1、三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)： 維持人體正常生理功能的物質(zhì)： 糖 Carbohydrates 礦物質(zhì) Mineral 脂類 Lipids 維生素 Vitamin 蛋白質(zhì) Protein 水 Water,糖 脂類 蛋白質(zhì),三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,糖代謝 糖 分解 糖酵解 糖有氧氧化 磷酸戊糖途徑 糖 糖異生,乳酸 丙酮酸 甘油 18種氨基酸（亮、賴除外）,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,糖代謝問(wèn)題： 1、糖分解代謝各途徑的概念，起始物，反應(yīng)條件，產(chǎn)物(重點(diǎn))，產(chǎn)能比？ 2、各代謝途徑的過(guò)程，關(guān)鍵酶(重點(diǎn))，調(diào)節(jié)，生理意義？ 3、糖有氧氧化與

2、糖酵解的異同點(diǎn)(重點(diǎn))？ 4、糖異生的概念，部位、可異生的物質(zhì)？過(guò)程(難點(diǎn))，關(guān)鍵酶(重點(diǎn))？,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,脂肪：甘油三酯 脂類 類脂：膽固醇、膽固醇酯、磷脂 糖脂、游離脂肪酸,CO2+H2O+ATP 甘油 脂肪 糖 三羧酸循環(huán) 脂肪酸 乙酰CoA 酮體 膽固醇,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,脂代謝問(wèn)題： 1、脂肪水解的概念，過(guò)程，酶，產(chǎn)物？ 2、甘油的代謝，脂肪酸的氧化(重點(diǎn))部位，過(guò)程，產(chǎn)物，生成ATP數(shù)量？ 3、脂肪合成的原料、途徑，甘油的來(lái)源，脂肪酸的合成原料，過(guò)程(難點(diǎn))，關(guān)鍵酶，調(diào)節(jié)？ 4 、酮體的概念，合成部位、原料、過(guò)程，分解利用的部位、酶？ 5、膽固醇合

3、成原料、過(guò)程，膽固醇可轉(zhuǎn)變?yōu)槟男┪镔|(zhì)？,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,氨基酸分解代謝,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,氨基酸代謝問(wèn)題： 1、氨基酸脫氨基方式(重點(diǎn)) ？氨的去路？酮酸的代謝(重點(diǎn))？ 2、個(gè)別氨基酸脫羧的產(chǎn)物？產(chǎn)物的作用？一碳單位的概念、生成過(guò)程(難點(diǎn)) 、載體、生理功用？ 3、含硫氨基酸代謝過(guò)程？芳香族氨基酸代謝產(chǎn)物？,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝相互關(guān)系聯(lián)系圖,中心物質(zhì)：乙酰輔酶 A 代謝共同途徑：三羧酸循環(huán),三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,總結(jié)： 1、糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系 甘油 糖 脂肪 脂肪酸 膽固醇 酮體,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,2、

4、糖代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,18種氨基酸 （亮賴除外）,糖,12種非必需氨基酸,三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系,3、 脂代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,20種氨基酸,乙酰輔酶A,脂肪酸,脂肪,甘油,12種非必需氨基酸,溝通不同代謝途徑的中間代謝物,各條代謝途徑可通過(guò)一些樞紐性中間代謝物相互聯(lián)系，相互協(xié)調(diào)，相互制約，使生命正常。,物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制,蛋白質(zhì),氨基酸,乙酰CoA,草酰乙酸,檸檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,TCA循環(huán),脂肪酸,甘油,脂肪,葡萄糖,CO2,H2O,ATP,氨,鳥氨酸循環(huán),尿素,排出,核苷酸,核酸,酮體,膽固醇,甘油二酯,CDP-膽胺,CDP-膽堿,磷

5、脂,3-磷酸甘油醛,丙酮酸,6-Pi-葡萄糖,6-Pi-葡萄糖,6-Pi-葡萄糖是糖酵解,磷酸戊糖途徑,糖異生,糖原合成及糖原分解的共同中間代謝物.在肝細(xì)胞中，通過(guò)6-Pi-葡萄糖使上述糖代謝的各條途徑相互溝通。,葡萄糖,6-Pi-葡萄糖,5-磷酸核酮糖,磷酸戊糖途徑,3-磷酸甘油醛,6-磷酸果糖,丙酮酸,1-Pi-葡萄糖,UTP,PPi,nUDPG,引物(G)m m4,糖原,nUDP,葡萄糖,3-磷酸甘油醛,丙酮酸,6-Pi-葡萄糖,5-磷酸核酮糖,6-磷酸果糖,磷酸戊糖途徑,脂肪,甘油,生糖氨基酸,3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛是糖酵解，磷酸戊糖途徑及糖異生的共同中間代謝產(chǎn)物，脂肪分解產(chǎn)生

6、的甘油通過(guò)甘油激酶催化也可形成 3-磷酸甘油醛，另外，生糖氨基酸脫氨以后可轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油醛。所以，3-磷酸甘油醛可以聯(lián)系糖、脂質(zhì)及氨基酸代謝。,丙酮酸,丙酮酸是糖酵解，糖有氧氧化和生糖氨基酸氧化分解代謝得共同中間產(chǎn)物。糖酵解時(shí)丙酮酸還原為乳酸，有氧氧化時(shí)則生成乙酰coA。另外，丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下形成草酰乙酸。生糖氨基酸異生為糖也需經(jīng)過(guò)丙酮酸的形成及轉(zhuǎn)變。,葡萄糖,丙酮酸,乳酸脫氫酶 （LDH）,乳酸,丙酮酸脫氫 酶復(fù)合體,乙酰CoA,生糖氨基酸,丙酮酸羧化酶,草酰乙酸,磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶,磷酸烯醇型丙酮酸,乙酰CoA,糖、脂肪及氨基酸的分解代謝中間產(chǎn)物乙酰coA可通過(guò)共同的代謝

