1、第十二章第十二章物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节 重点重点 掌握物质代谢的相互联系及特点。了解物质代谢掌握物质代谢的相互联系及特点。了解物质代谢调节的意义及方式。熟悉重要物质代谢途径的亚调节的意义及方式。熟悉重要物质代谢途径的亚细胞定位；掌握变构酶的概念及其生理意义；了细胞定位；掌握变构酶的概念及其生理意义；了解酶含量的调节解酶含量的调节酶合成的诱导与阻遏。熟悉酶合成的诱导与阻遏。熟悉激素与受体作用的特点，熟悉整体的物质代谢调激素与受体作用的特点，熟悉整体的物质代谢调节。节。第一节第一节物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系概论概论 一切生物的生命都靠代谢的正常运转来维持。机一切生物的生
2、命都靠代谢的正常运转来维持。机体代谢途径异常复杂，一个细菌细胞的代谢反应体代谢途径异常复杂，一个细菌细胞的代谢反应已在已在10001000个以上，其他高级生物的代谢反应之复个以上，其他高级生物的代谢反应之复杂可想而知了。生物体是一个组成极其复杂但又杂可想而知了。生物体是一个组成极其复杂但又非常精密；代谢反应繁多但又有条不紊；各种物非常精密；代谢反应繁多但又有条不紊；各种物质代谢都有自己的独立过程但相互之间确联系密质代谢都有自己的独立过程但相互之间确联系密切；互相可以转化但又相互制约。切；互相可以转化但又相互制约。总之，机体是总之，机体是一个完整统一的新陈代谢反应器。一个完整统一的新陈代谢反应器
3、。代谢的基本要略代谢的基本要略 代谢的基本要略在于代谢的基本要略在于形成形成ATPATP、还原力和构造单、还原力和构造单元元以用于生物合成。以用于生物合成。由由ATPATP、还原力和构造单元、还原力和构造单元可合成各类生物分子，并进而装配成生物不同层可合成各类生物分子，并进而装配成生物不同层次的结构。生物合成和生物形态建成是一个耗能次的结构。生物合成和生物形态建成是一个耗能和增加有序结构的过程，需要由和增加有序结构的过程，需要由物质流、能量流物质流、能量流和信息流和信息流来支持。来支持。代谢途径之间的联系代谢途径之间的联系1 1、代谢网络、代谢网络 细胞代谢的基本原则是将各类物质分别纳细胞代谢
4、的基本原则是将各类物质分别纳入各自的共同代谢途径，以少数关键的反应如氧入各自的共同代谢途径，以少数关键的反应如氧化还原、基团转移、水解合成、基团脱加及异构化还原、基团转移、水解合成、基团脱加及异构反应等，转化种类繁多的分子。不同代谢途径可反应等，转化种类繁多的分子。不同代谢途径可以通过交叉点上关键的中间代谢物而相互作用和以通过交叉点上关键的中间代谢物而相互作用和相互转化。这些共同的中间代谢物使各代谢途径相互转化。这些共同的中间代谢物使各代谢途径得以沟通，形成经济有效、运转良好的代谢网络得以沟通，形成经济有效、运转良好的代谢网络通路。其中三个关键的中间代谢物是通路。其中三个关键的中间代谢物是G-
5、6-PG-6-P、丙酮、丙酮酸、乙酰酸、乙酰CoACoA。2 2、分解代谢与合成代谢的单向性分解代谢与合成代谢的单向性 虽然酶促反应是可逆的，但在生物体内，代谢过虽然酶促反应是可逆的，但在生物体内，代谢过程是单向的。一些关键部位的代谢是由不同的酶程是单向的。一些关键部位的代谢是由不同的酶催化正反应和逆反应的。这样可使两种反应都处催化正反应和逆反应的。这样可使两种反应都处于热力学的有利状态。一般酮酸脱羧的反应、激于热力学的有利状态。一般酮酸脱羧的反应、激酶催化的反应、羧化反应等都是不可逆的。这些酶催化的反应、羧化反应等都是不可逆的。这些反应常受到严密调控，成为关键步骤。反应常受到严密调控，成为关
6、键步骤。脂肪脂肪 葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、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小分子化合物分小分子化合物分解成共同的中间解成共同的中间产物（如丙酮酸产物（如丙酮酸、乙酰、乙酰CoACoA等）等）共同中间物进入共同中间物进入三羧酸循环三羧酸循环,氧化氧化脱下的氢由电子脱下的氢由电子传递链传递生成传递链传递生成H H2 2O O，释放出大量，释放出大量能量，其中一部能量，其中一部分通过磷酸化储分通过磷酸化储存在存在ATPATP中。中。大分子降解成大分子降解成基本结构单位基本结构单位生
7、物氧化的三个阶段生物氧化的三个阶段NADPH生物系统中的能流生物系统中的能流 一、物质代谢的特点一、物质代谢的特点 整体性整体性 代谢调节代谢调节 各组织、器官物质代谢各具特色各组织、器官物质代谢各具特色 各种代谢物均具有各自共同的代谢池各种代谢物均具有各自共同的代谢池 ATPATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式 NADPHNADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量 整体性整体性 糖类糖类 脂类脂类蛋白质蛋白质水水 无机盐无机盐维生素维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存各种物质代谢之间互有联系，相互依存。消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄 代
8、谢调节代谢调节机体有精细的调节机体有精细的调节机制，调节代谢的机制，调节代谢的强度、方向和速度强度、方向和速度内外环境内外环境不断变化不断变化影响机体代谢影响机体代谢适应环境适应环境的变化的变化 各组织、器官物质代谢各具特色各组织、器官物质代谢各具特色结构不同结构不同酶系的种类、酶系的种类、含量不同含量不同不同的组不同的组织、器官织、器官代谢途径不同、代谢途径不同、功能各异功能各异肝肝肝是机体物质代谢的枢纽肝是机体物质代谢的枢纽,是人体的中心生化工厂是人体的中心生化工厂 肝耗氧量占全身的肝耗氧量占全身的20%；肝在糖、脂、蛋白质、；肝在糖、脂、蛋白质、水盐、维生素代谢中均具重要作用。水盐、维生
