代謝途徑間及細(xì)

代謝途徑間及細(xì)第1頁/共36頁一、代謝途徑間的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)所有細(xì)胞都是由四類生物大分子(多糖、脂類復(fù)合物、蛋白質(zhì)和核酸)、為數(shù)有限的生物小分子、無機鹽和水所組成。第2頁/共36頁生物大分子結(jié)構(gòu)特點多糖——由一種或多種單糖聚合而成；蛋白質(zhì)——由20種氨基酸殘基組成；核酸——RNA由4種苷酸組成、DNA——由4種脫氧核糖核苷酸組成的無分支長鏈線型分子。脂類——屬于生物小分子，但可聚集成超分子結(jié)構(gòu)，因此，將脂類復(fù)合物也歸為生物大分子。第3頁/共36頁（一）代謝途徑的交叉網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞內(nèi)代謝種類多、繁雜。若各自獨立，則極其龐亂，細(xì)胞無法容納。細(xì)胞代謝：將物質(zhì)或反應(yīng)進(jìn)行分類，納入各自的代謝途徑，以少數(shù)種類的反應(yīng)（例如，氧化還原、基團(tuán)轉(zhuǎn)移、水解合成、基團(tuán)脫加及異構(gòu)反應(yīng)等）轉(zhuǎn)化為種類繁多的分子。各途徑可經(jīng)交叉點、關(guān)鍵中間代謝物相互轉(zhuǎn)化。使各代謝相互溝通，形成經(jīng)濟(jì)有效、運轉(zhuǎn)良好的代謝網(wǎng)絡(luò)通路。細(xì)胞內(nèi)具有三個最關(guān)鍵的中間代謝物：葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸和乙酰輔酶A。第4頁/共36頁

糖、脂類、蛋白質(zhì)和

核酸的相互轉(zhuǎn)變1.糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系

糖代謝：糖——機體重要的碳源和能源，可生成相應(yīng)的氨基酸。例如：糖→氧化分解→丙酮酸→TcA→α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、草酰乙酸。

（如圖）幾種α-酮酸→氨基化→多種氨基酸。糖分解→ATP→為氨基酸和蛋白質(zhì)合成供能。第5頁/共36頁糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸代謝的相互關(guān)系示意圖

（糖分解產(chǎn)生的幾種α-酮酸與氨基酸的關(guān)系）第6頁/共36頁蛋白質(zhì)代謝轉(zhuǎn)化為糖蛋白質(zhì)→分解→氨基酸→糖（體內(nèi)）。某些AA→脫氨→丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、草酰乙酸→異生→葡萄糖和糖原。稱這些AA稱為生糖氨基酸。例如，甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、組氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、精氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸及脯氨酸等，此外，苯丙氨酸、酪氨酸、異亮氨酸和色氨酸也能產(chǎn)生糖。（如圖）第7頁/共36頁糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸代謝的相互關(guān)系示意圖

(氨基酸除生糖外還可生成酮體和脂肪）第8頁/共36頁2.脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系細(xì)胞膜由類脂和蛋白質(zhì)組成。脂肪→分解→能量∴稱脂肪為貯能物質(zhì)脂類與蛋白質(zhì)之間可以互相轉(zhuǎn)變脂類①甘油→丙酮酸→草酰乙酸、α-酮戊二酸→琥珀酰CoA→氨基化→各種氨基酸②脂肪酸→β-氧化→乙酰CoA→與草酰乙酸縮合→TcA→Asp、Glu等氨基酸。第9頁/共36頁TcA形成氨基酸需補充有機酸事實上，由乙酰輔酶A進(jìn)入TcA轉(zhuǎn)化形成氨基酸需要消耗有機酸，如無補充反應(yīng)將不能進(jìn)行。在植物和微生物中存在乙醛酸(CHOCOO-)循環(huán)?？梢杂啥肿右阴］o酶A合成一分子琥珀酰CoA，以增加TcA中的有機酸，從而促進(jìn)脂肪酸合成氨基酸。第10頁/共36頁蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成脂肪在動物體內(nèi)蛋白質(zhì)可轉(zhuǎn)變成脂肪。生酮AA有Leu、Ile、Phe、Tyr及Try等，上列AA→代謝→乙酰乙酰CoA①→乙酰乙酸（酮體）

②→縮合→脂肪酸生糖AA→丙酮酸→甘油生糖AA→丙酮酸→氧化脫羧→乙酰輔酶A→羧化→丙二酸單酰輔酶A→脂肪酸（如圖）磷脂分子中的膽胺或膽堿，是由Ser脫羧形成。第11頁/共36頁糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸代謝的相互關(guān)系示意圖