7、途徑檸檬酸循環(huán)，氧化磷酸化氧化為CO2和H2o,并釋放能量；乙酰coA也是脂肪酸，膽固醇合成的原料，在肝臟，乙酰coA還可用于合成酮體。因此，乙酰 coA是聯(lián)系糖，脂肪及氨基酸代謝的重要物質(zhì)。,-酮戊二酸,草酰乙酸,延胡索酸,檸檬酸,琥珀酰CoA,Tyr Gln His Pro,Glu,Ile Met Ser Thr Val,Phe Tyr,葡萄糖 磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸,乙酰CoA,Asn Asu,脂肪酸,酮體,三羧酸循環(huán),草酰乙酸、-酮戊二酸等檸檬酸循環(huán)中間產(chǎn)物,草酰乙酸，-酮戊二酸等檸檬酸循環(huán)中間產(chǎn)物，除參加三羧酸循環(huán)外，還可為生物體內(nèi)合成某些物質(zhì)提供碳骨架。,Asp,Glu,草酰乙酸

8、,-酮戊二酸,檸檬酸,TCA循環(huán),琥珀酰CoA,脂肪酸,Gly,血紅素,丙酮酸,綜上所述，通過(guò)共同的中間代謝物,不同代謝途徑之間相互溝通,相互轉(zhuǎn)化. 除少數(shù)必需脂肪酸、必需氨基酸外，糖、脂質(zhì)及氨基酸大多數(shù)可以相互轉(zhuǎn)變.,（一）糖代謝與脂肪代謝的相互關(guān)系,糖可以在生物體內(nèi)變成脂肪。 脂肪不能大量轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，除了油料作物種子。 1.糖變成脂肪,由糖轉(zhuǎn)變?yōu)橹惖倪^(guò)程 脂肪是甘油及脂肪酸合成的酯。糖可以變成甘油-磷酸，也可以變成脂肪酸，所以糖能變成脂肪。 糖變成-磷酸甘油： 糖 二羥丙酮磷酸 甘油-磷酸 糖變成脂肪酸： 糖 丙酮酸 乙酰輔酶A 脂肪酸,糖酵解,甘油磷酸脫氫酶,氧化脫羧,糖酵解,雙數(shù)碳原子

9、,2.脂肪轉(zhuǎn)變成糖 實(shí)驗(yàn)證明:用CH3C14OOH飼喂動(dòng)物后，確有C14參入肝糖原分子中，惟量很少。近些年來(lái)，人們對(duì)丙酮代謝的臨床研究與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究已確證脂肪酸代謝所產(chǎn)生的丙酮能夠轉(zhuǎn)變成糖。 脂肪轉(zhuǎn)變成糖的過(guò)程 甘油 -磷酸甘油 磷酸二羥丙酮 糖原 脂肪酸 乙酰輔酶A 草酰乙酸(少量) 糖 油料作物種子萌發(fā)時(shí)動(dòng)用所貯存的大量脂肪并轉(zhuǎn)化為糖類。,糖原異生作用,分解,三羧酸循環(huán),（二）糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的關(guān)系,糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被帷?蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?1.糖生成氨基酸: 糖是生物體重要的能源和碳源。糖可用于合成各種碳鏈結(jié)構(gòu)，經(jīng)氨基化和轉(zhuǎn)氨基作用后，即生成相應(yīng)的氨基酸。,糖在代謝過(guò)程中可產(chǎn)生

10、丙酮酸，丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)可轉(zhuǎn)變成-酮戊二酸和草酰乙酸。這三種酮酸經(jīng)氨基化作用或轉(zhuǎn)氨作用分別變成丙氨酸、谷氨酸及天冬氨酸。 糖還可以轉(zhuǎn)變成其他非必需氨基酸，但糖不能在體內(nèi)合成必需氨基酸。,氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,谷氨酸,轉(zhuǎn)氨酶,NH3 + NADH+H+,NAD+ +H2O,L-谷氨酸脫氫酶,丙酮酸,三羧酸循環(huán),草酰乙酸,2.蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成糖 實(shí)驗(yàn)：用蛋白質(zhì)飼養(yǎng)人工糖尿病的狗，則50%以上的食物蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，并隨尿排出。改用丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等飼養(yǎng)這種患人工糖尿病的狗，隨尿排出的葡萄糖就大為增加。用氨基酸飼養(yǎng)饑餓動(dòng)物，根據(jù)其肝中糖原貯存量的增加，也可證明多種氨基酸在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成

