代謝和代謝調(diào)控總論

代謝和代謝調(diào)控總論第一頁，共四十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)

新陳代謝的概念和研究方法一、物質(zhì)代謝的概念新陳代謝(metabolism)是機(jī)體與外界環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)交換的過程。它是通過消化、吸收、中間代謝和排泄四個(gè)階段來完成的。中間代謝(intermediarymetabolism)就是經(jīng)過消化、吸收的外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和體內(nèi)原有的物質(zhì)，在全身一切組織和細(xì)胞中進(jìn)行的多種多樣的化學(xué)變化的過程。第二頁，共四十九頁，2022年，8月28日物質(zhì)代謝：物質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行化學(xué)變化的過程。能量代謝：物質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)代謝的同時(shí)，必然伴隨著能量轉(zhuǎn)移的過程。第三頁，共四十九頁，2022年，8月28日物質(zhì)代謝：同化作用從物質(zhì)交換角度異化作用合成代謝從化學(xué)變化角度分解代謝第四頁，共四十九頁，2022年，8月28日

合成代謝

分解代謝

物質(zhì)代謝能量代謝新陳代謝新陳代謝圖解（同化作用）（異化作用）小分子

大分子需要能量釋放能量大分子

小分子第五頁，共四十九頁，2022年，8月28日二、能量代謝的概念（一）代謝過程中能量的變化（二）食物的卡價(jià)和呼吸商（三）基礎(chǔ)代謝（basalmetabolism)：是指人體的清醒而安靜的狀態(tài)中，同時(shí)又沒有食物的消化與吸收作用的情況下（空腹），并處于適宜溫度（室溫），所消耗的能量稱為基礎(chǔ)代謝。第六頁，共四十九頁，2022年，8月28日三、物質(zhì)代謝的研究方法（一）體內(nèi)法（invivo)1.利用正常機(jī)體的方法2.使用病變動(dòng)物法3.切除器官法4.放射性核素示蹤法5.致突變法6.轉(zhuǎn)基因法和基因敲除第七頁，共四十九頁，2022年，8月28日（二）體外法(invitro)1.臟器灌注法2.組織切片或勻漿法3.純酶法及酶抑制法4.使用亞細(xì)胞成分的方法第八頁，共四十九頁，2022年，8月28日第二節(jié)

物質(zhì)代謝的相互關(guān)系生物機(jī)體內(nèi)，各類物質(zhì)代謝相互影響、相互轉(zhuǎn)化。三羧酸循環(huán)不僅是各類物質(zhì)共同的代謝途徑，而且也是它們之間相互聯(lián)系的渠道。丙酮酸、?；o酶A、-酮戊二酸和草酰乙酸等代謝物則是各類物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的重要中間產(chǎn)物。第九頁，共四十九頁，2022年，8月28日琥珀酰CoAα-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸乙酰CoA檸檬酸異檸檬酸第十頁，共四十九頁，2022年，8月28日第十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日一、蛋白質(zhì)與糖代謝的相互聯(lián)系

糖氨基酸蛋白質(zhì)

第十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日二、糖和脂類代謝的相互聯(lián)系

很少脂類糖

大量第十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日三、蛋白質(zhì)和脂類代謝的相互聯(lián)系

蛋白質(zhì)氨基酸脂類

極少第十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日四、核酸與糖、脂類和蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系代謝途徑的聯(lián)系：相互轉(zhuǎn)變，相互制約,殊途同歸。第十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日?qǐng)D15-2

動(dòng)植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和物質(zhì)代謝的聯(lián)系圖解（質(zhì)膜、核及核仁、內(nèi)質(zhì)膜、線粒體）第十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日第三節(jié)

代謝調(diào)控總論生命現(xiàn)象是復(fù)雜生物化學(xué)過程綜合結(jié)果。為了保證生命活動(dòng)（如生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、繁殖、代謝和運(yùn)動(dòng)等）能夠有條不紊地進(jìn)行，所有生物體內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)過程都必須受到有效的調(diào)控。生物調(diào)控機(jī)制是生物長(zhǎng)期進(jìn)化過程中逐步形成的。生物進(jìn)化程度愈高，調(diào)控機(jī)制愈完善、愈復(fù)雜。第十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日生物體內(nèi)的代謝調(diào)節(jié)在三種不同水平上進(jìn)行：

(1)細(xì)胞或酶水平調(diào)節(jié)

(2)激素調(diào)節(jié)

