物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié)

1、第九章第九章 代謝網(wǎng)絡(luò)及調(diào)節(jié)代謝網(wǎng)絡(luò)及調(diào)節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)第二節(jié)第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)思考思考一、代謝途徑交叉一、代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡(luò)形成網(wǎng)絡(luò)二、分解代謝和合成代謝的二、分解代謝和合成代謝的單向性單向性三、三、ATPATP是通用的能量載體是通用的能量載體四、四、NADPHNADPH 以還原力形式攜帶能量以還原力形式攜帶能量五、代謝的五、代謝的基本要略基本要略1 1、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系2 2、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系3 3、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系4 4、核酸

2、與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系糖糖類類脂脂類類氨氨基基酸酸和和核核苷苷酸酸之之間間的的代代謝謝聯(lián)聯(lián)系系PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸絲氨酰絲氨酰蘇氨酸蘇氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸膽固醇膽固醇亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸異亮氨酸異亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰

3、氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨蘇氨酸蘇氨酸纈氨酸纈氨酸琥珀酰琥珀酰CoA蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨組氨酸組氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二單酰丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解從頭合成從頭合成脂肪甘油甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮糖代謝糖代謝脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA

4、琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán) -氧化氧化糖異生糖異生TCA糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) NH3蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸）（生糖氨基酸）脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂肪脂肪蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪酸（生酮氨基酸）（生酮氨基酸） 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（

5、如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。 核酸是細(xì)胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細(xì)胞核酸是細(xì)胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細(xì)胞的成分和代謝類型的成分和代謝類型 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。和多種蛋白質(zhì)因子。 各類物質(zhì)代謝都離不開具有高能磷酸鍵的各種核苷酸，如各類物質(zhì)代謝都離不開具有高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是是能量的能量的“通貨通貨”，此外，此外UTP參與多糖的合成，參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，參與磷脂合成，GTP參與蛋白質(zhì)合成與糖異

6、生作用。參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)乙醛酸乙醛酸循環(huán)循環(huán)甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微植物或微生物生物糖分解和糖異生途徑中糖分解和糖異生途徑中相對獨立的單向反應(yīng)相對獨立的單向反應(yīng) 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羥

7、丙酮磷酸二羥丙酮2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖果糖激酶激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酯酶磷酸酯酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 草酰乙酸草酰乙酸PEP羧激酶羧激酶ATPATP攜帶能量攜帶能量ATPATPADP+PiADP+Pi太陽能太陽能化學(xué)能化學(xué)能生物合成生物合成細(xì)胞運動細(xì)胞運動膜運輸膜運輸通過通過NADPHNADPH循環(huán)將還原力由分解代謝循環(huán)將還原力由分解代謝轉(zhuǎn)移給生物合成反應(yīng)轉(zhuǎn)移給生物合成反應(yīng)NADPH+HNADPH+H+ +NADPNADP+ +分解代謝分解代

8、謝還原性有機(jī)物還原性有機(jī)物還原性生物合成反應(yīng)還原性生物合成反應(yīng)氧化物氧化物還原性生物還原性生物合成產(chǎn)物合成產(chǎn)物氧化前體氧化前體 代謝的基本要略代謝的基本要略 代謝的基本要略在于代謝的基本要略在于形成形成ATP、還原力和構(gòu)造單元、還原力和構(gòu)造單元以用以用于生物合成。于生物合成。 由由ATP、還原力和構(gòu)造單元可合成各類生物分、還原力和構(gòu)造單元可合成各類生物分子，并進(jìn)而裝配成生物不同層次的結(jié)構(gòu)。生物合成和生物形子，并進(jìn)而裝配成生物不同層次的結(jié)構(gòu)。生物合成和生物形態(tài)建成是一個耗能和增加有序結(jié)構(gòu)的過程，需要由物質(zhì)流、態(tài)建成是一個耗能和增加有序結(jié)構(gòu)的過程，需要由物質(zhì)流、能量流能量流和信息流來支持。和信息流