9、素代谢中均具重要作用。肝是糖原合成及储存的主要部位肝是糖原合成及储存的主要部位肝可通过糖异生作用补充血糖肝可通过糖异生作用补充血糖肝能进行糖原分解补充血糖肝能进行糖原分解补充血糖组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系心脏心脏 依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖为耗用的能源物质，并以有氧氧化为主。为耗用的能源物质，并以有氧氧化为主。故能确保故能确保ATP的供应。的供应。脑脑 脑耗氧量占全身的脑耗氧量占全身的20-25%脑无糖原储存，平时依靠血糖供能：脑无糖原储存，平时依靠血糖供能：100g/日；日
10、；长期饥饿时则主要利用酮体为能源：长期饥饿时则主要利用酮体为能源：50-100g/日日组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系肌肉肌肉 肌肉通常以氧化脂酸供能为主，剧烈肌肉通常以氧化脂酸供能为主，剧烈运动时则以糖的无氧酵解为主。肌糖原不运动时则以糖的无氧酵解为主。肌糖原不能直接补充血糖。能直接补充血糖。组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系红细胞红细胞 红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解。红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解。30g/日日 成熟红细胞无线粒体，故不能进行糖的有氧成熟红细胞无线粒体，故不能进行糖的有氧化氧化，也不能利用脂酸及其它非糖物质供能。化氧化，也不能利用脂酸
11、及其它非糖物质供能。组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系脂肪组织脂肪组织 脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。脂肪组织通过脂肪动员将储存的脂肪分脂肪组织通过脂肪动员将储存的脂肪分解为脂酸和甘油释放入血以供其它组织摄取解为脂酸和甘油释放入血以供其它组织摄取利用。利用。组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系肾肾 肾也可进行糖异生和生成酮体，它是肾也可进行糖异生和生成酮体，它是除肝外唯一可进行这两种代谢的器官。除肝外唯一可进行这两种代谢的器官。肾髓质主要由糖酵解供能；肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。肾皮质主
12、要由脂酸、酮体有氧氧化供能。各种代谢物均具有各自共同的代谢池各种代谢物均具有各自共同的代谢池例如例如各各种种组组织织 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解糖异生糖异生血血糖糖 ATPATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式营养物营养物分分 解解释放释放能量能量ADP+PiADP+PiATPATP直直接接供供能能 NADPHNADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量例如例如乙酰乙酰CoACoANADPH+HNADPH+H+脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径二、物质代谢的相互联系二、物质代谢的相互联系（一）在能量代谢上的相互联系（一）在能量代谢
13、上的相互联系（二）糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系（二）糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系三大营养素三大营养素共同中共同中间产物间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoACoATCA2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCOCO2 2三大营养素可在体内氧化供能。三大营养素可在体内氧化供能。（一）在能量代谢上的相互联系（一）在能量代谢上的相互联系从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。替，并互相制约。一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。蛋白质的消耗。脂肪分
14、解脂肪分解增强增强ATP ATP 增多增多ATP/ADP ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。其他物质的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制（糖分解代谢限速酶之一）（糖分解代谢限速酶之一）例如例如饥饿时饥饿时 肝糖原分解肝糖原分解 ，肌糖原分解肌糖原分解 肝糖异生肝糖异生，蛋白质分解蛋白质分解 以脂酸、酮体分解供能以脂酸、酮体分解供能为主为主蛋白质分解明显降低蛋白质分解明显降低1 2 天天3 4 天天1 1、糖代谢与脂代谢的相互联系、糖代谢与脂代谢的相互联系摄入的