11、肝糖原。,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成糖的步驟： 現(xiàn)已了解除亮氨酸、賴氨酸外，其他組成蛋白質(zhì)的天然氨基酸均可轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸 丙氨酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸、天冬氨酸轉(zhuǎn)變成草酰乙酸、谷氨酸轉(zhuǎn)變成-酮戊二酸。 -酮戊二酸經(jīng)三羧酸循環(huán)變成草酰乙酸。草酰乙酸經(jīng)烯醇丙酮酸磷酸羧激酶作用變成烯醇丙酮酸磷酸。烯醇丙酮酸磷酸沿酵解作用逆行，即可生成糖原。 其他如精氨酸、組氨酸、脯氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸均可通過(guò)谷氨酸轉(zhuǎn)變成-酮戊二酸，再轉(zhuǎn)變成糖原。,氨基酸經(jīng)脫氨基作用可變?yōu)?酮酸，-酮酸再經(jīng)過(guò)一系列變化轉(zhuǎn)化成糖。,苯丙氨酸、酪氨酸可以先轉(zhuǎn)變成延胡索酸、沿三羧酸循環(huán)變成草酰乙酸，再轉(zhuǎn)變成糖原。 絲氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、色

12、氨酸、胱氨酸、纈氨酸、半胱氨酸等均可先轉(zhuǎn)變成丙酮酸，再變成糖原。 另外，異亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸可轉(zhuǎn)變成琥珀酰輔酶A，也可以轉(zhuǎn)變成糖原。,（三）脂肪代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系,由脂肪合成蛋白質(zhì)的可能性是有限的，實(shí)際上僅限于Glu。 蛋白質(zhì)間接地轉(zhuǎn)變?yōu)橹尽?脂肪合成蛋白質(zhì) 由脂肪合成蛋白質(zhì)的可能性是有限的。 脂類分子中的甘油可先轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，再轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜岷?酮戊二酸，然后接受氨基而轉(zhuǎn)變?yōu)楸彼?、天冬氨酸和谷氨酸?脂肪水解形成的脂肪酸經(jīng)-氧化作用生成乙酰輔酶A，后者與草酰乙酸縮合后，經(jīng)三羧酸循環(huán)轉(zhuǎn)變成-酮戊二酸。-酮戊二酸可經(jīng)氨基化或轉(zhuǎn)氨作用生成谷氨酸。 由脂肪酸轉(zhuǎn)變成氨基酸，實(shí)際上僅限

13、于谷氨酸。而且實(shí)現(xiàn)此種變化，尚需有草酰乙酸存在。而草酰乙酸是由其他來(lái)源(如糖與蛋白質(zhì))所產(chǎn)生。所以脂肪可以轉(zhuǎn)變成氨基酸，但很有限。 在植物和微生物，由于存在乙醛酸循環(huán)，可通過(guò)此條途徑來(lái)合成氨基酸。例如：某些微生物利用醋酸或石油烴類物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生氨基酸，可能也是通過(guò)這條途徑。,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹?實(shí)驗(yàn)：用只含蛋白質(zhì)的膳食飼養(yǎng)動(dòng)物，動(dòng)物能在體內(nèi)存積脂肪證明蛋白質(zhì)可在動(dòng)物體內(nèi)轉(zhuǎn)變成脂肪，不過(guò)這種轉(zhuǎn)變可能是間接的。 生酮氨基酸和生糖兼生酮氨基酸（如酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、色氨酸、賴氨酸）在代謝過(guò)程中生成乙酰輔酶A；乙酰輔酶A循脂肪酸合成途徑，即可合成脂肪酸。 生糖氨基酸可以直接或間接生成丙酮酸

14、，丙酮酸可以變成甘油，也可以在氧化脫羧變成乙酰輔酶A后生成脂肪酸。,（四）核酸與其他物質(zhì)代謝的相互關(guān)系,核酸是細(xì)胞內(nèi)的重要遺傳物質(zhì)，核酸在機(jī)體的遺傳和變異及蛋白質(zhì)合成中，起著決定性的作用?？赏ㄟ^(guò)控制蛋白質(zhì)的合成影響細(xì)胞的組成成分和代謝類型。 核酸及其衍生物和多種物質(zhì)代謝有關(guān)。,其他各類代謝物為核酸及其衍生物的合成提供原料 脂類代謝除供應(yīng)CO2外，和核酸代謝并無(wú)明顯的關(guān)系。 蛋白質(zhì)代謝能為嘌呤和嘧啶的合成提供許多原料，如甘氨酸、甲酸鹽、谷氨酰胺、天冬氨酸和氨等；核苷酸合成需要酶和多種蛋白因子的參與。（但酶和蛋白因子的合成本身又是由基因所控制的?？梢?jiàn)核酸起著決定性的作用。） 糖類能產(chǎn)生二羧基氨基酸

15、的前身酮酸，并且又是戊糖的來(lái)源。,一般來(lái)說(shuō)，核酸不是重要的碳源、氮源和能源，但許多游離核苷酸在代謝中起著重要的作用。 例如ATP是能量和磷酸基轉(zhuǎn)移的重要物質(zhì)，UTP參加糖的合成。CTP參加磷脂的合成。CTP為蛋白質(zhì)合成所必需。 此外，許多輔酶均為核苷酸的衍生物。例如，輔酶A、煙酰胺核苷酸和異咯嗪核苷酸等，都是腺嘌呤核苷酸的衍生物，腺嘌呤核苷酸還可以作為合成組氨酸的原料。,可以看出，核酸(及其衍生物)與其他各類代謝物之間存在著一種交互作用的關(guān)系。 其他各類代謝物為核酸及其衍生物的合成提供原料，而核酸及其衍生物又反過(guò)來(lái)對(duì)其他物質(zhì)的代謝方式和反應(yīng)速度發(fā)生影響。,乙酰COA,乙酰COA，3-磷酸甘油醛

