细胞代谢与基因表达调控

生物系统中的能流
糖的分解代谢和 糖异生的关系
天冬氨酸
（PEP） 丙氨酸
（胞液） （线粒体）
（转氨基作用） 谷氨酸
第二节 代 谢 调 节
一、代谢调节的概念 二、酶水平的调节 三、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
一. 代谢调节
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 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 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。
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
NADPH
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
生物氧化的三个阶段
大分子降解 成基本结构 单位
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。
Thr
酮丁酸
Ile
谷氨酸
谷氨酰胺合酶
Gly Ala
反硝化作用 氧化亚氮
Gln
Trp
氨甲酰磷酸
His
CTP AMP
细胞能量状态指标
能荷=
[ATP]+0.5[ADP] —————————
+ 或—
前馈 S0 E0 S1 E1 S2
En-1 Sn
+ 或—
反馈
反馈调节中酶活性调节的机制
代谢物
别
构
活性
中
中心
心
6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用
ATP
G
ADP
6-P-G
UTP
1-P-G
+
UDPG
UDPG
糖原 合成酶
糖原
核酸 嘧啶核苷酸
葡萄糖
磷酸烯醇式丙酮酸羧 化反应的调节控制
1，6-二磷酸果糖
核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、 NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。
脂肪代谢和糖代谢的关系
三酰甘油
3-磷酸甘油
脂肪酸
甘油

氧
合
化
成
丙酮 酸
乙酰 CoA
植物或微 生物
三羧酸 循环
乙醛酸 循环
糖原（或淀粉） 1，6-二磷酸果糖
磷酸二羟丙酮 磷酸烯醇丙酮酸
草酰乙酸 苹果酸 延胡索酸 琥珀酸
ATP ADP+Pi
生物合成 细胞运动 膜运输
ATP携带能量由能源传递给细胞的 需能过程
还原性有机物
NADP+
分解代谢
氧化物
NADPH+H+
还原性生物 合成产物
还原性生物合成反应
氧化前体
通过NADPH循环将还原力由分解代谢 转移给生物合成反应
三. 代谢的基本要略
由ATP、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 物形态建成是一个耗能和增加有序结构的过程，需 要由物质流、能量流和信息流来支持。
二. 糖分解和糖异生途径 中相对独立的单向反应
二磷酸果糖 磷酸酯酶
糖原（或淀粉）
1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
己糖激酶 葡萄糖
6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶
果糖 激酶
1，6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮
2磷酸烯醇丙酮酸
丙酮酸 激酶
PEP羧激酶 2草酰乙酸
2丙酮酸
丙酮酸羧化酶
太阳能 化学能
第一节 细胞代谢的调节网络
一、代谢途径交叉形成网络 二、分解代谢和合成代谢的单向性 三、代谢的基本要略
一、 代谢途径交叉形成网络
1、糖代谢与脂类代谢的相互关系 2、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系 4、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系
糖
蛋白质 核酸
淀粉、糖原
脂肪
α -磷酸甘油
甘油
磷酸二羟丙酮
糖代谢
脂肪
脂肪酸 -氧化 乙酰CoA乙(植醛酸物循环) 琥珀酸 糖异生 糖
TCA
2. 糖代谢与蛋白质代谢的相互联系
糖 →→ α -酮酸 NH3 氨基酸
蛋白质
蛋白质 氨基酸 α -酮酸 糖
（生糖氨基酸）
3. 脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系
甘油 脂肪
磷酸二羟丙酮
脂肪酸 乙酰CoA 氨基酸碳架
氨基酸
蛋白质
蛋白质 氨基酸 酮酸或乙酰CoA （生酮氨基酸）
脂肪酸 脂肪
4. 核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系
核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的 合成，影响细胞的成分和代谢类型。
核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参 加，而且需要酶和多种蛋白质因子。
各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核 苷酸，如ATP是能量的“通货”，此外UTP参与 多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白 质合成与糖异生作用。
氨甲酰 天冬氨酸 —
天冬氨酸
氨基酸
磷酸烯醇式丙酮酸
+羧
+化 +
—
酶
丙酮酸 乙酰CoA
草酰乙酸
拧檬酸
蛋白质
-酮戊二酸
氨基酸合成的反馈调控
赤藓糖-4-磷酸
+
磷酸烯醇式丙酮酸
天冬氨酸
脱氧庚酮糖酸-7-磷酸 脱氢奎尼酸 莽草酸
天冬氨酰磷酸 天冬氨酰半醛
Lys 高丝氨酸
Met
分支酸 预苯酸 氨基苯甲酸
Try Phe Trp
代谢调节的四级水平： 酶水平调节 细胞水平调节 激素水平调节 多细胞整体水平调节 神经水平调节
百度文库
二、酶水平的调节
1、酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节
2、产能反应与需能反应的调节 3、酶的共价修饰与级联放大机制
酶活性的前馈和反馈调节
前馈（feedforward ）和反馈（feedback ）是来自 电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影 响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别 借用来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，其调节机理是 通过酶的变构效应来实现的。
异亮氨酸 亮氨酸
间
天冬氨酸
色氨酸
的 代
苯丙酰氨
异亮氨酸 甲硫酰氨
谢
苏氨酸 缬氨酸
草酰乙酸 苹果酸
延胡索酸 琥珀酸
乙醛酸
柠檬酸
联
谷氨酸
琥珀酰CoA
系
谷氨酰氨 组氨酸
-酮戊二酸
异柠檬酸
脯氨酸
精氨酸
1. 糖代谢与脂类代谢的相互联系
有氧氧化 乙酰CoA，NADPH 从头合成 脂肪酸
糖
脂肪
酵解 磷酸二羟丙酮
类
脂
氨基酸
核苷酸
1-磷酸葡萄糖
类
6-磷酸葡萄糖
氨 基
生糖氨基酸
甘氨酸 天冬氨酸
核糖-5-磷酸
磷酸二羟丙酮
酸 和
谷氨酰氨
丙氨酸 甘氨酸
生酮氨基酸
PEP 丙酮酸
核
丝氨酰 苏氨酸
亮氨酸 赖氨酸
苷
半胱氨酸
酪酰氨 色氨酸
乙酰乙酰CoA
甘油
脂肪酸
丙二单酰CoA
乙酰CoA
胆固醇
酸
天冬氨酸
笨丙氨酸
之
天冬酰氨 酪氨酸