15、糖量超过能量消耗时，糖可以转变成脂肪。摄入的糖量超过能量消耗时，糖可以转变成脂肪。（二）糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系（二）糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoACoA合成脂肪合成脂肪（脂肪组织）（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉）磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮a a磷酸甘油磷酸甘油糖糖乙酰乙酰CoACoA，NADPHNADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解从头合成从头合成脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoACoA琥珀酸琥珀酸糖糖(植物植物)乙醛酸循环乙醛酸
16、循环-氧化氧化糖异生糖异生TCATCA糖代谢与脂类代谢的相互关系糖代谢与脂类代谢的相互关系脂肪的分解代谢受糖代谢的影响脂肪的分解代谢受糖代谢的影响饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对不足相对不足糖不足糖不足脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加氧化氧化受阻受阻2 2、糖与氨基酸代谢的相互联系、糖与氨基酸代谢的相互联系例如例如丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脱氨基脱氨基糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酮酸，可转变为糖。酸，可转变为糖。糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基
17、酸糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoACoA柠檬酸柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸 在动物体内糖虽然可以通过糖代谢中的重要中间在动物体内糖虽然可以通过糖代谢中的重要中间体；丙酮酸、草酰乙酸和体；丙酮酸、草酰乙酸和-酮戊二酸可以通过转酮戊二酸可以通过转氨基作用形成相应的氨基酸，并且还可以进一步氨基作用形成相应的氨基酸，并且还可以进一步形成其他非必需氨基酸。但确不能合成形成其他非必需氨基酸。但确不能合成8 8种必需氨种必需氨基酸及合成量很少的基酸及合成量很少的2 2种半必需氨基酸。所以，种半必需氨基酸。所以，动动
18、物体糖转变蛋白质是困难的物体糖转变蛋白质是困难的。而组成蛋白质的。而组成蛋白质的2020种天然氨基酸中可以生糖的达种天然氨基酸中可以生糖的达1616种，显然，种，显然，动物动物体将蛋白质转变成糖是顺利的体将蛋白质转变成糖是顺利的。对于动物来说：。对于动物来说：蛋白质可以替代糖，糖不能替代蛋白质蛋白质可以替代糖，糖不能替代蛋白质。氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoACoA脂肪脂肪 蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪 氨基酸可作为合成磷脂的原料氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂3 3、脂类与氨基酸代谢的相互联系、脂类与氨基酸代谢的相互
19、联系 但不能说，脂类可转变为氨基酸。但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油磷酸磷酸二羟丙酮二羟丙酮糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸 生物体内通过脂肪合成蛋白质的可能性几乎为生物体内通过脂肪合成蛋白质的可能性几乎为0 0。（脂肪酸经（脂肪酸经-氧化得到乙酰氧化得到乙酰CoACoA，进入，进入TCATCA、再经、再经转氨基作用后，只能间接得到谷氨酸）转氨基作用后，只能间接得到谷氨酸）而蛋白质而蛋白质转化为脂肪确非常顺利转化为脂肪确非常顺利。4 4、核酸与糖、脂、蛋白质代谢
20、的相互联系、核酸与糖、脂、蛋白质代谢的相互联系核酸及其衍生物和多种物质代谢有关。但脂类代谢核酸及其衍生物和多种物质代谢有关。但脂类代谢除供应除供应COCO2 2外，和核酸代谢并无明显的关系。外，和核酸代谢并无明显的关系。蛋白质代谢为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料；糖蛋白质代谢为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料；糖类产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的来类产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的来源。源。许多核苷酸在代谢中起着重要的作用。核酸是细胞许多核苷酸在代谢中起着重要的作用。核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质的合成影内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质的合成影响细胞的组成成分和代谢类型。