（生酮AA）酮體第12頁/共36頁3.糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系糖與脂類可互相轉(zhuǎn)變。主要步驟：①糖→酵解→磷酸二羥丙酮→丙酮酸磷酸二羥丙酮→還原→甘油丙酮酸→氧化脫羧→乙酰輔酶A→縮合→脂肪酸甘油+脂肪酸→脂類第13頁/共36頁②脂類→分解→甘油+脂肪酸甘油→磷酸化→α-甘油磷酸→磷酸二羥丙酮→糖異生→糖脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘鞘怯邢薅鹊?。脂肪酸通過β—氧化，生成乙酰輔酶A。植物或微生物：乙酰輔酶A→乙醛酸循環(huán)→縮合為琥珀酸→補充TcA中的有機酸→草酰乙酸→脫羧→丙酮酸→糖。動物體內(nèi)：乙酰輔酶A→TcA→CO2+H2O，成糖機會很少同位素實驗表明：動物體內(nèi)脂肪酸→轉(zhuǎn)變成糖，需要補充TcA中的有機酸。第14頁/共36頁糖代謝受阻與動用脂肪糖尿病：糖代謝障礙，體內(nèi)依靠脂類氧化供能。因此，動用脂肪，運到肝臟氧化，結(jié)果產(chǎn)生大量酮體，必須經(jīng)血液運到其他組織，如肌肉組織，再被氧化供能。酮體為酸性，血液中酮體含量增高時，易發(fā)生酸中毒。饑餓時：體內(nèi)無糖供能，也會大量動用脂肪，易造成酮體過多。以上均可導(dǎo)致不同程度的脂類代謝紊亂。第15頁/共36頁4.核酸代謝與糖、脂肪及

蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系核酸——是遺傳物質(zhì)，它通過控制蛋白質(zhì)合成，影響細(xì)胞的組成和代謝類型。核酸——不是重要的碳、氮源和能源。許多核苷酸——在代謝中起重要作用。例如，ATP——能量轉(zhuǎn)移和磷酸化的重要物質(zhì)；UTP——參與單糖轉(zhuǎn)變和多糖合成；CTP——參與卵磷脂合成。GTP——為蛋白質(zhì)合成所需的重要能量物質(zhì)。此外，許多輔酶：輔酶A、煙酰胺核苷酸等，都是AMP的衍生物。第16頁/共36頁核酸的合成——受多種物質(zhì)特別是蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)和控制作用。例如：Gly、Asp、Gln參加嘌呤合成，Asp、Gln參加嘧啶環(huán)的合成。核酸的合成——除需要酶催化外，還需要多種蛋白質(zhì)因子和核糖參與作用。綜上所述，糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸在代謝中彼此影響，相互轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。TcA不僅是共通途徑，而且也是聯(lián)系渠道。氧化磷酸化是產(chǎn)能的共通途徑。各途徑可自身控制與調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)化是有節(jié)制的。（如圖）第17頁/共36頁糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸代謝的相互關(guān)系示意圖

酮體蛋白質(zhì)核酸淀粉、糖原脂肪第18頁/共36頁(二）分解和合成代謝的單向性代謝途徑多為可逆過程。然而，實際上代謝過程均為單向反應(yīng)。在一條代謝途徑中，某些關(guān)鍵部位的正、逆反應(yīng)往往由不同酶催化。因此，稱為相對立的單向反應(yīng)（或底物循環(huán)）。合成是吸能反應(yīng)，通常多與ATP水解相偶聯(lián)。降解則是放能反應(yīng)。這些吸、放能反應(yīng)均遠(yuǎn)離平衡點，從而保證了反應(yīng)的單向進(jìn)行。第19頁/共36頁正向(a)與ATP的水解相偶聯(lián)；逆向(b)多是水解反應(yīng)或分解反應(yīng)，∴不可逆。如果(a)和(b)均處于非控制狀態(tài)，將導(dǎo)致水解高能磷酸鍵的空轉(zhuǎn)。實際上由于(a)和(b)同時受細(xì)胞控制，因而它們均為代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵步驟或限速步驟。第20頁/共36頁(三)ATP——能量載體綠色植物和光合細(xì)菌可利用太陽能，一般生物只能利用分解代謝所產(chǎn)生的化學(xué)能。葡萄糖因結(jié)構(gòu)有序而含有較高的勢能?！嗥咸烟恰趸到狻鶦O2+H2O+自由能釋放的自由能多不被貯存，而以熱能形式散發(fā)在活細(xì)胞的分解代謝中：有機物→降解→放能→偶聯(lián)ATP合成→貯存能量→ATP將能量傳遞給需能過程。由此可見，ATP是細(xì)胞主要的能量傳遞者、載體。（如圖）第21頁/共36頁ADP由能源獲得能量→ATP傳遞給需能細(xì)胞利用第22頁/共36頁（四）NADPH以還原力形式攜帶能量第二種載能方式：先形成H或e還原力，如NADPH。再以供H或e的還原力形式參與合成代謝。生物合成——是還原性反應(yīng)過程。NADPH是生物合成反應(yīng)的H和e供體。NADPH的作用如圖第23頁/共36頁（五）代謝要點在于形成ATP、還原力