(3)神經(jīng)調(diào)節(jié)其中酶的調(diào)節(jié)是最基本的調(diào)節(jié)方式，是一切調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。第十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日一、細(xì)胞內(nèi)或酶水平的調(diào)節(jié)

也稱原初調(diào)節(jié)或原始調(diào)節(jié)。酶的調(diào)節(jié)是通過控制酶的活性和酶的合成量來調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)的速度和方向，也就是調(diào)節(jié)代謝的速度和方向。

第十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日通過控制酶合成量的調(diào)節(jié)要牽涉到基因、mRNA、蛋白質(zhì)的生物合成，所以這種調(diào)節(jié)是一種慢調(diào)節(jié)，在幾小時(shí)或幾天內(nèi)才能完成。許多關(guān)鍵酶都是調(diào)節(jié)酶如別構(gòu)酶、共價(jià)修飾酶、同工酶、多功能酶等。酶的調(diào)節(jié)主要是通過控制關(guān)鍵酶的濃度和活性來調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)酶的活性，這是快速調(diào)節(jié)，在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)完成。

第二十頁，共四十九頁，2022年，8月28日關(guān)鍵酶（Keyenzyme）

往往是代謝途徑的第一步反應(yīng)的酶（a）或是分支代謝途徑中分支點(diǎn)上的酶（b、c、f）或整個(gè)代謝途徑中的限速酶或催化不可逆反應(yīng)的酶（c）。

ABCDEFGabcdfg第二十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日（一）酶活力的調(diào)節(jié)

1.反饋調(diào)節(jié)和別構(gòu)酶反饋調(diào)節(jié)是生物體普遍存在的一種調(diào)節(jié)機(jī)制。反饋抑制是指反應(yīng)終產(chǎn)物對(duì)自身合成途徑中的酶活力起抑制作用，大多是對(duì)第一個(gè)酶的活力起抑制作用。反饋抑制的效果屬于負(fù)性的，稱為負(fù)反饋。有時(shí)終產(chǎn)物可激活整個(gè)代謝反應(yīng)，這種情況稱為反饋激活，也稱正反饋。第二十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日有些酶分子除了具有活性中心（結(jié)合部位和催化部位）外，還存在一個(gè)特殊的調(diào)控部位，即變構(gòu)部位。反饋調(diào)節(jié)劑與酶結(jié)構(gòu)中的調(diào)控部位（變構(gòu)部位）結(jié)合后，酶分子構(gòu)象發(fā)生改變，導(dǎo)致酶活性中心構(gòu)象改變，從而調(diào)節(jié)酶的活性。此類酶稱為別構(gòu)。由于變構(gòu)劑與變構(gòu)中心的結(jié)合而引起酶活性改變的現(xiàn)象則稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)作用。調(diào)節(jié)其活性的抑制劑和激活劑分別稱為別構(gòu)抑制劑和別構(gòu)激活劑。第二十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日第二十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日2.酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)

酶分子上多肽鏈上的某些基團(tuán)，在另一些酶的催化下可與變構(gòu)劑進(jìn)行可逆共價(jià)結(jié)合，結(jié)合后引起酶活性變構(gòu)，使酶活力發(fā)生變化（激活或抑制），從而達(dá)到調(diào)節(jié)效果，這種作用稱為酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。這類酶則稱為共價(jià)調(diào)節(jié)酶。有如下兩個(gè)特點(diǎn)：第二十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日（1）被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無催化活性）。正反兩個(gè)方向的互變均發(fā)生共價(jià)修飾反應(yīng)，并且都將引起酶活性的變化。（2）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)作用可以產(chǎn)生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象，所以具有信號(hào)放大效應(yīng)。例如腎上腺素引起糖原分解過程中的一系列磷酸化激活步驟，其結(jié)果將激素的信號(hào)被逐級(jí)放大了約300萬倍。第二十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日目前已知有6種類型的共價(jià)修飾方式：①磷酸化/脫磷酸化

②腺苷?；?脫腺苷?；?/p>

③乙?；?脫乙?；?/p>

④尿苷酰化/脫尿苷?；?/p>

⑤甲基化/脫甲基化⑥S-S/SH相互轉(zhuǎn)變

第二十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日磷酸化/脫磷酸化與酶活性的調(diào)節(jié)磷酸化酶b磷酸化酶a第二十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日（二）

酶量的調(diào)節(jié)