21、响细胞的组成成分和代谢类型。核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。，而且需要酶和多种蛋白质因子。（1 1）氨基酸是体内合成核酸的重要原料氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺一碳单位一碳单位合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶（2 2）磷酸核糖和磷酸核糖和NADPHNADPH由磷酸戊糖途径提供由磷酸戊糖途径提供（3)3)多种酶和蛋白质参与了核酸的生物合成。多种酶和蛋白质参与了核酸的生物合成。（4)4)糖、脂类等燃料物质为核酸提供能量。糖、脂类等燃料物质为核酸提供能量。（5 5）各类物
22、质代谢都离不开具高能磷酸键的各种核苷各类物质代谢都离不开具高能磷酸键的各种核苷酸，如酸，如ATPATP是能量的是能量的“通货通货”，此外，此外UTPUTP参与多糖的合成，参与多糖的合成，CTPCTP参与磷脂合成参与磷脂合成,GTP,GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。参与蛋白质合成与糖异生作用。（6 6）核苷酸组成许多重要的辅酶）核苷酸组成许多重要的辅酶(如如CoA,NAD+CoA,NAD+，NADP+NADP+）。）。（7 7）环核苷酸）环核苷酸cAMPcAMP和和cGMPcGMP作为胞内信号分子参与细胞作为胞内信号分子参与细胞信号的转导。信号的转导。葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙
23、酰CoACoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸第二节第二节 代谢的调节代谢的调节 生物体所以能有条不紊的进行错综复杂的代谢过程，主要生物体所以能有条不紊的进行错综复杂的代谢过程，主要是具有一套完整的调控系统。而生物体的调控系统是与其是具有一套完整的调控系统。而生物体的调控系统是与其进化水平逐渐完善的。进化水平逐渐完善的。生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有生命是靠代谢的正常运转维持
24、的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。代谢调节普遍存在于生物界，是生物的
25、重要特征。主要通过细胞内代谢物浓度主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为调节，这种调节称为原始调节原始调节或或细胞水平代谢调节。细胞水平代谢调节。单细胞生物单细胞生物高等生物高等生物 三级水平代谢调节三级水平代谢调节细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢调节激素水平代谢调节高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。挥代谢调节作用。整体水平代谢调节整体水平代谢调节在中枢神经系
26、统的控制下，或通过神经纤维及神经在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。调而对机体代谢进行综合调节。一、细胞水平的代谢调节一、细胞水平的代谢调节 细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。细胞内酶呈隔离分布。细胞内酶呈隔离分布。代谢途径的速度、方向由其中的关键酶代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key enzymekey enzyme)的
27、活的活性决定。性决定。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。细胞水平的调节主要为细胞内跨膜的集中和隔离的细胞水平的调节主要为细胞内跨膜的集中和隔离的分布分布。见P301。（一）细胞内酶的隔离分布（一）细胞内酶的隔离分布代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域细胞的某一区域 。酶在细胞中的分布酶在细胞中的分布1.1.细胞核细胞核核膜上有大量酶类，这些酶参与糖、脂类、蛋白核膜上有大量酶类，这些酶参与糖、脂类、蛋白质代谢及核酸运输，质代谢及核酸运输，DNADNA复制、复制、RNARNA合成、加
28、工合成、加工和修饰。它们镶嵌在核膜上，或结合在膜表面，和修饰。它们镶嵌在核膜上，或结合在膜表面，有利于各种反应的定向进行。有利于各种反应的定向进行。2.2.胞液胞液 指细胞质的连续液相部分。大部分中间代谢在指细胞质的连续液相部分。大部分中间代谢在此进行，如糖酵解、异生、磷酸戊糖途径、糖、此进行，如糖酵解、异生、磷酸戊糖途径、糖、脂类、氨基酸以及核苷酸的生物合成等。其重量脂类、氨基酸以及核苷酸的生物合成等。其重量的的2020是蛋白质，所以是高度组织的胶状物质，是蛋白质，所以是高度组织的胶状物质，而不是溶液。与糖原代谢有关的酶结合在糖原颗而不是溶液。与糖原代谢有关的酶结合在糖原颗粒表面。粒表面。3
29、.3.内质网内质网 粗糙型内质网与蛋白质的加工有关，光滑内质粗糙型内质网与蛋白质的加工有关，光滑内质网与糖类和脂类的合成有关，细胞的磷脂、糖脂网与糖类和脂类的合成有关，细胞的磷脂、糖脂和胆固醇几乎都是内质网上的酶合成的。和胆固醇几乎都是内质网上的酶合成的。4.4.高尔基体高尔基体 可对细胞合成或吸收的物质进行加工、浓缩、包装可对细胞合成或吸收的物质进行加工、浓缩、包装和运输，参与细胞的分泌和吸收过程。其膜的内表面有加和运输，参与细胞的分泌和吸收过程。其膜的内表面有加工寡聚糖的酶类。工寡聚糖的酶类。5.5.溶酶体溶酶体 含水解酶类，主要功能为消化、吸收、防御、吞噬和含水解酶类，主要功能为消化、吸
