1、第十二章 代谢调节,第一节 代谢途径的相互联系,第二节 代谢调节,第一节 代谢途径的相互联系,一、代谢网络,二、物质代谢的相互关系,细胞在新陈代谢过程中，细胞内数百种小分子在起作用，它们构成了成千上万的生物大分子，如果这些分子单独代谢互不相干，那么代谢将变的无比复杂，可想象细胞是无法容纳的。那么：,一、代谢网络,细胞是如何经济有效地转化各类物质的？,代谢的总原则和方略是什么？,谁在代谢调节中起主导作用？,细胞代谢有一套总原则和方略，来解决经济有效转化问题：,（1）将各类物质分别纳入各自的共同代谢途径，以少数种类的反应，转化种类繁多的分子，例如，氧化还原，基团转移，水解合成，基团脱加，异构反应等
2、。,（2）不同的代谢途径可通过交叉点上关键的中间代谢物而相互作用和转化，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。,一、代谢网络,特别是乙酰辅酶A是各代谢之间的枢纽物质。通过三种中间代谢产物使细胞中4类主要有机物质：糖、脂类、Pr和核酸实现相互转变。,在各种代谢途径形成的交叉网络中，其中三个最关键的中间代谢产物：,一、代谢网络,二、物质代谢的相互关系,（一）蛋白质和核酸在物质代谢中起主导地位,（二）糖代谢与脂类代谢的关系,1、糖可转变成脂类：糖分解代谢的中间产物磷酸二羟丙酮可还原生成磷酸甘油。另一中间产物乙酰CoA则可合成长链脂肪酸，此过程所需的NADPH 又
3、可由磷酸戊糖途径提供。（多吃糖可以使人发胖）,二、物质代谢的相互关系,2、脂肪可转化成糖：不同的生物有所区别。在动物体内，甘油可经脱氢生成磷酸二羟丙酮再通过糖异生作用转变为糖，但脂肪酸不能净合成糖，其关键是由丙酮酸生成乙酰CoA的反应不可逆。植物和微生物有乙醛酸循环可补充琥珀酸（有机酸），转变成草酰乙酸后进入糖异生作用生糖。（萌发的花生种子变甜）,（二）糖代谢与脂类代谢的关系,二、物质代谢的相互关系,（三）糖代谢和蛋白质代谢的关系,1、糖可转变成各种AA的碳架结构。如：丙酮酸是糖代谢的重要中间产物，丙酮酸经三羧酸循环可以转变为-酮戊二酸和草酰乙酸，这三种-酮酸经氨基化或转氨基作用分别生成丙AA
4、、谷AA和天冬AA。,2、蛋白质转化为糖，首先要水解成AA。AA通过脱氨基作用生成相应的-酮酸，然后转变为糖异生途径中的某种中间产物，再经糖异生作用合成糖。,二、物质代谢的相互关系,（四）脂类代谢和蛋白质代谢的关系,1、蛋白质可以转变为脂类。在动物体内的生酮AA如亮AA等，在代谢过程中能生成酮体，然后生成乙酰CoA，再进一步合成脂肪酸。而生酮兼生糖AA，通过直接或间接生成丙酮酸，可以转变为甘油，也可以在氧化脱羧后转变为乙酰CoA。,二、物质代谢的相互关系,2、脂类可以转化为蛋白质（但很有限）：动物不易利用脂肪酸合成AA，因为无乙醛酸循环。植物因有乙醛酸循环，可以利用脂肪酸合成AA，合成蛋白质。
5、,（四）脂类代谢和蛋白质代谢的关系,二、物质代谢的相互关系,1、核酸是Cell重要遗传物质，它通过控制Pr的合成影响Cell组成成分和代谢类型，一般不是重要的C、N和能源。许多核苷酸在代谢中起重要作用。如：,（五）核酸、糖、脂类、蛋白质代谢的相互关系,2、核酸本身合成又受其它物质特别是Pr的作用和控制,二、物质代谢的相互关系,三羧酸循环是各类物质代谢的共同途径，是它们之间联系的渠道。,综上所述，糖、脂类、Pr和核酸等物质，在代谢中彼此影响，相互转化、密切相关，构成了一个完整的统一的代谢过程。,（五）核酸、糖、脂类、蛋白质代谢的相互关系,二、物质代谢的相互关系,3、这种分开机制可使生物合成和降解
6、途径或正逆反应途径分别处于热力学有利态，远离平衡点，保证单向进行。,（六）分解代谢和合成代谢的单向性,酶对正、逆反应同样促进，有许多代谢过程是可逆的，而整个代谢又是单向的。那么生物是怎样来调节反应方向和正、逆速度防止空转浪费的？,1、分解与合成代谢是分开的，各有自身的途径。,2、在一条代谢途径中某些关键部位的正逆反应经常是有两种不同的酶所催化，一种酶催化正反应，另一种酶催化逆反应。,二、物质代谢的相互关系,脂肪酸的合成沿丙二酸单酰CoA途径；,葡萄糖+ATP6-磷酸-葡萄糖+ADP，由己糖激酶催化；,6-磷酸-葡萄糖+H2O葡萄糖+Pi 由6-磷酸葡萄糖酯酶催化,脂肪酸的分解沿-氧化作用进行。
