第1页：第十三章物质代谢的相互联系和调节控制
第十三章物质代谢的相互联系和调节控制
第2页：物质代谢的相互联系和调节控制内容概要
- 主要内容
- 概述
- 物质代谢的相互联系
- 代谢调节
- 细胞区隔化
- 酶水平的调节酶量的调节（操纵子模型）酶原激活共价修饰与级连放大前馈与反馈辅因子调节酶活性的调节
第3页：代谢网络的益处
- 提问：代谢网络有什么益处？
- 资源共享—途径
- 在满足需要的前提下，互通有无，最大限度的减少酶、代谢途径及中间产物的数量
- 这些代谢之间是否会存在互相干扰的问题呢？
- 是
- 如何尽量降低其程度呢？
- 各种代谢调控的方法
第4页：没有孤立的代谢生化反应
没有孤立的代谢生化反应所有都是生化反应网络中的节点。
第5页：第一节物质代谢途径之间的联系
- 第一节物质代谢途之间的联系一、物质代谢特点
- 共同代谢池metabolic pool
- 动态平衡dynamic equilibrium
- 整体性integration
- ATP是通用的
- HADPH是合成代谢所需还原当量
- 代谢调节
- 组织、器官代谢特点（肝、肌、脑、红细胞）
第6页：二代谢途径间的相互联系
- 二代谢途径间的相互联系1、体内供能物质以糖和脂肪为主，节约蛋白质以构成细胞结构。2、糖、脂、氨基酸的分解代谢
- 乙酰CoA三羧循环ATP+CO2+H2O
- 节约酶的种类和数量
- 简化反应机构3、糖、脂、氨基酸的互变（1）糖、氨基酸
- 脂肪酸和胆固醇（糖
- 脂肪）（2）aa NH2
- 酮酸转变生糖（氨基酸
- 糖）
第7页：物质代谢途径之间的联系
- （3）糖、甘油中间代谢物NH2 非必需aa
- 除奇数脂肪酸，脂肪酸
- aa
- 乙酰CoA 丙酮酸故乙酰CoA
- 糖4、枢纽性中间产物，可沟通不同的代谢通路
- 葡糖-6-磷酸
- 丙酮酸
- 乙酰辅酶A
- 磷酸二羟丙酮PEP 草酰乙酸α-酮戊二酸磷酸核糖
第8页：糖原食物糖葡糖
糖原食物糖葡糖-6-磷酸酵解中间物磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2乳酸CO2脂肪酸食物脂肪甘油储存脂肪辅酶H2甘油氨基酸NH3CO2ATP尿素组织蛋白质食物蛋白质三羧酸循环乙醛酸循环磷酸戊糖途径辅酶H2呼吸链磷酸戊糖ATPADPATP甲酸CO2NH3核酸H2Oα-酮戊二酸生糖甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺辅酶H2磷脂丝甲硫氨基酸酶基因糖异生发酵
第9页：第二节物质代谢调节
- 第二节物质代谢调节生物体内的代谢不是孤立，各行其是进行的，即相互联系转化，协调一致，又互相限制制约。体内代谢能保持这种动态的平衡，应归功与它的精确的调节机构。例：饱餐一顿血糖不会居高不下。体内调节可发生在不同的层次上，一般分为四种水平：
- 酶水平调节---通过对酶的活性和酶的量调节来实现。
- 细胞水平的调节---通过对细胞内代谢物和酶的细胞定位来实现。
- 激素水平的调节---协调不同细胞、组织与器官之间的代谢。
- 神经水平的调节---在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网络。
第10页：神经水平调节
神经水平调节激素水平调控细胞水平调控分子水平调控酶水平调控单细胞生物植物动物代谢的正常运转是生物是生物体生存的基本条件，一方面生物存在基本的代谢调节过程，另一方面生物根据生长发育的不同阶段，及外界环境的变化作出适当的代谢调节。代谢调节的方式也在不断变化。进化的方向
第11页：细胞水平调节
一、细胞水平调节细胞有精细的结构。细胞内不同区域代谢物的浓度不一致。
第12页：器官层次
- 器官层次——
- 器官功能分化，如肝脏是主要的氧化、合成部位
- 细胞层次——
- 细胞器功能分化代谢的调控糖降解脂肪酸降解硬脂酸等的合成呼吸链DNA、RNA合成糖合成脂肪合成蛋白质合成核酸降解生物膜控制底物浓度
第13页：区域化的意义
区域化的意义可避免代谢途径之间相互干扰。有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节。
第14页：酶活力的影响因素
- 提问：如何调控呢？
- 酶——代谢调控的开关
- 提问：影响酶活力的因素有哪些？
- 底物浓度、酶浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂、辅酶或辅基、别构激活抑制
- pH、温度基本控制在定值
- 例如温度高太耗能、低了酶活性低
- 1.底物激活、产物抑制——前馈反馈二、酶水平调节