30、收、防御、吞噬和细胞自溶。细胞自溶。6.6.线粒体线粒体 内膜形成嵴，其上有与呼吸链有关的细胞色素和氧内膜形成嵴，其上有与呼吸链有关的细胞色素和氧化还原酶、化还原酶、ATPATP合成酶以及调节代谢物进出的运输蛋白。合成酶以及调节代谢物进出的运输蛋白。内膜中的基质含有三羧酸循环、内膜中的基质含有三羧酸循环、b b氧化、氨基酸分解等酶氧化、氨基酸分解等酶类。类。多酶体系在细胞内的分布多酶体系在细胞内的分布多酶体系多酶体系分分 布布糖酵解糖酵解胞液胞液磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径糖异生糖异生糖原合成糖原合成三羧酸循环三羧酸循环线粒体线粒体氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体线粒体胞液胞液胞液胞液胞液胞液多酶体系多
31、酶体系分布分布线粒体线粒体脂酸脂酸 氧化氧化脂酸脂酸合成合成胞液胞液内质网、胞液内质网、胞液胆固醇胆固醇合成合成磷脂磷脂合成合成内质网内质网DNA、RNA合成合成细胞核细胞核 酶的隔离分布的意义酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。避免了各种代谢途径互相干扰。多酶体系多酶体系分分 布布蛋白质合成蛋白质合成多种水解酶多种水解酶溶酶体溶酶体线粒体、胞液线粒体、胞液尿素合成尿素合成血红素血红素合成合成内质网、胞液内质网、胞液线粒体、胞液线粒体、胞液 速度最慢，速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其故又称其为限速酶为限速酶(limiting v
32、elocity enzymes)(limiting velocity enzymes)。催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。定整个代谢途径的方向。这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。效应剂的调节。关键酶催化的反应具有以下特点：关键酶催化的反应具有以下特点：代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定方向由其中的关键酶决定 。某些重要代谢途径的关键酶某些重要代谢途径的关键酶代谢途径代谢途径 关键酶关键酶糖原合
33、成糖原合成 糖原合成酶糖原合成酶糖原分解糖原分解 磷酸化酶磷酸化酶糖酵解糖酵解 已糖激酶、磷酸果糖激酶已糖激酶、磷酸果糖激酶-1-1、丙酮酸激酶丙酮酸激酶糖有氧氧化糖有氧氧化 丙酮酸脱氢酶系、丙酮酸脱氢酶系、TAC TAC 柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 某些重要代谢途径的关键酶某些重要代谢途径的关键酶代谢途径代谢途径 关键酶关键酶糖异生糖异生 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果 糖二磷酸酶糖二磷酸酶-1-1、葡萄糖、葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶脂肪动员脂肪动员 甘油三酯脂肪酶甘油三酯
34、脂肪酶脂酸合成脂酸合成 乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶胆固醇合成胆固醇合成 HMGCoAHMGCoA还原酶还原酶嘌呤合成嘌呤合成 谷氨酰胺谷氨酰胺PRPPPRPP酰胺转移酶酰胺转移酶 快速代谢快速代谢 迟缓代谢迟缓代谢数秒、数分钟数秒、数分钟通过改变酶的活性通过改变酶的活性数小时、几天数小时、几天通过改变酶的含量通过改变酶的含量 变构调节变构调节(allosteric(allosteric regulation)regulation)化学修饰调节化学修饰调节(chemical(chemical modification)modification)代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。
35、代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。1.1.变构调节的概念变构调节的概念小分子化合物与酶分子活性中心以外小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的为酶的变构调节变构调节或或别构调节。别构调节。（二）关键酶的变构调节（二）关键酶的变构调节被调节的酶称为被调节的酶称为变构酶变构酶或或别构酶别构酶 使酶发生变构效应的物质，称为使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂变构效应剂 变构激活剂变构激活剂 allosteric effectorallosteri
36、c effector 引起酶活性引起酶活性增加增加的变构效应剂。的变构效应剂。变构抑制剂变构抑制剂 allosteric effectorallosteric effector 引起酶活性引起酶活性降低降低的变构效应剂。的变构效应剂。2.2.变构调节的机制变构调节的机制变构酶变构酶催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基变构效应剂变构效应剂：底物、终产物底物、终产物其他小分子代谢物其他小分子代谢物变构效应剂变构效应剂 +酶的调节亚基酶的调节亚基酶的构象改变酶的构象改变酶的活性改变酶的活性改变（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亚基聚合亚基聚合紧密紧密亚基解聚亚基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化3.3.变构