16、，NADPH,動(dòng)物內(nèi)困難,氨基化,脫氨基作用,動(dòng)物體內(nèi)數(shù)量極為有限,糖,脂質(zhì),核苷酸,氨基酸,總的來(lái)說(shuō)，糖、脂肪、蛋白質(zhì)和核酸等物質(zhì)在代謝過(guò)程中都是彼此影響，相互轉(zhuǎn)化和密切相關(guān)的。 糖代謝是各類物質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)的“總樞紐”，通過(guò)它將各類物質(zhì)代謝相互溝通，緊密聯(lián)系在一起，而磷酸已糖、丙酮酸、乙酰輔酶A在代謝網(wǎng)絡(luò)中是各類物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要中間產(chǎn)物。糖代謝中產(chǎn)生的ATP、GTP和NADPH等可直接用于其它代謝途徑。,脂類是生物能量的主要儲(chǔ)存形式，脂類的氧化分解最終進(jìn)入三羧酸循環(huán)，并為機(jī)體提供更多的能量。磷脂和鞘脂是構(gòu)成生物膜的成分，而且它們的某些中間代謝物具有信息傳遞的作用。 蛋白質(zhì)是機(jī)體中所有原生質(zhì)結(jié)構(gòu)的

17、基礎(chǔ)，而且作為酶的主要組成成分，決定著各種物質(zhì)代謝反應(yīng)的速度、方向及相互關(guān)系。如糖代謝中的磷酸果糖激酶、檸檬酸合酶，脂代謝中的乙酰CoA羧化酶等都是代謝中的限速酶。,代謝調(diào)節(jié)（metabolic regulation），是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，為適應(yīng)環(huán)境需要而形成的一種生理機(jī)能。進(jìn)化程度愈高的生物，其調(diào)節(jié)系統(tǒng)就愈復(fù)雜?？傊?，就整個(gè)生物界來(lái)說(shuō)，代謝的調(diào)節(jié)是在酶、細(xì)胞、激素和神經(jīng)這四個(gè)不同水平上進(jìn)行的。,二 代謝的調(diào)節(jié),細(xì)胞水平的調(diào)節(jié),細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)：?jiǎn)渭?xì)胞內(nèi)通過(guò)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的改變來(lái)調(diào)節(jié)某些酶促反應(yīng)速度（對(duì)酶的活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)），稱為細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)，這是最原始的調(diào)節(jié)方式。 在單細(xì)胞的微生

18、物中只能通過(guò)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的改變來(lái)調(diào)節(jié)某些酶促反應(yīng)速度（對(duì)酶的活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)）,激素水平的調(diào)節(jié),激素水平的調(diào)節(jié)（細(xì)胞間調(diào)節(jié)） ：低等的單細(xì)胞生物進(jìn)化到多細(xì)胞生物時(shí)出現(xiàn)了激素調(diào)節(jié)，激素可以改變細(xì)胞內(nèi)代謝物質(zhì)的濃度和某些酶的催化能力或含量，從而影響代謝反應(yīng)的速度，對(duì)其他細(xì)胞發(fā)揮代謝調(diào)節(jié)作用，這種調(diào)節(jié)稱為激素水平得調(diào)節(jié),整體水平的調(diào)節(jié),整體水平的調(diào)節(jié)：高等生物和人類有了功能更復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)。在神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)直接對(duì)靶細(xì)胞發(fā)生作用（神經(jīng)調(diào)節(jié)）或者改變某些激素的分泌，再通過(guò)各種激素相互協(xié)調(diào)，對(duì)整體代謝進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)（神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)），這種調(diào)節(jié)稱為整體水平的調(diào)節(jié)。,各類調(diào)節(jié)作用點(diǎn)

19、均在生物活動(dòng)的最基本單位細(xì)胞中。所以細(xì)胞內(nèi)的調(diào)節(jié)雖然是原始的，但卻是最基本的調(diào)節(jié)方式，是高級(jí)水平的神經(jīng)和激素調(diào)節(jié)方式的基礎(chǔ)。而且在細(xì)胞內(nèi)的各類代謝反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的，代謝反應(yīng)性質(zhì)、方式、速度，均決定于酶的性質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)的代謝除受酶的調(diào)節(jié)外，還包括細(xì)胞區(qū)域化及能荷的調(diào)節(jié)。,細(xì)胞水平的調(diào)節(jié),代謝反應(yīng)是由酶催化進(jìn)行的，酶水平的調(diào)節(jié)是最靈敏和最有效的調(diào)節(jié)。酶水平的調(diào)節(jié)也是目前研究得比較多、了解得比較詳細(xì)的代謝調(diào)節(jié)方式。酶水平的調(diào)節(jié)主要從酶的活性和酶的數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面影響細(xì)胞代謝。,一酶水平調(diào)節(jié),酶活性的調(diào)節(jié) 細(xì)胞內(nèi)直接迅速的調(diào)節(jié)方式。酶活性的調(diào)節(jié)包括酶原激活、酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)（反饋抑制和前饋激活）及酶的

