第十四章物質代謝的相互聯(lián) 系和調節(jié)控制

1、第一節(jié)第一節(jié) 物質代謝的相互聯(lián)系物質代謝的相互聯(lián)系第二節(jié)第二節(jié) 代謝的調節(jié)代謝的調節(jié)物質代謝一覽物質代謝一覽物物質質代代謝謝網(wǎng)網(wǎng)絡絡 相對立的單向反應相對立的單向反應（opposing unidirectional reaction）（正反應和逆反應由兩種不同的酶所催化）（正反應和逆反應由兩種不同的酶所催化） 1. 糖代謝的例子：糖代謝的例子： G + ATP 6 G + ADP（變構抑制）變構抑制） 6 G +H2O G + Pi 2. 脂代謝的例子：脂代謝的例子：乙酰乙酰 CoA O2 ATP 丙二酸單酰丙二酸單酰 CoAADPPi 丙二酸單酰丙二酸單酰 CoA 乙酰乙酰 Co A O2

2、PP 己糖激酶己糖激酶磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶乙酰乙酰 CoA羧化酶羧化酶丙二酸單酰丙二酸單酰 CoA脫羧酶脫羧酶ATPADP+Pi太陽能太陽能化學能化學能生物合成生物合成細胞運動細胞運動膜運輸膜運輸能荷能荷=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP 有機體從環(huán)境中獲得能量的方式各有不同，有的有機體從環(huán)境中獲得能量的方式各有不同，有的利用太陽的輻射能，有的利用氧化還原反應釋放的化利用太陽的輻射能，有的利用氧化還原反應釋放的化學能。不管那種形式，細胞都能將它轉化成高能分子學能。不管那種形式，細胞都能將它轉化成高能分子ATP。 酶在細胞內有一定的布局和定位。酶在細胞內有一定的布局和定位。催化不催

3、化不同代謝途徑的酶類，往往分別組成各種多同代謝途徑的酶類，往往分別組成各種多酶體系。多酶體系存在于一定的亞細胞結酶體系。多酶體系存在于一定的亞細胞結構區(qū)域中，或存在于胞質中，這種現(xiàn)象構區(qū)域中，或存在于胞質中，這種現(xiàn)象稱稱為酶的區(qū)域化為酶的區(qū)域化。 功能：功能：濃縮效應，防止干擾，便于調節(jié)。濃縮效應，防止干擾，便于調節(jié)。胞質：胞質：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途徑，糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途徑，脂肪酸合成，部分蛋白質合成。脂肪酸合成，部分蛋白質合成。線粒體：線粒體：脂肪酸脂肪酸氧化，三羧酸循環(huán)，呼吸氧化，三羧酸循環(huán)，呼吸鏈，氧化磷酸化。鏈，氧化磷酸化。細胞核：細胞核：核酸的合成、修飾。核酸的合成

4、、修飾。內質網(wǎng)：內質網(wǎng)：蛋白質合成，磷脂合成。蛋白質合成，磷脂合成。胞質和線粒體：胞質和線粒體：糖異生，膽固醇合成糖異生，膽固醇合成溶酶體：溶酶體：多種水解酶多種水解酶賴賴纈纈天天天天天天天天甘甘異異賴賴纈纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶腸激酶腸激酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶胰蛋白酶對胰分泌的各種蛋白酶原的激活作用胰蛋白酶對胰分泌的各種蛋白酶原的激活作用六肽六肽A.共價修飾共價修飾（covalent modification）：）：指在專一性酶

5、指在專一性酶的催化下，某些小分子基團共價地結合到被的催化下，某些小分子基團共價地結合到被修飾的酶分子上，使被修飾酶的活性發(fā)生改修飾的酶分子上，使被修飾酶的活性發(fā)生改變，從而調節(jié)酶活性。變，從而調節(jié)酶活性。 （1）共價修飾調節(jié)酶：即通過共價修飾調節(jié)活性的）共價修飾調節(jié)酶：即通過共價修飾調節(jié)活性的酶叫酶叫共價修飾共價修飾調節(jié)酶。調節(jié)酶。 （2）共價修飾的類型：）共價修飾的類型： 磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化（主要存在于高等動、植物細胞中）（主要存在于高等動、植物細胞中） 腺苷?；佘挣；?去腺苷?；?；去腺苷?；唬ㄖ饕嬖诩毦校ㄖ饕嬖诩毦校?乙?；阴；?去乙?；?；尿苷?；ヒ阴；?；尿苷

