.乙酰CoA可進入哪些代謝途徑？ 2.為什么說脂肪中的碳原子都可來自糖？,第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié),代謝調(diào)節(jié)主要體現(xiàn)在兩方面：在相對穩(wěn)定的條件下，細胞代謝的各個過程互相協(xié)調(diào)而有節(jié)律地進行，保持穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境改變時，細胞代謝能夠適應(yīng)改變了的環(huán)境條件，由一種平穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換至另一種平穩(wěn)狀態(tài)，消除或降低新環(huán)境的不利影響，盡可能保持最適當(dāng)?shù)纳顮顩r。 生物界代謝的

6、調(diào)節(jié)，可分為4個水平：細胞水平調(diào)節(jié)、酶水平調(diào)節(jié)、激素水平調(diào)節(jié)、神經(jīng)水平調(diào)節(jié)。,一、細胞水平調(diào)節(jié),以酶為核心的分子水平調(diào)節(jié)，指酶在細胞內(nèi)的集中存在與隔離分布 細胞內(nèi)酶的隔離分布是調(diào)節(jié)代謝的基礎(chǔ)。所謂細胞內(nèi)酶的隔離分布，是指細胞內(nèi)不同的多酶體系常分布在不同部位，如三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化的多酶體系等都分布在線粒體中；糖原合成酶系、糖酵解酶系等都分布在胞漿中。因此，每個酶促反應(yīng)不但不會互相干擾，而且可以互相配合。所以酶在細胞內(nèi)的定位及隔離分布是代謝調(diào)控的基礎(chǔ)，它可以保證代謝的順利進行。,酶定位的區(qū)域化,線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化,細胞質(zhì):酵解;磷戊糖途徑;糖原合

7、成;脂肪酸合成;,細胞核:核酸合成,內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成;磷脂合成,二、酶水平調(diào)節(jié),生物體內(nèi)最基本、最普遍的調(diào)節(jié)方式，主要通過細胞內(nèi)酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)、酶的化學(xué)修飾及酶含量的改變等來調(diào)節(jié)，它也是目前研究較多的代謝調(diào)節(jié)。,(一) 酶的變構(gòu)調(diào)節(jié) 1. 概念 變構(gòu)調(diào)節(jié)(allosteric regulation)又稱別位調(diào)節(jié)，主要是指某些物質(zhì)(如反應(yīng)體系中的中間代謝物或終產(chǎn)物)能與酶分子的非催化部位相互作用，引起酶分子空間構(gòu)象的改變，從而改變酶活性的調(diào)節(jié)作用。具有這種作用的酶稱為變構(gòu)酶(allosteric enzyme)或別位酶。當(dāng)變構(gòu)酶催化亞基的活性中心和底物結(jié)合時，通過變構(gòu)可增強其它亞基活性中心對底物

8、的結(jié)合，出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。,變構(gòu)調(diào)節(jié)因子與變構(gòu)酶亞基的作用,變構(gòu)酶作用的底物濃度S曲線,2、酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié),前饋和反饋分別表示底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的作用，又可分為激活和抑制兩種作用，重要的有前饋激活和反饋抑制。,前饋激活指前面的代謝產(chǎn)物對后面的酶起激活作用，如6磷酸葡萄糖是糖原合成酶的前饋激活劑,反饋抑制指反應(yīng)的終產(chǎn)物對反應(yīng)序列前面的酶發(fā)生抑制作用，包括單價反饋抑制和二價或多價反饋抑制，其抑制機理有順序反饋抑制、協(xié)同反饋抑制、積累反饋抑制、同工反饋抑制,反饋激活和前饋激活示意圖,AB C D F,AB G,C,D,E,E,例1:糖代謝途徑中丙酮酸積累激活丙酮酸羧化酶，例2：乙酰CoA的

9、積累激活PEP羧化酶,順序反饋抑制示意圖,A,B,G,F,J,D,C,H,E1,E3,E2,協(xié)同調(diào)節(jié)示意圖,A,B,G,F,J,D,C,H,E1,E3,E2,累積反饋抑制示意圖,同工酶反饋抑制示意圖,A,B,G,F,J,D,C,H,E1,E2,E3,E4,3.變構(gòu)調(diào)節(jié)機理模型 變構(gòu)酶的S型動力學(xué)曲線是變構(gòu)酶內(nèi)在調(diào)節(jié)機理的表觀現(xiàn)象。 Monod等人提出的齊變模型 Koshland等人提出的序變模型,4. 酶變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義 (1) 變構(gòu)調(diào)節(jié)是細胞水平代謝調(diào)節(jié)中的一個較為常見的快速調(diào)節(jié)。 (2) 變構(gòu)調(diào)節(jié)還可使能量得以有效利用。 (3) 酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)在加快或減慢代謝速度的同時，往往伴有代謝方向的