20、共價(jià)修飾等方面。,. 酶原激活 在細(xì)胞內(nèi)首先合成無(wú)活性酶的前體（酶原），再通過(guò)蛋白酶的作用釋放出一些氨基酸或小肽，轉(zhuǎn)變成有活性的酶蛋白，這一過(guò)程稱為酶原激活（activation of zymogen）。酶原激活是不可逆的過(guò)程。,別構(gòu)調(diào)節(jié)作用,一般為寡聚酶，由催化亞基和調(diào)節(jié)亞基組成，別構(gòu)效應(yīng)物與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，引起酶分子的構(gòu)象發(fā)生變化，從而改變酶的活性。 反饋調(diào)節(jié)：反饋現(xiàn)象是普遍存在的。 反饋：一種運(yùn)動(dòng)的效果對(duì)這種運(yùn)動(dòng)的影響。 通常區(qū)分為“正反饋”和“負(fù)反饋”，凡是一種運(yùn)動(dòng)的效果對(duì)于這種原始運(yùn)動(dòng)的影響是促進(jìn)性的稱為正反饋；反之，所發(fā)生抑制性的影響稱為負(fù)反饋。,在細(xì)胞內(nèi)當(dāng)一個(gè)酶促反應(yīng)產(chǎn)物積累過(guò)多時(shí)

21、，由于質(zhì)量作用定律的關(guān)系，能抑制其本身的合成，這種抑制屬簡(jiǎn)單的抑制，它不牽涉到酶結(jié)構(gòu)的改變。如-淀粉酶催化淀粉水解成麥芽糖，過(guò)多的麥芽糖能夠抑制-淀粉酶的活性，使淀粉水解的速度下降。 但是在多個(gè)酶促系列反應(yīng)中，終產(chǎn)物可對(duì)反應(yīng)序列前頭的酶發(fā)生抑制作用，這稱為反饋抑制（feedback inhibition）.這種反饋抑制作用是改變酶蛋白構(gòu)象的結(jié)果。通常受控制的酶是反應(yīng)系列開頭的酶，是一種調(diào)節(jié)酶或變構(gòu)酶，有時(shí)也叫“標(biāo)兵酶”（pacemaker enzyme），因?yàn)檎麄€(gè)反應(yīng)序列是受這個(gè)酶調(diào)節(jié)的。,如糖酵解中的磷酸果糖激酶是控制糖酵解的標(biāo)兵酶。又如，在大腸桿菌中，由于天冬氨酸和氨基甲酰磷酸合成胞苷三磷

22、酸（CTP）的反應(yīng)，是受CTP反饋調(diào)節(jié)的。當(dāng)CTP的代謝利用較低時(shí)，CTP便在細(xì)胞內(nèi)積累，這時(shí)CTP便對(duì)這個(gè)反應(yīng)序列的開頭的酶即天冬氨酸轉(zhuǎn)氨基甲酰酶起反饋抑制作用，結(jié)果抑制CTP本身的生成；反之，如果CTP被高度利用，這時(shí)CTP在細(xì)胞內(nèi)不積累，也就不起反饋抑制調(diào)節(jié)，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行以生成所需要的CTP。,葡萄糖的磷酸化反應(yīng)中，當(dāng)6-磷酸葡萄糖累積過(guò)多時(shí)，已糖激酶就會(huì)受到磷酸葡萄糖的反饋抑制作用，使反應(yīng)慢下來(lái)。這里除質(zhì)量作用效應(yīng)外，還存在酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)作用。 這種反饋抑制調(diào)節(jié)，在代謝調(diào)節(jié)中有重要意義，它可按生物代謝的需要而保證代謝物的供應(yīng)，又不致發(fā)生代謝物積累過(guò)多而造成浪費(fèi)，是很經(jīng)濟(jì)的調(diào)控方式。,在上

23、述不發(fā)生分支的代謝反應(yīng)中，只有一個(gè)終產(chǎn)物對(duì)線性反應(yīng)序列開頭的酶起反饋抑制作用，屬于一價(jià)反饋抑制（monovalent feedback inhibition），又稱單價(jià)反饋抑制。如果反應(yīng)發(fā)生分支，就會(huì)產(chǎn)生兩種或兩種以上的終產(chǎn)物，而其中某一種終產(chǎn)物過(guò)多都會(huì)對(duì)序列反應(yīng)前面的變構(gòu)調(diào)節(jié)酶起反饋抑制作用，即二價(jià)反饋抑制（divalent feedback inhibition），,二價(jià)反饋抑制（divalent feedback inhibition）的調(diào)節(jié)方式,同工酶的反饋抑制 同工酶是指催化同一生化反應(yīng)，但酶蛋白結(jié)構(gòu)及組成有所不同的一組酶。如果在一個(gè)分支代謝過(guò)程中，在分支點(diǎn)之前的一個(gè)反應(yīng)由一組同工酶