和構(gòu)造單元以用于生物合成ATP來源：①底物水平磷酸化可產(chǎn)生有限的ATP．②綠色植物和光合細(xì)菌的光合磷酸化、呼吸鏈的氧化磷酸化等是ATP的主要來源。還原力的產(chǎn)生：①綠色植物→光照→電子傳遞→用于還原NADP+；②光合細(xì)菌的NADPH是由外源還原劑產(chǎn)生或分解代謝供給。（如上圖）

③NADPH主要來自戊糖磷酸途徑。此外，當(dāng)乙酰輔酶A由線粒體轉(zhuǎn)移到胞漿時，伴有NADH的氧化和NADPH的生成。所產(chǎn)生的NADPH可用于脂肪酸合成。(如圖)第24頁/共36頁第25頁/共36頁三大營養(yǎng)物質(zhì)分解的三個步驟第一步大分子→降解→小分子單元;第二步各構(gòu)造單元分子→乙酰輔酶A；（在這一階段可產(chǎn)生還原力NADPH和少量ATP）第三步乙酰輔酶A→TcA→CO2+H2O+ATP每個二碳單位給出4對電子，經(jīng)氧化磷酸化產(chǎn)生大量ATP（如圖）第26頁/共36頁產(chǎn)能營養(yǎng)成分分解三個步驟

第27頁/共36頁二、酶的調(diào)節(jié)機體代謝相互聯(lián)系，錯綜復(fù)雜。必然存在精確的調(diào)節(jié)機制。代謝平衡是動態(tài)的、相對的。平衡是隨環(huán)境變化通過機體代謝過程的調(diào)節(jié)和控制達(dá)到的。生物機體正是在這種不斷地運動中才能得到發(fā)展和生存。生物體對代謝過程的調(diào)控是在生物進(jìn)化中，經(jīng)自然選擇逐步建立的。第28頁/共36頁“酶水平”的調(diào)節(jié)酶的兩種功能：其一，催化生化反應(yīng)，是生物催化劑；其二，調(diào)控代謝速度、方向和途徑，是新陳代謝的調(diào)節(jié)元件。酶調(diào)節(jié)的兩種方式：其一，通過變構(gòu)效應(yīng)和共價修飾調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶的催化活性；其二，通過影響酶合成或降解速度，改變酶分子的含量。其中，合成屬基因表達(dá)調(diào)控。這種“酶水平”的調(diào)節(jié)機制，是代謝的最關(guān)鍵的調(diào)節(jié)。第29頁/共36頁酶系統(tǒng)決定細(xì)胞代謝物反應(yīng)質(zhì)量作用定律表明，反應(yīng)速度與反應(yīng)物的摩爾濃度乘積成正比。[S]↑→正反應(yīng)速度↑；反之，[P]↑→

逆反應(yīng)↑。因此，代謝物濃度在一定范圍內(nèi)對代謝起調(diào)節(jié)作用。然而，這種調(diào)節(jié)是有限的。細(xì)胞代謝主要受到酶的調(diào)節(jié)，不同細(xì)胞的代謝物的反應(yīng)有顯著差別，這是由細(xì)胞內(nèi)酶系統(tǒng)不同的結(jié)果。第30頁/共36頁酶促反應(yīng)的前饋和反饋；能荷的調(diào)節(jié)；連鎖反應(yīng)中酶的連續(xù)激活；蛋白酶對酶活性的影響；酶的共價修飾。下面介紹:第31頁/共36頁（一）

酶促反應(yīng)的前饋和反饋前饋：輸入對輸出的影響；反饋：輸出對輸入的影響。這兩個術(shù)語來自電子工學(xué)。前饋和反饋又可有正、負(fù)前饋和反饋之分。凡能使代謝速度加快的作用，均稱為正饋作用；反之，則稱為負(fù)作用。（如圖）第32頁/共36頁正前饋作用例如：在糖原合成中，葡萄糖-6-磷酸是糖原合成酶的變構(gòu)激活劑，因此，可促進(jìn)糖原的合成（如圖）。第33頁/共36頁負(fù)反饋作用在某特殊情況下，為避免代謝途徑過分擁