酶在細(xì)胞內(nèi)的含量取決于酶的合成速度和分解速度。細(xì)胞根據(jù)自身活動(dòng)需要，嚴(yán)格控制細(xì)胞內(nèi)各種酶的含量，對(duì)生物化學(xué)過程進(jìn)行調(diào)控。(1)酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏

酶作用的底物或產(chǎn)物，以及激素或藥物都可影響酶的合成。能加強(qiáng)酶合成的作用稱誘導(dǎo)作用；反之則稱為阻遏作用。(2)酶分子降解速度的調(diào)節(jié)改變酶分子降解速度，也能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的濃度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)的速度。這類調(diào)節(jié)在細(xì)胞中的重要性不如誘導(dǎo)和阻遏。

第二十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日(1)酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏

酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏的化學(xué)本質(zhì)是基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。在細(xì)胞內(nèi)，所合成的酶的種類及數(shù)量是由特殊的基因信息決定的。DNA所攜帶的酶蛋白遺傳信息，需要通過轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成酶蛋白。在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄或翻譯過程都有特定的調(diào)節(jié)控制機(jī)制，其中轉(zhuǎn)錄的調(diào)控占主導(dǎo)地位。因此，基因表達(dá)的調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行。第三十頁，共四十九頁，2022年，8月28日誘導(dǎo)酶大腸桿菌培養(yǎng)過程中如果缺少乳糖，細(xì)胞中就不含任何可以代謝乳糖的酶。但是在培養(yǎng)基中加入乳糖后，大腸桿菌就能在幾分鐘內(nèi)合成出與乳糖水解有關(guān)的酶，使之能利用這種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在此過程中，乳糖起著誘導(dǎo)物作用。由乳糖誘導(dǎo)產(chǎn)生的與乳糖水解相關(guān)的三種酶：-半乳糖苷酶，-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶，被稱為誘導(dǎo)酶。這三個(gè)酶蛋白是大腸桿菌DNA上的三個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成的。第三十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日操縱子的結(jié)構(gòu)與功能

典型的操縱子可分為控制區(qū)和信息區(qū)兩部分。控制區(qū)由各種調(diào)控基因所組成，而信息區(qū)則由若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成。

第三十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日

以原核生物乳糖操縱子為例其控制區(qū)包括調(diào)節(jié)基因（阻遏基因），啟動(dòng)基因（其CRP結(jié)合位點(diǎn)位于RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)上游）和操縱基因；其信息區(qū)由β-半乳糖苷酶基因（lacZ），通透酶基因（lacY）和乙?；富颍╨acA）串聯(lián)在一起構(gòu)成?？刂茀^(qū)信息區(qū)第三十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因及其表達(dá)產(chǎn)物第三十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日

乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制

1.乳糖操縱子的誘導(dǎo)

第三十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日第三十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日2.乳糖操縱子的阻遏第三十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日第三十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日二、激素和神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)（一）激素的調(diào)節(jié)1.激素的生物合成對(duì)代謝的調(diào)節(jié)2.激素對(duì)酶活性的影響3.激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用第三十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日1.激素的生物合成對(duì)代謝的調(diào)節(jié)當(dāng)血液中某種激素含量偏高時(shí)，有關(guān)激素由于反饋抑制效應(yīng)即對(duì)腦垂體激素和下丘腦釋放激素的分泌起抑制作用，減低其合成速度。當(dāng)血液中某種激素濃度偏低時(shí)，即起促進(jìn)作用，加速其合成。通過有關(guān)控制機(jī)構(gòu)的相互制約，即可使機(jī)體的激素濃度水平正常而維持代謝正常運(yùn)轉(zhuǎn)。第四十頁，共四十九頁，2022年，8月28日

2.激素對(duì)酶活性的影響細(xì)胞膜上有各種激素受體，激素同膜上專一性受體結(jié)合所成的絡(luò)合物能活化膜上的腺苷酸環(huán)化酶?；罨蟮南佘账岘h(huán)化酶能使ATP環(huán)化形成cAMP。cAMP能將激素從神經(jīng)、底物等得來的各種刺激信息傳到酶反應(yīng)中去，故稱cAMP為第二信使。

第四十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日第四十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用

有些激素對(duì)酶的合成有誘導(dǎo)作用，例如：

生長(zhǎng)激素能誘導(dǎo)與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的某些酶的合成，甲狀腺素能誘導(dǎo)呼吸作用的酶類合成，胰島素誘導(dǎo)糖代謝中某些酶的合成，性激素類誘導(dǎo)脂代謝酶類的合成等。

第四十三頁，共四十九頁，2022年，8月