10、改變。 (4) 變構(gòu)調(diào)節(jié)還可使不同代謝途徑相互協(xié)調(diào)。,(二) 酶促化學(xué)修飾的調(diào)控 1. 酶促化學(xué)修飾的概念 變構(gòu)酶分子肽鏈上的某些基團,在另一種酶的催化下進行共價鍵結(jié)合,結(jié)合后引起分子變構(gòu)。這種作用稱為酶的化學(xué)修飾或酶促化學(xué)修飾 。 目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷?；?，尿苷酰化/去尿苷?；?，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。,2. 酶促化學(xué)修飾的特點 屬于這類調(diào)節(jié)方式的酶一般都有無活性(或低活性)和有活性(或高活性)兩種形式。 酶促化學(xué)修飾會引起酶分子共價鍵的變化，且其調(diào)節(jié)效率常較變構(gòu)調(diào)節(jié)效率高 磷酸化是最常見的酶促化學(xué)修飾反應(yīng)，一

11、般是耗能的,（三）酶含量的調(diào)節(jié) 酶含量調(diào)節(jié)主要是通過調(diào)節(jié)酶蛋白的合成過程實現(xiàn)的。蛋白質(zhì)生物合成體系的各個環(huán)節(jié)：轉(zhuǎn)錄、翻譯、翻譯后的加工等，都有可能影響酶的生物合成速度。相比之下，轉(zhuǎn)錄是更為重要的調(diào)控環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物mRNA是合成酶蛋白的模板，mRNA多，則酶的合成能力強。細胞可以根據(jù)需要加快合成mRNA，以增加酶量；也可隨時停止合成mRNA,以減少酶的合成。誘導(dǎo)和阻遏是底物和產(chǎn)物分別對轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的正調(diào)和負調(diào)作用，這是基因水平上的兩種基本調(diào)節(jié)機制。,（四）酶原與酶原的激活 見第三章,（五）輔因子對已有酶活性的調(diào)節(jié), 能荷對代謝的調(diào)節(jié) NADH/NAD+對代謝的調(diào)節(jié) 金屬離子濃度對代謝的調(diào)節(jié),三、激

12、素對代謝的調(diào)節(jié),在生物體內(nèi)有很多激素在生物的生長、發(fā)育、物質(zhì)代謝等方面起著重要的調(diào)控作用。不同的激素作用機理不同。,動物激素4類：氨基酸及其衍生物、肽及蛋白質(zhì)、 固醇類、脂肪酸衍生物。 植物激素5類：生長素、赤霉素類、激動素類、 脫落酸、乙烯。,含氮類激素的作用機理：首先作用于細胞膜上，再與膜上腺苷酸環(huán)化酶的特異受體部位相結(jié)合，從而激活腺苷酸環(huán)化酶；在活化了的腺苷酸環(huán)化酶和Mg2的作用下，使ATP轉(zhuǎn)變?yōu)閏AMP；然后通過cAMP的作用，使無活性的蛋白激酶轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘牡鞍准っ福缓笳咴龠M一步影響細胞內(nèi)酶系的活性和其它功能蛋白的作用，以發(fā)揮激素的生物效應(yīng)。cAMP在實現(xiàn)激素的調(diào)控作用中起到“第二信

13、使”的作用和級聯(lián)放大作用。,類固醇激素的作用機理：進入靶細胞后和細胞內(nèi)某種受體蛋白結(jié)合發(fā)生變構(gòu)作用，生成激素受體復(fù)合物。后者進入核內(nèi)，結(jié)合到染色質(zhì)上，促進DNA的轉(zhuǎn)錄，生成mRNA，再翻譯生成誘導(dǎo)蛋白，進一步發(fā)揮生物效應(yīng)。,酶級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖,意義：由于酶的共價修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應(yīng)，而使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。,腎上腺素或胰高血糖素,1、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）,腺苷酸環(huán)化酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（無活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（無活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶 b（無活性）,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,腎上腺素或胰高血糖素