6、酰化/去尿苷?；?；去尿苷?；?； 甲基化甲基化/去甲基化；去甲基化；S-S/SH(PhK) B.級聯(lián)系統(tǒng)（級聯(lián)系統(tǒng)（cascade system）：）：連鎖代謝反連鎖代謝反應中一個酶被激活后，連續(xù)地發(fā)生其它酶被應中一個酶被激活后，連續(xù)地發(fā)生其它酶被激活，導致原始信號的放大。這樣的連鎖代激活，導致原始信號的放大。這樣的連鎖代謝反應系統(tǒng)叫級聯(lián)系統(tǒng)。謝反應系統(tǒng)叫級聯(lián)系統(tǒng)。 實例實例：腎上腺素腎上腺素主要是調節(jié)糖代謝主要是調節(jié)糖代謝, 它能夠促進肝它能夠促進肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量（和胰島素的作用不同）（和胰島素的作用不同）。 依賴于依賴

7、于cAMP的蛋白激酶稱為的蛋白激酶稱為蛋白激酶蛋白激酶A（protein kinase A, PKA）腎上腺素的級聯(lián)放大作用腎上腺素的級聯(lián)放大作用（1） 使信號使信號（激素信號）（激素信號）放大放大:（腎上腺素濃度（腎上腺素濃度10-810-10 mol/L，可引起強烈的胞內效應可引起強烈的胞內效應產生葡產生葡萄糖萄糖5mmol/L） 。（2）提供了更多的調控位點，使代謝過程能對細胞內提供了更多的調控位點，使代謝過程能對細胞內外多種因素的變動作出調整。外多種因素的變動作出調整。（3）使關鍵的調節(jié)酶能夠更靈敏和更靈活地控制代謝）使關鍵的調節(jié)酶能夠更靈敏和更靈活地控制代謝反應，在不同情況下對各種代

8、謝物和終產物有不同反應，在不同情況下對各種代謝物和終產物有不同的應答反應。的應答反應。腎上腺素腎上腺素-cAMP的信號轉導途徑的信號轉導途徑受體受體G蛋白（一類蛋白（一類GTP結合蛋白）結合蛋白） 反饋與前饋作用反饋與前饋作用 S0 S1 SnE0E1En-1前饋前饋+ +或或- -反饋反饋+ +或或- -正作用正作用：凡反應物能使代謝過程速度加快者稱為正作用。：凡反應物能使代謝過程速度加快者稱為正作用。負作用負作用：凡反應物能使代謝過程速度變慢者稱為負作用。：凡反應物能使代謝過程速度變慢者稱為負作用。 1.前饋作用前饋作用(feedforward)：在代謝途徑中前面的在代謝途徑中前面的 底物

9、對其后某一催化反應的調節(jié)酶有作用。底物對其后某一催化反應的調節(jié)酶有作用。 （1）前饋激活（）前饋激活（feedforward activation）G-6- 6- -F 1.6-二二 -F PEP 丙酮酸丙酮酸 （2）前饋抑制（）前饋抑制（feedforward inhibition） 乙酰乙酰CoA + CO2 +H2O + ATP 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA + ADP+Pi PP丙酮酸激酶丙酮酸激酶P前饋激活前饋激活乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶前饋抑制前饋抑制 2.反饋作用反饋作用（feedback） 代謝產物對前面的某一酶有作用代謝產物對前面的某一酶有作用（1）反饋激活）反饋激活（fee

