物质代谢的联系及其调节最新课件

第九章第九章 各种代谢中的联系及调节各种代谢中的联系及调节第一节第一节 细胞代谢的调节网络细胞代谢的调节网络第二节第二节 代谢调节代谢调节思考思考第一节第一节 细胞代谢的调节网络细胞代谢的调节网络一、代谢途径交叉一、代谢途径交叉形成网络形成网络二、分解代谢和合成代谢的二、分解代谢和合成代谢的单向性单向性三、三、ATPATP是通用的能量载体是通用的能量载体四、四、NADPHNADPH 以还原力形式携带能量以还原力形式携带能量五、代谢的五、代谢的基本要略基本要略一、代谢途径交叉形成网络1 1、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2 2、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系3 3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系4 4、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系糖糖类类脂脂类类氨氨基基酸酸和和核核苷苷酸酸之之间间的的代代谢谢联联系系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 甘氨酸甘氨酸丝氨酰丝氨酰苏氨酸苏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羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸异亮氨酸异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异亮氨酸异亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、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组氨酸组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单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖代谢与脂类代谢的相互联系糖代谢与脂类代谢的相互联系糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘磷酸甘油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CoA琥珀酸琥珀酸糖糖(植物植物)乙醛酸循环乙醛酸循环-氧化氧化糖异生糖异生TCA糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 NH3蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸）（生糖氨基酸）脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟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质蛋白质脂肪脂肪蛋白质蛋白质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）核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系 核核苷苷酸酸的的一一些些衍衍生生物物具具重重要要生生理理功功能能（如如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。核核酸酸是是细细胞胞内内重重要要的的遗遗传传物物质质，控控制制着着蛋蛋白白质质的的合合成成，影影响响细细胞胞的成分和代谢类型的成分和代谢类型 核核酸酸生生物物合合成成需需要要糖糖和和蛋蛋白白质质的的代代谢谢中中间间产产物物参参加加，而而且且需需要要酶酶和多种蛋白质因子。和多种蛋白质因子。各各类类物物质质代代谢谢都都离离不不开开具具有有高高能能磷磷酸酸键键的的各各种种核核苷苷酸酸，如如ATP是是能能量量的的“通通货货”，此此外外UTP参参与与多多糖糖的的合合成成，CTP参参与与磷磷脂脂合合成成，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。脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹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环循环乙醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 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羟丙酮磷酸二羟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异生途径中糖分解和糖异生途径中相对独立的单向反应相对独立的单向反应 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羟丙酮磷酸二羟丙酮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携带能量携带能量ATPATPADP+PiADP+Pi太阳能太阳能化学能化学能生物合成生物合成细胞运动细胞运动膜运输膜运输通过通过NADPHNADPH循环将还原力由分解代谢循环将还原力由分解代谢转移给生物合成反应转移给生物合成反应NADPH+HNADPH+H+NADPNADP+分解代谢分解代谢还原性有机物还原性有机物还原性生物合成反应还原性生物合成反应氧化物氧化物还原性生物还原性生物合成产物合成产物氧化前体氧化前体 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ATP、还原力和构造单元、还原力和构造单元以用于以用于生物合成。生物合成。由由ATP、还原力和构造单元可合成各类生物分子，、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次的结构。生物合成和生物形态建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和增加有序结构的过程，需要由物质流、成是一个耗能和增加有序结构的过程，需要由物质流、能量能量流流和信息流来支持。和信息流来支持。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 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中间产物（如中间产物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等）共同中间物共同中间物进入三羧酸循进入三羧酸循环环,氧化脱下氧化脱下的氢由电子传的氢由电子传递链传递给氧递链传递给氧生成生成H2O,释放释放出大量能量，出大量能量，其中一部分通其中一部分通过磷酸化储存过磷酸化储存在在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本结构成基本结构单位单位 生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D（太阳能）（太阳能）（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）（PEP）丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸（转氨基作用）（转氨基作用）糖的分解代谢和糖的分解代谢和糖异生的关系糖异生的关系一、代谢调节的概念一、代谢调节的概念二、二、酶水平的调节酶水平的调节三、三、细胞结构对代谢途径的分隔控制调节细胞结构对代谢途径的分隔控制调节四、激素调节和跨膜信号转导激素调节和跨膜信号转导第二节第二节 代谢调节代谢调节代代 谢谢 调调 节节 生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同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那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调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机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及育的需要。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、代谢和生理生命。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。功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。代谢调节的三级水平：代谢调节的三级水平：酶水平调节酶水平调节 细胞水平调节细胞水平调节多细胞整体水平调节多细胞整体水平调节激素水平调节激素水平调节神经水平调节神经水平调节1 1、酶的别构效应酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节酶活性的前馈和反馈调节2 2、产能反应与需能反应的调节产能反应与需能反应的调节3 3、酶的共价修饰与级联放大机制酶的共价修饰与级联放大机制二、酶水平的调节酶活性的前馈和反馈调节酶活性的前馈和反馈调节 前馈（前馈（feedforward）和反馈（）和反馈（feedback）分）分别说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这别说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的理是通过酶的变构效应变构效应来实现的。