9、來支持。脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它單糖其它單糖三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)電子傳遞電子傳遞（氧化）（氧化）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中間產(chǎn)物（如中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等） 共同中間物共同中間物進(jìn)入三羧酸循進(jìn)入三羧酸循環(huán)環(huán), 氧化脫下氧化脫下的氫由電子傳的氫由電子傳遞鏈傳遞給氧遞鏈傳遞給氧生成生成H2O,釋釋放出大量能量放出大量能量，其中一部分，其中一部分通過磷酸化儲通過磷酸化儲存在存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本結(jié)構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單位單位 生物氧化的三個

10、階段生物氧化的三個階段NADPH生物系統(tǒng)中的能流生物系統(tǒng)中的能流D（太陽能）（太陽能）（胞液）（胞液）（線粒體）（線粒體）（PEP）丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸（轉(zhuǎn)氨基作用）（轉(zhuǎn)氨基作用）糖的分解代謝和糖的分解代謝和糖異生的關(guān)系糖異生的關(guān)系一、代謝調(diào)節(jié)的概念一、代謝調(diào)節(jié)的概念二、二、酶水平的調(diào)節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)三、三、細(xì)胞結(jié)構(gòu)對代謝途徑的分隔控制調(diào)節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)對代謝途徑的分隔控制調(diào)節(jié)四、激素調(diào)節(jié)和跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激素調(diào)節(jié)和跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)代代 謝謝 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 生命是靠代謝的正常運轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同生命是靠代謝的正常運轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同時有那麼多復(fù)雜的代謝途徑在運轉(zhuǎn)，必須有靈

11、巧而嚴(yán)密的調(diào)時有那麼多復(fù)雜的代謝途徑在運轉(zhuǎn)，必須有靈巧而嚴(yán)密的調(diào)節(jié)機(jī)制，才能使代謝適應(yīng)外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)節(jié)機(jī)制，才能使代謝適應(yīng)外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會導(dǎo)致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會導(dǎo)致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理生命。在漫長的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。功能越來越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。代謝調(diào)節(jié)的三級水平：代謝調(diào)節(jié)的三級水平： 酶水平調(diào)節(jié)酶水平調(diào)節(jié) 細(xì)胞水平調(diào)節(jié)細(xì)胞水平調(diào)節(jié)多細(xì)胞整體水平調(diào)節(jié)多細(xì)胞整體水平調(diào)節(jié)激素水平調(diào)節(jié)

12、激素水平調(diào)節(jié)神經(jīng)水平調(diào)節(jié)神經(jīng)水平調(diào)節(jié)酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié) 前饋（前饋（feedforward ）和反饋（）和反饋（feedback ）分）分別說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)作用。別說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)可能是正調(diào)控，也可能是負(fù)調(diào)控，其調(diào)這種調(diào)節(jié)可能是正調(diào)控，也可能是負(fù)調(diào)控，其調(diào)節(jié)機(jī)理是通過酶的節(jié)機(jī)理是通過酶的變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反饋反饋前饋前饋一價反饋抑制一價反饋抑制多價反饋抑制多價反饋抑制反饋抑制反饋抑制反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制代謝物代謝物別別構(gòu)構(gòu)中中

13、心心活性活性中心中心6-6-磷酸葡萄糖對糖原合成的前饋激活作用磷酸葡萄糖對糖原合成的前饋激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原糖原糖原 合酶合酶ATP ADP UTP PPi 葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸羧羧化化酶酶乙酰乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸擰檬酸擰檬酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核酸核酸 氨甲酰氨甲酰天冬氨酸天冬氨酸+磷酸烯醇式丙酮酸羧磷酸烯醇式丙酮酸羧化反應(yīng)的調(diào)節(jié)控制化反應(yīng)的調(diào)節(jié)控制氨基酸合成的反饋調(diào)控氨基酸合成的反饋調(diào)控反硝化作用反硝化作用氧化亞氮氧化亞氮氨甲酰磷酸氨

14、甲酰磷酸分支酸分支酸脫氧庚酮糖酸脫氧庚酮糖酸-7-磷酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸赤蘚糖赤蘚糖-4-磷酸磷酸脫氫奎尼酸脫氫奎尼酸莽草酸莽草酸谷氨酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 預(yù)苯酸預(yù)苯酸TyrPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛高絲氨酸高絲氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸細(xì)胞能量狀態(tài)指標(biāo)細(xì)胞能量狀態(tài)指標(biāo)能荷能荷= ATP+0.5ADPATP+ADP+AMPATPADP PiATP系統(tǒng)質(zhì)量作用比系統(tǒng)質(zhì)量作用比=糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)丙酮酸