37、调节的生理意义变构调节的生理意义 代谢终产物反馈抑制代谢终产物反馈抑制 (feedback(feedback inhibition)inhibition)反应途径中的酶，使代谢物不反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。致生成过多。乙酰乙酰CoACoA 乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoACoA长链脂酰长链脂酰CoACoA 变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P+糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧抑制糖的氧化化糖原合酶糖原合酶促进糖的储存促进糖的储存变构调节使不同的代谢途径相互协调。变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸柠檬酸+6-
38、6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A A 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成（三）酶的化学修饰调节（三）酶的化学修饰调节1.1.化学修饰的概念化学修饰的概念酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的共价修饰逆的共价修饰(covalent modification)(covalent modification)，从而引，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。2.2.化学修饰的主要方式化学修饰的主要方式磷酸化磷酸化 -去磷酸去磷酸乙酰化乙酰化 -脱乙酰脱乙酰甲基
39、化甲基化 -去甲基去甲基腺苷化腺苷化 -脱腺苷脱腺苷 SH SH 与与 S S S S 互变互变酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白3.3.化学修饰的特点化学修饰的特点酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。节因素如激素的调控。具有放大效
40、应，效率较变构调节高。具有放大效应，效率较变构调节高。磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。（四）（四）基因表达的调节基因表达的调节 主要表现在主要表现在转录调节转录调节和翻译调节两个水平上，总之，和翻译调节两个水平上，总之，就是酶的合成的调节就是酶的合成的调节。基因表达的调节，原核生物。基因表达的调节，原核生物和真核生物无论在调节机制、调节层次、复杂程度和真核生物无论在调节机制、调节层次、复杂程度和参与的因素等诸方面差异很大。和参与的因素等诸方面差异很大。原核生物主要表现为：原核生物主要
41、表现为：酶合成的诱导作用和阻遏作酶合成的诱导作用和阻遏作用用。见。见P298-299P298-299中文字和图中文字和图14-614-6、14-714-7。真核生物的基因表达调节见真核生物的基因表达调节见P300P300和图和图14-1014-10 1 1）原核生物基因表达调节）原核生物基因表达调节 酶浓度的调节酶浓度的调节 诱导诱导阻遏阻遏终产物的阻遏终产物的阻遏分解代谢产物阻遏分解代谢产物阻遏诱导作用（诱导作用（inductioninduction）：）：指用诱导物（指用诱导物（inducerinducer）来促进酶的合成，这种作用）来促进酶的合成，这种作用称诱导作用。称诱导作用。阻遏作用
42、（阻遏作用（repressionrepression）：）：指用阻遏物（指用阻遏物（repressorrepressor）阻止或降低酶的合成，这种作用）阻止或降低酶的合成，这种作用称阻遏作用。称阻遏作用。乳糖操纵子乳糖操纵子(laclac operonoperon)调节机制调节机制5/3/3/5/启动子启动子 操纵序列操纵序列 3 3个结构基因个结构基因调控区调控区 信息区信息区乳糖操纵子乳糖操纵子操纵子：操纵子：生物学功能相关的基因组合在一起生物学功能相关的基因组合在一起 成为成为DNADNA中的中的1 1个转录单位个转录单位（operon）调节基因调节基因阻遏蛋白阻遏蛋白POIZ Y AC
43、AP结合点结合点大大肠肠杆杆菌菌乳乳糖糖操操纵纵子子模模型型调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）基基 因因 关关 闭闭启启动动子子OIA A、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构缺乏乳糖时：缺乏乳糖时：I I基因基因阻遏蛋白阻遏蛋白与与O O序列结合序列结合阻止阻止RNARNA聚合酶的结合聚合酶的结合阻止结构基因转录阻止结构基因转录乳糖乳糖PLacZLacYLaca调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子OImRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（无活性）基