来实现的。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反馈反馈前馈前馈一价反馈抑制一价反馈抑制多价反馈抑制多价反馈抑制反馈抑制反馈抑制反馈调节中酶活性调节的机制反馈调节中酶活性调节的机制代谢物代谢物别别构构中中心心活性活性中心中心6-6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用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-酮戊二酸酮戊二酸拧檬酸拧檬酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质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应的调节控制化反应的调节控制氨基酸合成的反馈调控氨基酸合成的反馈调控反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸分支酸分支酸脱氧庚酮糖酸脱氧庚酮糖酸-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藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸脱氢奎尼酸脱氢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+预苯酸预苯酸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丝氨酸高丝氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸细胞能量状态指标细胞能量状态指标能荷能荷=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMPATPADP PiATP系统质量作用比系统质量作用比=糖酵解与三羧酸循环途径的调节糖酵解与三羧酸循环途径的调节丙酮酸丙酮酸 G细胞液细胞液柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠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 线粒体线粒体 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 丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶 柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶-酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶脱氢酶 酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或脱去某些修饰基团，引起酶分子构象的改共价结合或脱去某些修饰基团，引起酶分子构象的改变，使其活性得到调节，这种方式称为变，使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰酶的共价修饰(Covalent moldificationCovalent moldification).目前已知有六种修饰方式：目前已知有六种修饰方式：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙酰化去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，去腺苷酰化，尿苷酰化尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化去甲基化，氧化（S-S）/还原还原(2SH)。激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶 b（无活性）（无活性）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：糖原磷酸化酶的共价修饰例：糖原磷酸化酶的共价修饰共价修饰共价修饰级联系统级联系统调控示意图调控示意图意意义义：由由于于酶酶的的共共价价修修饰饰反反应应是是酶酶促促反反应应，只只要要有有少少量量信信号号分分子子（如如激激素素）存存在在，即即可可通通过过加加速速这这种种酶酶促促反反应应，而而使使大大量量的的另另一一种种酶酶发发生生化化学学修修饰饰，从从而而获获得得放放大大效效应应。这这种种调调节节方方式式快快速速、效率极高。效率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化腺苷酸环化酶（无活性）酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶蛋白激酶（无活性）（无活性）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（无活性）（无活性）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（无活性）（无活性）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肾上腺素或肾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激活蛋白激活蛋白激酶的作用机理激酶的作用机理糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控 糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为糖原限速酶分别为糖原磷酸化酶磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种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 (无活性无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b (无活性无活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a (有活性有活性)PP酶酶定定位位的的区区域域化化线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循环酸循环;-氧化氧化;呼吸链呼吸链电子传递电子传递;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:糖酵解糖酵解;磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径;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细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网内质网:蛋白质合成蛋白质合成;磷脂合成磷脂合成动动物物细细胞胞结结构构和和代代谢谢途途径径细胞膜结构对代谢的调节和控制作用细胞膜结构对代谢的调节和控制作用 控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度 控制细胞和细胞器的物质运输控制细胞和细胞器的物质运输 内膜系统对代谢途径的分隔作用内膜系统对代谢途径的分隔作用 膜与酶的可逆结合膜与酶的可逆结合激激 素素 调调 节节 的的 机机 制制1 1、含氮激素含氮激素作用模式作用模式2 2、甾醇类激素作用模式甾醇类激素作用模式甾甾醇醇类类激激素素作作用用原原理理示示意意图图肽类激素通过肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图蛋白激酶调节代谢示意图 ATP cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白动画动画1、2、3问答题问答题1、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的 共同通路？共同通路？2、举例说明核苷酸类化合物在各种代谢中的作用。、举例说明核苷酸类化合物在各种代谢中的作用。3、试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？、试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？4、写出天冬氨酸在体内氧化生成、写出天冬氨酸在体内氧化生成CO2和和H2O的主要历程，的主要历程，注明其中脱氢反应的酶，并计算所产生的注明其中脱氢反应的酶，并计算所产生的ATP数目。数目。5、简述能荷调节对代谢的影响及其生物学意义。、简述能荷调节对代谢的影响及其生物学意义。名词解释名词解释 反馈抑制共价修饰第二信使反馈抑制共价修饰第二信使糖糖酵酵解解和和葡葡萄萄糖糖异异生生的的关关系系（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-P-甘油醛甘油醛-酮戊二酸酮戊二酸乳酸乳酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸TCA循环循环乙酰乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸3-P-甘油甘油甘油甘油ABC1C2A G-6-P磷酸酯酶磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶羧激酶