第15页：底物的前馈激活产物
底物的前馈激活产物的反馈抑制发酵工业如何克服产物抑制尽可能提高产物收率？与分离手段偶联、加大生物膜透性
第16页：酶促反应
- 酶促反应的前馈和反馈前者的意思是“输入对输出的影响”;后者的意思是“输出对输入的影响”。
- 限速步骤与标兵酶
- 反馈抑制如：CTP反馈抑制天冬氨酸氨甲酰基转移酶。可分为两种。单价反馈抑制；二价反馈抑制：顺序反馈抑制协同反馈抑制累积反馈抑制同工反馈抑制
- 前馈激活：如：6-磷酸葡萄糖对糖原合成酶的前馈激活。
第17页：顺序反馈抑制
yxDCBaAbcdd′1、顺序反馈抑制yxDCBaAbcdd′2、协同反馈抑制
第18页：积累反馈抑制
yxDCBaAbcdd′3、积累反馈抑制4、同工反馈抑制yxDCBaAbcdd′a′
第19页：能量物质
- 2.能量物质——ADP/ATP调节
- 提问：如何调控？
- ADP-Pi↑—分解反应↑
- ATP ↑—合成反应↑3.酶数量调控
- 合成调控、降解调控
- A.合成调控
- 诱导合成与阻遏合成
- 当需要的时候，合成相应的酶—底物是诱导物
- 节省能源和物质
第20页：背景介绍
- 背景介绍
- 大肠杆菌通常利用葡萄糖作为碳源，通常情况下环境中乳糖极少，降解乳糖的酶不被合成，其实质是乳糖降解酶基因不表达。例1大肠杆菌乳糖酶诱导合成阻遏蛋白乳糖酶基因操纵基因结构基因半乳糖苷酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透性酶操纵基因——基因合成的开关调节基因关——阻遏蛋白阻挡操纵基因，结构基因不表达诱导物（乳糖）开——诱导物阻止阻遏蛋白功能发挥。mRNA酶蛋白
第21页：阻遏蛋白操纵基因结构基因调节基因mRNA
阻遏蛋白操纵基因结构基因调节基因mRNA酶蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，所以结构基因表达。酶代谢产物一旦大量积累阻遏蛋白被产物激活，结构基因不表达。原核生物基因主要是转录控制。不需要，产物阻遏常规酶的合成
第22页：真核生物基因是多层次调控
- 真核生物基因是多层次调控
- 目前生化领域最引人注目的研究课题之一。
- 研究目的——更有效地控制真核生物（动植物及人类自身）的生长发育。
- 真核生物DNA中基因部分只占5%，其余大多与调控有关。
- 严密控制不同部位的细胞中基因的表达—
- 以实现明确的分工（代谢能力、功能）
第23页：转录前调节2转录调节转录初产物
DNA1转录前调节2转录调节转录初产物RNA3转录后加工的调节mRNA蛋白质前体活性蛋白质——包括酶4转运调节7mRNA降解的调节5翻译调节6翻译后加工的调节[ mRNA降解物]细胞核膜生命各种生命问题与这些调节密切相关。
第24页：转录前调节
- 转录前调节—
- 1.染色体丢失——
- 如红细胞成熟过程中整个核丢失了。
- 2.基因扩增——
- 如受精卵细胞大量扩增rRNA基因数量，以加速蛋白质合成速度，从而加速细胞分裂速度；
- 又如癌细胞大量扩增癌基因；
- 3.甲基化——
- 关闭该基因功能
第25页：转录调节
- 转录调节
- 1.固醇激素（如动物性激素）——
- 与基因结合，促使细胞转录加速，生长加速
- 2.增强子——DNA片段
- 产生增强蛋白加速转录速度。
第26页：B.降解调控
- B.降解调控
- 泛肽——有选择的控制一些酶的降解稳定的酶结构泛肽易被降解的酶结构溶酶体蛋白酶氨基酸泛肽
第27页：主要指肽类及氨基酸衍生物激素
- 主要指肽类及氨基酸衍生物激素。
- （动物激素主要包括肽类、氨基酸衍生物类、固醇类激素）4.激素对酶的连续激活激素激素受体ATPcAMP +PPi酶A(无活性）酶A(有活性）酶B(无活性）酶B(有活性）酶C(无活性）酶C(有活性）酶D(无活性）酶D(有活性）代谢反应激素激活了一个连锁信号放大，酶D浓度巨升，整个反应速度大幅度提高。（四两拨千斤）环化酶激活101001000104极大1 （浓度）
第28页：如胰岛素对糖原降解的激活
如胰岛素对糖原降解的激活；生长素抑制糖原分解等等。
第29页：环化酶
ATPPPi环化酶+H2OcAMP环-腺苷酸-
第30页：
第31页：细胞信号与代谢调节
- 信号——化学信号、电信号
- 化学信号（神经递质）——与激素连续激活原理相同；
- 如乙酰胆碱、神经肽、氨基酸等
- 电信号（Na+、Ca2+、K+ 在细胞内外的定向流动）——以Ca2+在细胞内的浓度变化引起细胞内相关的酶蛋白激活或抑制。
第32页：各种生物
- 各种生物在生物化学层次完全平等
- 生物化学中具有高度的生命智慧