24、所催化，分支代謝的幾個(gè)最終產(chǎn)物往往分別對(duì)這幾個(gè)同工酶發(fā)生抑制作用，并且最終產(chǎn)物對(duì)各自分支單獨(dú)有抑制，這種調(diào)節(jié)方式稱為同工酶的反饋抑制（isoenzyme feedback inhibition）。,協(xié)同反饋抑制 在分支代謝中，只有當(dāng)幾個(gè)最終產(chǎn)物同時(shí)過(guò)多才能對(duì)共同途徑的第一個(gè)酶發(fā)生抑制作用，稱為協(xié)同反饋抑制（concerted feedback inhibition）。而當(dāng)終產(chǎn)物單獨(dú)過(guò)量時(shí)，只能抑制相應(yīng)的支路的酶，不影響其他產(chǎn)物合成。,順序反饋抑制 在一個(gè)分支代謝途徑中，終產(chǎn)物積累引起反饋抑制使分支處的中間產(chǎn)物積累，再反饋抑制反應(yīng)途徑中第一個(gè)酶活性，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。因?yàn)檫@種調(diào)節(jié)是按照順序進(jìn)行

25、的，所以稱順序反饋抑制（sequential feedback inhibition），又稱逐步反饋抑制。,累積反饋抑制 在一個(gè)分支代謝中，幾個(gè)最終產(chǎn)物中的任何一個(gè)產(chǎn)物過(guò)多時(shí)都能對(duì)某一酶發(fā)生部分抑制作用，但要達(dá)到最大效果，則必須幾個(gè)最終產(chǎn)物同時(shí)過(guò)多，這樣的反饋抑制稱為累積反饋抑制（cumulative feedback inhibition）。,終產(chǎn)物的反饋抑制是準(zhǔn)確經(jīng)濟(jì)的調(diào)控方式。這是因?yàn)槠鹫{(diào)節(jié)作用的是產(chǎn)物本身，所以，在產(chǎn)物少時(shí)，關(guān)鍵酶的活性增高，整個(gè)途徑的運(yùn)行速度加快，產(chǎn)物增多；而當(dāng)產(chǎn)物過(guò)多時(shí)，則產(chǎn)生反饋抑制，使合成速度減慢，產(chǎn)物減少。而且在這種調(diào)節(jié)中受控的酶是初始酶，而不是其他催化后續(xù)反

26、應(yīng)的酶，所以能避免反應(yīng)的中間產(chǎn)物積累，有利于原料的合理利用和節(jié)約機(jī)體的能量。反饋抑制在系列的合成代謝的調(diào)節(jié)中起重要作用。,前饋激活,在一反應(yīng)序列中，前身物可對(duì)后面的酶起激活作用，促使反應(yīng)向前進(jìn)行，這叫做前饋激活（feed forward activation）。例如，在糖原合成中，6-磷酸葡萄糖是糖原合成酶的變構(gòu)激活劑，因此可促進(jìn)糖原的合成。,前饋激活作用能使代謝速度加快，所以是一種正前饋。在某些特殊的情況下，為避免代謝途徑過(guò)分擁擠，當(dāng)代謝底物過(guò)量時(shí)，對(duì)代謝過(guò)程亦可呈負(fù)前饋?zhàn)饔?。此時(shí)，過(guò)量的代謝底物可以轉(zhuǎn)向其它代謝途徑。例如，高濃度的乙酰輔酶A是乙酰輔酶A羧化酶的變構(gòu)抑制劑，從而避免丙二酸單酰

27、輔酶A過(guò)多合成,（）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)作用,共價(jià)修飾（covalent modification）是指在專一酶的催化下，某種小分子基團(tuán)可以共價(jià)結(jié)合到被修飾酶的特定氨基酸殘基上，而改變酶的活性。共價(jià)修飾是可逆過(guò)程，小分子基團(tuán)可在酶的催化下水解去除，發(fā)生逆轉(zhuǎn)。,糖原磷酸化酶是酶促化學(xué)修飾的典型例子 糖原作為貯藏性碳水化合物，廣泛存在于人和動(dòng)物體內(nèi)。糖原在糖原磷酸化酶作用下發(fā)生磷酸解產(chǎn)生1-磷酸葡萄糖。此酶有兩種形式：即有活性的磷酸化酶 a 和無(wú)活性的磷酸化酶 b ，二者可以互相轉(zhuǎn)變。,磷酸化酶 b,酶被修飾的基團(tuán)是絲氨酸的羥基。,ATP,AP,磷酸化酶 a,磷酸化酶 b 激酶,磷酸化酶 a 磷酸（酯）酶

28、,失活,活化,共價(jià)修飾調(diào)節(jié)對(duì)調(diào)節(jié)信號(hào)有放大作用。如磷酸化酶激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。 酶促化學(xué)修飾反應(yīng)往往是多個(gè)反應(yīng)配合進(jìn)行的。在生物體內(nèi)，有些反應(yīng)是連鎖進(jìn)行的。在這些連鎖反應(yīng)中，一個(gè)酶被修飾后，連續(xù)地發(fā)生其他酶被激活，導(dǎo)致原始調(diào)節(jié)因素的效率逐級(jí)放大，這樣的連鎖代謝反應(yīng)系統(tǒng)叫級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)或級(jí)聯(lián)系統(tǒng)（cascade system）。 如腎上腺素或胰高血糖素對(duì)磷酸化酶 b 激酶的激活就屬這種類型。,腎上腺素（或胰高血糖素） 腺苷酸環(huán)化酶 腺苷酸環(huán)化酶 （無(wú)活性） （有活性） ATP cAMP + PPi (102) 蛋白激酶（無(wú)活力）蛋白激酶（有活力） (104) 磷酸化酶激酶 磷酸化酶激酶-P (106)