15、丙酮酸 G細(xì)胞液細(xì)胞液檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰CoA檸檬酸檸檬酸草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸 線粒體線粒體 G-6-P F-6-P F-1.6-2P 磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶 PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP NADH O2ATPATP ADP+PiADP+PiAMP + ATP 2ADPAMP + ATP 2ADP PiPiPiPi激酶激酶+-+- 己糖激酶己糖激酶 丙酮酸丙酮酸脫氫酶脫氫酶 檸檬酸檸檬酸合成酶合成酶 -酮戊二酸酮戊二酸 脫氫酶脫氫酶酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催化下，可以酶分子中的某些基團(tuán)

16、，在其它酶的催化下，可以共價結(jié)合或脫去某些修飾基團(tuán)，引起酶分子構(gòu)象的改共價結(jié)合或脫去某些修飾基團(tuán)，引起酶分子構(gòu)象的改變，使其活性得到調(diào)節(jié)，這種方式稱為變，使其活性得到調(diào)節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾酶的共價修飾(Covalent moldificationCovalent moldification).目前已知有六種修飾方式：目前已知有六種修飾方式：磷酸磷酸化化/去磷酸化，乙酰化去磷酸化，乙?；?去乙?；?，腺苷?；ヒ阴；?，腺苷?；?去腺苷酰去腺苷?；?，尿苷?；?，尿苷?；?去尿苷酰化，甲基化去尿苷?；?，甲基化/去甲基化，氧化去甲基化，氧化（S-S）/還原還原(2SH)。激酶激酶ATPADP磷酸

17、化酶磷酸化酶 b（無活性）（無活性）磷酸化酶磷酸化酶a P（有活性）（有活性）磷酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價修飾例：糖原磷酸化酶的共價修飾共價修飾共價修飾級聯(lián)系統(tǒng)級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖調(diào)控示意圖意義意義：由于由于酶的共價修飾酶的共價修飾反應(yīng)是酶促反反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少應(yīng)，只要有少量 信 號 分 子量 信 號 分 子（如激素）存（如激素）存在，即可通過在，即可通過加速這種酶促加速這種酶促反應(yīng)，而使大反應(yīng)，而使大量的另一種酶量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、節(jié)方式快速、效率極高。效率極高。腎上腺素或腎上腺素或胰

18、高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化腺苷酸環(huán)化酶（無活性）酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶蛋白激酶（無活性）（無活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（無活性）（無活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（無活性）（無活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456cAMP激活蛋

19、白激活蛋白激酶的作用機(jī)理激酶的作用機(jī)理糖原合成酶和糖原磷酸化酶的調(diào)控糖原合成酶和糖原磷酸化酶的調(diào)控 糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需要由一系列的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行調(diào)控，其糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需要由一系列的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行調(diào)控，其限速酶分別為糖原限速酶分別為糖原磷酸化酶磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共價修飾的調(diào)節(jié)及變構(gòu)效應(yīng)的調(diào)節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，的共價修飾的調(diào)節(jié)及變構(gòu)效應(yīng)的調(diào)節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。但其效果相反。糖原合成酶糖原合成酶 a ( 有活性有活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b

20、 ( 無活性無活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 無活性無活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)PP酶酶定定位位的的區(qū)區(qū)域域化化線粒體線粒體:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循環(huán)酸循環(huán); -氧化氧化;呼吸鏈電呼吸鏈電子傳遞子傳遞;氧化磷酸化氧化磷酸化細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì): 糖酵解糖酵解;磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑;糖糖原合成原合成;脂肪酸合脂肪酸合成成;核苷酸合成核苷酸合成細(xì)胞核細(xì)胞核:核酸合成核酸合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成;磷脂合成磷脂合成動動物物細(xì)細(xì)胞胞結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和代代謝謝途途徑徑1 1、含氮激素含氮激素作用模式作用模式2 2、甾醇類激素作用模式甾醇類激素作用模式甾甾醇醇類類激激素素作作用用原原理理示示意意圖圖肽類激素通過肽類激素通過cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖 ATP cAMP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用改變細(xì)胞的生理過程改變細(xì)胞的生理過程