物质代谢的相互关系及代谢的调节控制课件

主要内容主要内容v物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系v代谢的调节代谢的调节一一 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系糖可以在生物体内变成脂肪。脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。糖糖 脂脂（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系糖可以转变为非必需氨基酸。蛋白质可以转变为糖。糖糖 蛋白质蛋白质（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系 由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。蛋白质间接地转变为脂肪。蛋白质间接地转变为脂肪。脂脂 蛋白质蛋白质(四四)三大基础物质代谢的相互关系三大基础物质代谢的相互关系：相互转变、相互制约、殊途同归相互转变、相互制约、殊途同归。v相互转变：相互转变：指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢中间产物丙酮酸、乙酰辅酶中间产物丙酮酸、乙酰辅酶A、-酮戊二酸等相互联系酮戊二酸等相互联系起来，可以相互转变。起来，可以相互转变。v相互制约：相互制约：指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由糖类的代谢强度决定。当糖类供应充足时，糖类在体内糖类的代谢强度决定。当糖类供应充足时，糖类在体内大量氧化分解供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一大量氧化分解供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分解供能，蛋定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分解供能，蛋白质也有供能作用。白质也有供能作用。正正常常情情况况下下，蛋蛋白白质质的的代代谢谢主主要要用用于于蛋蛋白白质质的的不不断断自自我我更更新新，只只有有当当机机体体能能源源物物质质糖糖类类、脂脂类类严严重消耗时，蛋白质才表现为大量分解供能。重消耗时，蛋白质才表现为大量分解供能。v殊途同归：殊途同归：三大物质代谢分解途径虽不相同，但三大物质代谢分解途径虽不相同，但彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到TCA循环中，循环中，所以所以TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧化的一条共同途径化的一条共同途径。TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质三大物质的共循环是糖类、脂肪、蛋白质三大物质的共同通路：同通路：v(1)、三羧酸循环是乙酰辅酶、三羧酸循环是乙酰辅酶A最终氧化生成最终氧化生成CO2和和H2O的途径。的途径。v(2)、糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化。、糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化。v(3)、脂肪分解产生的甘油可通过糖有氧氧化进、脂肪分解产生的甘油可通过糖有氧氧化进入三羧酸循氧化，脂肪酸经入三羧酸循氧化，脂肪酸经氧化产生氧化产生乙酰辅乙酰辅酶酶A可进入三羧酸环氧化。可进入三羧酸环氧化。v(4)、蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨后碳骨架、蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨后碳骨架可进入三羧循环，同时，三羧酸循环的中间产物可进入三羧循环，同时，三羧酸循环的中间产物可作为氨基酸的碳骨架接受可作为氨基酸的碳骨架接受NH3后合成非必需氨后合成非必需氨基酸。所以，三羧酸循环是三大物质代谢共同通基酸。所以，三羧酸循环是三大物质代谢共同通路路(五五)核酸核酸 糖、脂和蛋白质糖、脂和蛋白质 代谢网络 二二 代谢的调节代谢的调节生物界代谢的调控，可分为3个水平：细胞内的调控、体液的调控、神经水平调控。1.细胞内的调控v1).区域定位的调节不同酶分部于细胞的不同部位.(一)生物体内的代谢调控模式活细胞是一个微小的化学工业园在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应细胞不是一个装满了各种酶和底物的口袋细胞复杂的结构特别是膜的结构固定了各代谢反应的空间和时间，使它们高度有序并可以被控制和调节。细胞区域化调节细胞区域化调节2)酶活性的调节酶结构的变化改变酶活性v(1)酶原激活v(2)酶的化学修饰(共价修饰):有些酶在它的某些氨基酸残基上连接一定化学基团或去掉一定化学,从而实现酶的活性态与非活性态的互相转变.酶原的活化酶原的活化 酶的化学修饰v(3)酶分子的聚合与解聚v(4)酶的构象变化3)酶量的调节基因的诱导与阻遏2.体液激素的激素的调控v1)激素的概念激素的概念:v2)激素的分类激素的分类:v3)蛋白质激素的作用机制蛋白质激素的作用机制第二信使学说第二信使学说激素激素v什么是激素？什么是激素？v激素是生物体内特定细胞产生的的对某激素是生物体内特定细胞产生的的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。v在机体的代谢过程或生理过程起调控作在机体的代谢过程或生理过程起调控作用，用，v1，含含量量少少；在在生生物物体体某某特特定定组组织织细细胞胞产产生；生；v2，通通过过体体液液的的运运动动被被输输送送到到其其他他组组织织中中发挥作用；发挥作用；v3，作作用用很很大大，效效率率高高，在在新新陈陈代代谢谢中中起起调节控制作用。