7、,第二节 代谢调节,一、代谢调节的四级水平,二、酶水平的调节,三、激素调节,四、神经系统调节,生物体是一个完整的统一体，各种代谢密切联系、相互作用、相互制约，生物在其进化过程中形成一套有效而灵敏的调节控制系统。,高等动物的代谢调节在四个相互关系、彼此协调又各具特色的层面上进行。,一、代谢调节的四级水平,所有这些调节机制都是在基因产物蛋白质（或RNA）的作用下进行的。也就是说与基因表达调控有关。,二、酶水平的调节,酶水平调节是生物体内最基本、最普遍的调节方式。包括酶含量调节、酶活性调节、酶的定位调节,2、酶的合成调节基因表达调控 在转录和翻译水平上，都能进行调节，但主要是 在转录水平上。,（一）
8、酶含（数）量调节,1、酶降解调节 蛋白水解酶催化使酶降解，控制酶的数量。,实验：1.大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时，细胞内产-半乳糖苷酶；-半乳糖苷透过酶；硫代半乳糖苷转乙酰酶三种酶；2.当换成葡萄糖培养基时，三种酶基本消失；结论：需要时才合成。,1、酶合成的诱导,酶合成的诱导：某些代谢物可以诱导某些酶合成的现象。代谢物促进了该酶编码基因的表达。诱导物：能诱导酶合成的物质。一般是该酶的底物诱导酶：被诱导合成的酶。,操纵子-染色体上控制蛋白质（酶）合成的功能单位，包括一个或多个结构基因及控制结构基因转录的操纵基因和启动子。,调节基因-控制操纵子“开”与“关”，位于操纵子上游，产物阻遏蛋白。
9、,法国Jocob和Monod等1961年提出了乳糖操纵子模型。,（1）当阻遏蛋白有活性时，可与操纵基因结合，结构基 因不转录（2）当阻遏蛋白失活时，结构基因转录,在乳糖操纵子的负调控模型中：调节基因阻遏蛋白（有活性）与操纵基因结合结构基因不转录；诱导物与阻遏蛋白结合阻遏蛋白变构失活结构基因转录,基因关闭不转录,基因打开转录,b-半乳糖苷酶,b-半乳糖苷透性酶,b-半乳糖苷乙酰基转移酶,(无活性),诱导物(乳糖等),阻遏蛋白,(有活性),阻遏蛋白,mRNA,诱导物与阻遏蛋白结合，阻遏蛋白不能阻挡操纵基因，结构基因表达。,阻遏蛋白阻挡操纵基因，结构基因不表达,2、酶合成的阻遏,酶合成的阻遏：某些代
10、谢物可以阻止某些酶合成的现象。代谢物阻止该酶编码基因的表达。辅阻遏物：能阻遏酶合成的物质。一般是该酶的产物。阻遏酶：被辅阻遏物作用而停止合成的酶。,实验：1.大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，检测 到细胞内有色氨酸合成酶的存在。2.在上述培养基中加入色氨酸，检测发现细胞内色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。3.表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，体现了酶合成的经济原则：不需要就不合成。,在色氨酸操纵子的负调控模型中：,基因打开转录,基因关闭不转录,辅阻遏物(色氨酸),代谢产物与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基因不能表达。,mRNA,(有活性),色氨酸操纵子,阻遏蛋白,五种酶,（二）酶活性调节,在酶已合成的情况下，通过酶活性状态的变化，对代谢进行调节控制。酶活性调节包括酶原激活、共价修饰、变构调节及辅因子调节。,1、酶原激活,二、酶水平的调节,2、共价修饰调节与级联放大,（1）共价修饰调节,一种酶可由其它酶对其结构进行共价修饰，即以共价插入或附着一特殊的基团于酶分子上，使其在活性形式或非活性形式之间转变。,（4）尿苷酰化/去尿苷酰化（5）甲基化/去甲基化（6）S-S/SH,修饰形式：,（1）磷酸化/去磷酸化（2）乙酰化/去乙酰化（3）腺苷酰化/去腺苷酰化,（二）酶活性调节,