44、基 因因 表表达达mRNAB B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（无活性）存在乳糖时：存在乳糖时：乳糖（诱导剂）乳糖（诱导剂）阻遏蛋白阻遏蛋白+乳糖复合物乳糖复合物阻止阻遏蛋白与阻止阻遏蛋白与O O的结合的结合结构基因开放表达结构基因开放表达合成利用乳糖的酶合成利用乳糖的酶乳糖操纵子的降解物阻遏乳糖操纵子的降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCGP(CAP)OCAP结结合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷
45、酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMP CGPCGP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic catabolic gene activation proteingene activation protein）CAPCAP：环腺苷酸受体蛋白（：环腺苷酸受体蛋白（cyciliccycilic AMP AMP receptor protein receptor protein）降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活状态呈失活状态CAP-CAP-cAMPcAMP的正性调节的正性调节存在葡萄糖时：存在葡萄
46、糖时：腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶葡萄糖代谢产物葡萄糖代谢产物 磷酸二酯酶磷酸二酯酶cAMPcAMPcAMPcAMP-CAP-CAP复合物复合物不能激活不能激活RNARNA聚合酶活性聚合酶活性结构基因不能表达结构基因不能表达没有葡萄糖时：没有葡萄糖时：cAMPcAMPcAMPcAMP-CAP-CAP复合物复合物与操纵子的与操纵子的CAPCAP位点结合位点结合激活激活RNARNA聚合酶活性聚合酶活性结构基因转录表达结构基因转录表达CAPCAP与与cAMPcAMP结合后，可结合到乳糖操纵子的结合后，可结合到乳糖操纵子的CAPCAP位点，促进转录位点，促进转录（-）（+）色氨酸操纵子的调控机制色氨酸操纵
47、子的调控机制 色氨酸操纵子色氨酸操纵子（trp operontrp operon）属于阻遏型操纵子，）属于阻遏型操纵子，主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放，而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操子开放，而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。纵子被关闭。色氨酸操纵子的调控机制与乳糖操纵子类似，但色氨酸操纵子的调控机制与乳糖操纵子类似，但通常情况下，操纵子处于开放状态，其辅阻遏通常情况下，操纵子处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。蛋白不
48、能与操纵基因结合而阻遏转录。而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物与而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物与辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操纵辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操纵基因结合而使基因转录关闭。基因结合而使基因转录关闭。色氨酸操纵子的调控还涉及色氨酸操纵子的调控还涉及转录衰减转录衰减(attenuation)(attenuation)机机制。即在色氨酸操纵子第一个结构基因与启动基因之制。即在色氨酸操纵子第一个结构基因与启动基因之间存在有一衰减区域，当细胞内色氨酸酸浓度很高时，间存在有一衰减区域，当细胞内色氨酸酸浓度很高时，通过与转录相偶联的翻译过程，形成一个通过与转录相
49、偶联的翻译过程，形成一个衰减子衰减子结构，结构，使使RNARNA聚合酶从聚合酶从DNADNA上脱落，导致转录终止。上脱落，导致转录终止。大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制111232233444核糖体核糖体核糖体核糖体转录继续转录继续转录终止转录终止C.C.高浓度色氨酸使核高浓度色氨酸使核糖体到达糖体到达2 2部位，部位，3 3与与4 4 碱基配对，转录终止。碱基配对，转录终止。A.A.游离游离mRNAmRNA中中1 1与与2 2以以及及3 3与与4 4碱基配对。碱基配对。B.B.低浓度色氨酸使低浓度色氨酸使核糖体停留在核糖体停留在1 1部位部位，
50、转录得以完成。，转录得以完成。Trp密码子密码子2 2）真核生物基因表达调控）真核生物基因表达调控DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解调节调节翻译后加工翻译后加工的调节的调节核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控的五个水平 DNADNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 转录后加工的调节转录后加工的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后加工的调节翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控真核基