29、 （無(wú)活性） ATP ADP （有活性） 磷酸化酶 b 磷酸化酶 a (108) （無(wú)活性）ATP ADP （有活性） 糖原 1-磷酸葡萄糖,在這些連鎖的酶促反應(yīng)過(guò)程中，前一反應(yīng)的產(chǎn)物是后一反應(yīng)的催化劑，每進(jìn)行一次共價(jià)修飾反應(yīng)，就產(chǎn)生一次放大，如果假設(shè)每一級(jí)反應(yīng)放大100倍，即1個(gè)酶分子引起100個(gè)分子發(fā)生反應(yīng)（實(shí)際上，酶的轉(zhuǎn)換數(shù)比這大得多），那么從激素促進(jìn)cAMP生成的反應(yīng)開始，到磷酸化酶 a 生成為止，經(jīng)過(guò)四次放大后，調(diào)節(jié)效應(yīng)就放大了108倍了。由此可見(jiàn)，極微量的激素對(duì)酶活性控制是十分靈敏的。,不同類型的可逆共價(jià)修飾作用： 磷酸化/脫磷酸化；乙?；?脫乙?；?；腺苷酸化/脫腺苷酸化；尿苷酸化

30、/脫尿苷酸化；ADP-核糖基化；甲基化/脫甲基化；S-S/SH相互轉(zhuǎn)變。,2.酶的數(shù)量(酶濃度)的調(diào)節(jié) 酶是生物反應(yīng)的催化劑，酶的相對(duì)數(shù)量決定代謝反應(yīng)的進(jìn)程和方向。因此，酶本身也必然受代謝調(diào)節(jié)的控制。通過(guò)酶的合成和降解，細(xì)胞內(nèi)的酶含量和組分便發(fā)生變化，因而對(duì)代謝過(guò)程起調(diào)節(jié)作用。 生物細(xì)胞的這種通過(guò)改變酶的合成和降解而調(diào)節(jié)酶的數(shù)量，被稱為“粗調(diào)”。 通過(guò)粗調(diào)，細(xì)胞可以開動(dòng)或完全關(guān)閉某種酶的合成，或適當(dāng)調(diào)整某種酶的合成和降解速度，以適應(yīng)對(duì)這種酶的需要。,.酶合成的調(diào)節(jié)-基因表達(dá)的調(diào)節(jié),酶生物合成在轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平受到調(diào)節(jié)。 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié),生物體每個(gè)細(xì)胞都含有該生物整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程所必需的遺傳信息

31、，但這些遺傳信息不是一下子全部表達(dá)出來(lái)，而是按其生長(zhǎng)發(fā)育的需要或受外界條件的影響只表達(dá)出一部分遺傳信息，合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)-酶。特別是當(dāng)某種酶的底物存在時(shí)，便會(huì)發(fā)生誘導(dǎo)作用，導(dǎo)致作用于該底物的酶的合成。這個(gè)底物稱為誘導(dǎo)物（inducer）,由誘導(dǎo)物促進(jìn)而合成的酶稱為誘導(dǎo)酶（induced enzyme）。例如，大腸桿菌培養(yǎng)基中加入乳糖作為唯一的碳源時(shí)，大腸桿菌細(xì)胞即生成利用乳糖的酶類。但當(dāng)培養(yǎng)基中加葡萄糖為唯一碳源時(shí)，則它只含有很少的半乳糖苷酶（一種大腸桿菌利用乳糖的關(guān)鍵性酶）。,與酶合成誘導(dǎo)情形相反的是酶的阻遏（repression），即由于某些代謝產(chǎn)物的存在而阻止細(xì)胞內(nèi)某種酶的合成。例如，將

32、大腸桿菌培養(yǎng)在只含有無(wú)機(jī)銨鹽（NH4+）及單一碳源(如葡萄糖)中時(shí)，大腸桿菌能合成所有的含氮物質(zhì)，包括合成蛋白質(zhì)所需要的20種氨基酸。但如果在培養(yǎng)基中加入某種氨基酸（如色氨酸），則利用NH4+和碳源合成色氨酸的酶系便迅速消失。這種現(xiàn)象就是酶合成的阻遏作用。阻遏酶生成的物質(zhì)（色氨酸）稱為輔阻遏物（corepressor）。,1）原核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié),19601961年，J. Monod 和 F. Jacob 提出乳糖操縱子模型（lac operon model）。,操縱子（operon）,操縱子（operon）是指染色體上控制蛋白質(zhì)（酶）合成的功能單位，它是由一個(gè)或多個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因和控制基

33、因組成的。結(jié)構(gòu)基因是作為轉(zhuǎn)錄成mRNA的模板，以后由mRNA翻譯成相應(yīng)的酶蛋白；控制基因是由操縱基因和啟動(dòng)基因組成的，操縱基因在結(jié)構(gòu)基因旁邊,是被激活阻遏物的結(jié)合位點(diǎn),由它來(lái)開動(dòng)和關(guān)閉合成相應(yīng)酶的結(jié)構(gòu)基因，啟動(dòng)基因在操縱基因旁邊，是RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)。在操縱子的前邊是產(chǎn)生阻遏蛋白的調(diào)節(jié)基因。,基因操縱子調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖,調(diào)節(jié)基因 啟動(dòng)基因 操縱基因 結(jié)構(gòu)基因 DNA 轉(zhuǎn)錄 （-） RNA聚合酶 （+） 轉(zhuǎn)錄 翻譯 mRNA 翻譯 阻遏蛋白 蛋白質(zhì),控制區(qū) 信息區(qū),操縱子,當(dāng)操縱基因“開動(dòng)”時(shí)，它管轄的結(jié)構(gòu)基因能通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成某種酶蛋白；當(dāng)操縱基因“關(guān)閉”時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不能合成這種酶蛋白。