调节控制作用。v在医疗上，激素也是一类重要药物。在医疗上，激素也是一类重要药物。激素具有以下几个特点：激素具有以下几个特点：激素的分类激素的分类v在在生生物物激激素素中中，动动物物激激素素最最为为重重要要。植植物物激激素素主要为植物生长调节剂。主要为植物生长调节剂。v根根据据激激素素的的化化学学结结构构和和调调控控功功能能，一一般般可可以以分分为三类为三类 v（1 1）含含氮氮激激素素。包包括括蛋蛋白白质质激激素素、多多肽肽激激素素、氨基酸衍生物激素等。氨基酸衍生物激素等。v（2 2）类类固固醇醇激激素素。性性腺腺和和肾肾上上腺腺皮皮质质分分泌泌的的激素大多数是类固醇激素。激素大多数是类固醇激素。v（3 3）脂脂肪肪酸酸衍衍生生物物激激素素。主主要要由由生生殖殖系系统统及及其它组织分泌产生。其它组织分泌产生。蛋蛋白白质质激激素素的的作作用用机机制制第第二二信信使使学学说说v4)类固醇激素的作用机制调节基因表达3.神经系统的调节神经调控作用神经调控作用v人及高等动物具有高度发达的神经系统，人及高等动物具有高度发达的神经系统，这类生物的各种活动和代谢的调节机制这类生物的各种活动和代谢的调节机制都处于中枢神经系统的控制之下。神经都处于中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接影响各种酶的合成，又影响系统既直接影响各种酶的合成，又影响内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以神经系统的调节具有整体性特点。神经系统的调节具有整体性特点。v神经系统对生命活动的调控在很大程度神经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节激素的分泌来实现的上是通过调节激素的分泌来实现的。(二二)反反馈调节馈调节v1).前馈代谢底物浓度的的调节v2).反馈终产物的调节作用1.反馈与前馈 反馈与前馈2.反反馈抑制的方式馈抑制的方式v1)线性反线性反馈馈:反反馈抑制的基本方式馈抑制的基本方式v2)分支代谢分支代谢反反馈馈:原核生物中重要调控方式原核生物中重要调控方式特点特点:每一个分支途径的终产物常常控制分支后的第每一个分支途径的终产物常常控制分支后的第一个酶一个酶,同时每一个终产物又对整个途径的第一个同时每一个终产物又对整个途径的第一个酶有部分酶有部分抑制作用抑制作用.分支反馈调节几种类型分支反馈调节几种类型(P251)v(1)多价反多价反馈抑制馈抑制v(2)协同协同反反馈抑制馈抑制v(3)累积累积反反馈抑制馈抑制v(4)合作合作反反馈抑制馈抑制v(5)顺序顺序反反馈抑制馈抑制3.反反馈调节的机制馈调节的机制v1)变构酶调节变构酶调节-反反馈的普遍机制馈的普遍机制v2)同工酶调节同工酶调节-对环境及代谢变化的一对环境及代谢变化的一种适应机制种适应机制v3)多功能酶调节多功能酶调节-更灵活的更灵活的调节调节机制机制(三三)基因表达的调节基因表达的调节v酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。1原核生物基因表达调节原核生物基因表达调节1)酶合成的诱导作用酶合成的诱导作用2)降解物的阻遏作用降解物的阻遏作用3)酶合成的阻遏作用酶合成的阻遏作用1)酶合成的诱导作用酶合成的诱导作用19601961年，年，J.Monod 和和 F.Jacob 提出乳提出乳糖操纵子模型（糖操纵子模型（lac operon model）。）。v大肠杆菌乳糖操纵子模型说明了酶合成大肠杆菌乳糖操纵子模型说明了酶合成的诱导作用机制的诱导作用机制.ayzopi结构基因结构基因控制位点控制位点调节基因调节基因乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型ayzopioCAP与cAMP形成复合物，结合在lac operon的启动基因上，促进转录的进行。cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。启启 操操2)降解物的阻遏作用降解物的阻遏作用v当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时乳糖的培养基中生长时,则先利用则先利用葡萄糖,而不利用乳糖利用乳糖.只有当只有当葡萄糖耗尽后,细菌生长经过一段停滞期,出现二度生长曲线.不久在乳糖诱导下乳糖诱导下,分解乳糖代谢的酶开始合分解乳糖代谢的酶开始合成成,细菌才能利用乳糖细菌才能利用乳糖.这种现象称为降解物的阻这种现象称为降解物的阻遏作用遏作用.3)酶合成的阻遏作用酶合成的阻遏作用E.coli 色氨酸操纵子模型说明了某些代谢产物阻止细胞内酶生成的机制.ABCDEopLatrpRtrpPtrpO trpE trpD trpC trpB trpAE.coli 色氨酸操纵子模型Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子衰减子所引起的衰减调节。（2）真核生物基因表达的调控）真核生物基因表达的调控v为多级调控方式：转录前水平调控、为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。调控。(四四)代谢调控在工业上的实践意义代谢调控在工业上的实践意义1.酶活性调节在工业上的应用1)降低终产物浓度2)利用抗代谢产物类似物关键酶的脱敏作用3)增大细胞膜通透性使代谢产物易于转运到胞外4)控制发酵条件使产品定向生成2.酶合成在工业上的应用1)筛选调控基因突变的突变株解除阻遏作用2)增加遗传学的数量和种类提高基因表达能力作业1.为什么TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质三大物质的共同通路?2.三大基础物质代谢的相互关系?