10、dback activation）（2） 反饋抑制反饋抑制（feedback inhibition） A+B C D PE1E2E3E4反饋抑制反饋抑制 酶合成調節(jié)，是通過酶量的變化來調控代酶合成調節(jié)，是通過酶量的變化來調控代謝速率。謝速率。1. 控制跨膜離子濃度梯度和電位梯度控制跨膜離子濃度梯度和電位梯度2. 控制跨膜物質運輸控制跨膜物質運輸3. 區(qū)隔化：濃縮作用，防止干擾，便于調節(jié)區(qū)隔化：濃縮作用，防止干擾，便于調節(jié)4. 膜與酶可逆結合：膜與酶可逆結合：雙關酶雙關酶：能與膜可逆結合，通過膜結合型和可溶型能與膜可逆結合，通過膜結合型和可溶型的互變來調節(jié)酶的活性。的互變來調節(jié)酶的活性。雙關酶大

11、多是代謝途徑雙關酶大多是代謝途徑的關鍵酶和調節(jié)酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷的關鍵酶和調節(jié)酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷酸果糖激酶，醛縮酶，酸果糖激酶，醛縮酶，3-磷酸甘油醛脫氫酶，氨磷酸甘油醛脫氫酶，氨基酸代謝的基酸代謝的Glu脫氫酶，脫氫酶，Tyr氧化酶：參與共價修氧化酶：參與共價修飾的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。飾的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。調節(jié)基因調節(jié)基因啟動子和操縱基因啟動子和操縱基因多個結構基因多個結構基因大腸桿菌乳糖酶誘導合成大腸桿菌乳糖酶誘導合成-調節(jié)基因產物調節(jié)基因產物對轉錄的調控對轉錄的調控阻遏蛋白阻遏蛋白乳糖酶基因乳糖酶基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因半乳糖苷酶半乳糖苷酶半

12、乳糖苷轉乙酰酶半乳糖苷轉乙酰酶半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶操縱基因操縱基因基因合成的開關基因合成的開關調節(jié)基因調節(jié)基因關關阻遏蛋白阻遏蛋白阻擋阻擋操縱基因操縱基因，結構基因不表達結構基因不表達誘導物（乳糖）誘導物（乳糖）開開誘導物誘導物阻止阻止阻遏蛋白阻遏蛋白功能發(fā)揮功能發(fā)揮mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的誘導和阻遏作用可以調節(jié)酶的數(shù)量，酶合成的誘導和阻遏作用可以調節(jié)酶的數(shù)量，相反酶的降解速度也能調節(jié)細胞內酶的含量。相反酶的降解速度也能調節(jié)細胞內酶的含量。酶的降解是由特異的蛋白質水解酶催化的。在酶的降解是由特異的蛋白質水解酶催化的。在細胞內常含有各種水解酶，其水解蛋白質的種細胞內常含有各種水解酶，

13、其水解蛋白質的種類和速度隨細胞的生長狀態(tài)和環(huán)境條件而不斷類和速度隨細胞的生長狀態(tài)和環(huán)境條件而不斷變化。變化。如大腸桿菌在指數(shù)生長期，蛋白酶的總活性較如大腸桿菌在指數(shù)生長期，蛋白酶的總活性較低，但當大腸桿菌由于營養(yǎng)缺乏而處于靜止期低，但當大腸桿菌由于營養(yǎng)缺乏而處于靜止期時，便誘導合成蛋白水解酶，分解細胞內不需時，便誘導合成蛋白水解酶，分解細胞內不需要的蛋白質。要的蛋白質。植物種子在萌發(fā)時蛋白酶的合成速度也明植物種子在萌發(fā)時蛋白酶的合成速度也明顯增加，用于分解種子中的貯藏蛋白質供顯增加，用于分解種子中的貯藏蛋白質供幼苗生長之用。幼苗生長之用。 細胞內酶的數(shù)量細胞內酶的數(shù)量決定于其合成速度與降解決定于其合成速度與降解速度的比值，是多種因素綜合作用的結果。速度的比值，是多種因素綜合作用的結果。第十四章第十四章 物質代謝的相互聯(lián)系和調節(jié)控制物質代謝的相互聯(lián)系和調節(jié)控制第一節(jié)第一節(jié) 物質代謝的相互聯(lián)系物質代謝的相互聯(lián)系第二節(jié)第二節(jié) 代謝調節(jié)代謝調節(jié)一、酶水平的調節(jié)一、酶水