34、 操縱基因的“開”與“關(guān)”受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白的控制，阻遏蛋白可以感受來(lái)自外界環(huán)境的變化，即受一些小分子誘導(dǎo)物或輔阻遏物的控制。通常酶合成的誘導(dǎo)物就是酶作用的底物，而輔阻遏物是酶作用的最終產(chǎn)物。這些小分子能以某種方式與阻遏蛋白分子結(jié)合，使阻遏蛋白產(chǎn)生構(gòu)象變化，從而決定它是否處于活性狀態(tài)。,酶合成的誘導(dǎo)和阻遏與基因關(guān)系的學(xué)說(shuō)，即操縱子學(xué)說(shuō)已為許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)，并被普遍接受。 概括來(lái)講，阻遏物與操縱基因結(jié)合導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。阻遏物又有兩種狀態(tài)：激活態(tài)和失活態(tài)。激活態(tài)的阻遏物與誘導(dǎo)物結(jié)合后失活，導(dǎo)致酶的誘導(dǎo)合成；失活態(tài)的阻遏物與輔阻遏物結(jié)合后被激活，導(dǎo)致酶合成的阻遏。這種調(diào)節(jié)是負(fù)調(diào)節(jié)作用。,組成酶

35、,當(dāng)調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變時(shí)形成的阻遏蛋白失去與操縱基因結(jié)合的功能，結(jié)果是不管需要與否，都合成相應(yīng)的酶，這種酶稱為組成酶。這種突變體稱為組成突變體。與此相對(duì)的，如果調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變產(chǎn)生的阻遏物失去與誘導(dǎo)物結(jié)合的能力，那么即使有誘導(dǎo)物存在，也不發(fā)生誘導(dǎo)作用，這種突變體稱為超阻遏突變體。,環(huán)腺苷酸在酶合成調(diào)節(jié)中起重要作用。在這里調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物為cAMP受體蛋白（cAMP receptor protein, CRP），也稱降解物基因活化蛋白（catabolite gene activator protein,CAP）。與前述負(fù)調(diào)節(jié)方式不同，CAP起的是正調(diào)節(jié)作用。當(dāng)它與cAMP結(jié)合并被激活，CAP-cAM

36、P復(fù)合物結(jié)合到啟動(dòng)子上，并幫助RNA聚合酶有效地與啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行, CAP的正調(diào)控,用含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基作為碳源培養(yǎng)大腸桿菌，在葡萄糖沒(méi)有被利用完之前，菌體內(nèi)-半乳糖苷酶的合成便受阻遏，這是因?yàn)槠咸烟堑慕到馕铮╟atabolite）通過(guò)降低胞內(nèi)環(huán)腺苷酸（cAMP）的含量，阻遏了這三種酶的誘導(dǎo)合成，這種阻遏稱為分解代謝阻遏作用。,降解物的阻遏作用,衰減作用,除了調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物對(duì)轉(zhuǎn)錄的正、負(fù)調(diào)控（如CAP蛋白和阻遏蛋白）之外，還有另一種在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的衰減作用（attenuation），用以終止和減弱轉(zhuǎn)錄。在基因上這種調(diào)節(jié)的作用部位稱為衰減子（attenuator），衰減子

37、是一種位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)的終止序列 該機(jī)制首先是從色氨酸操縱子的研究中弄清楚的。目前已知除色氨酸外，其它許多與氨基酸代謝相關(guān)的操縱子的有關(guān)基因中都存在衰減子的調(diào)節(jié)位點(diǎn)。,除轉(zhuǎn)錄水平能調(diào)節(jié)酶的數(shù)量外，在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工和運(yùn)輸及翻譯水平上同樣可以調(diào)節(jié)酶的數(shù)量。如真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工，mRNA由細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的運(yùn)輸，mRNA在細(xì)胞中的定位和組裝等過(guò)程是基因表達(dá)重要的調(diào)節(jié)步驟；翻譯水平上mRNA通過(guò)本身核苷酸組成和排列（如SD序列），反義RNA的活性，mRNA的穩(wěn)定性等進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2）真核生物基因表達(dá)的調(diào)控,為多級(jí)調(diào)控方式：轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控、翻譯水平調(diào)控、翻譯后水平調(diào)控。,酶降解的調(diào)節(jié),酶的降解速度也能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量。 酶的降解是由特異的蛋白質(zhì)水解酶催化的。在細(xì)胞內(nèi)常含有各種水解酶，其水解蛋白質(zhì)的種類和速度隨細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)和環(huán)境條件而不斷變化。如大腸桿菌在指數(shù)生長(zhǎng)期，蛋白酶的總活性較低，但當(dāng)大腸桿菌由于營(yíng)養(yǎng)缺乏而處于靜止期時(shí)，便誘導(dǎo)合成蛋白水解酶，分解細(xì)胞內(nèi)不需要的蛋白質(zhì)；植物種子在萌發(fā)時(shí)蛋白酶的合成速度也明顯增加，用于分解種子