【生物竞赛 生物化学】14物质代谢的相互联系和调节控制
第十二章物质代谢的相互联系与调控
第十四章 物质代谢的相互联系与调控教学目标：1. 熟悉物质代谢的特点和相互间的联系，掌握交叉点。
2. 了解代谢调节的方式和水平。
3. 熟悉酶水平调节的方式、原理（酶活性、酶量、酶的区域化分布）4. 了解激素和神经水平调节的特点。
第一节 物质代谢的相互联系一、物质代谢的特点1. 整体性 各类物质的代谢在相互联系、相互制约下进行，形成一个完整统一的过程（网络） 在能量供应上，糖、脂、蛋白质可以相互替代，相互制约。
一般情况下，糖是主要供能物质 （50%~70%），脂主要是储能（供能只占 10%~40%），蛋白质几乎不是供能形式；饥饿或某些 病理状态时，糖供能减少，脂和蛋白质分解供能增加。
物质代谢在个体和种属之间都具互补性，这是生态平衡的基础。
2. 代谢调节 正常情况下，机体各种物质代谢能适应内外环境变化，有序地进行。
这是由于机体存 在精细的调节机制， 不断调节各种物质代谢的强度、 方向和速度以适应内外环境变化。
调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。
3. 生命物质的降解和合成有共同点 生命物质的降解是一个分子由大到小， 生成其单体的过程。
降解的方式有水解、 焦磷酸解、 硫解。
降解后的单体进入中间代谢进一步分解。
分解的作用一是获得能量，获得重要的中间物。
ATP 是生物体能量利用的共同形式，是机体最主要的能量载体和各种生 命活动能量的直接供体。
分解的最终产物是CO2 H2O NH3 H3PO4 S02等无机物，因种属 差异，各类物质分解的最终产物有所不同。
生命物质的合成是一个由小到大， 由简单到复杂的过程。
分为半合成和从头合成。
蛋白 质 核酸 多糖和脂类的聚合是一种半合成。
自养生物可直接将无机物转化为有机物， 氨基 酸、核苷酸、单糖、脂肪酸和胆固醇的合成是从无到有，即从头合成。
NAD PH 是合成代谢所需的还原当量。
物质代谢具共同的代谢池，处于动态平衡中。
4. 各组织、器官物质代谢各具特色 动物、植物和微生物的物质代谢以及动物各组织、器官的物质代谢途径有所不同，各 具特色。
物质代谢联系与调节
01
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某些物质可以诱导细胞内产生诱导酶，这种作用叫做酶的诱导生成作用。
一些分解代谢的酶类只在有关底物or底物类似物存在时才能诱导合成；
一些合成代谢的酶类在产物或产物类似物足够存在时，其合成被阻遏。
1.酶的诱导和阻遏
1
诱导酶：是指当细胞中加入特定诱导物后诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是酶底物的类似物或底物本身。
脂肪转变为糖是有限的。脂类分子的甘油部分经糖异生可以生成糖，而FA部分分解产生的乙酰CoA进入TCA后全部氧化为CO2和H2O。因此，在动物中，脂肪转变为糖是有限的，而在植物和微生物中存在乙醛酸循环，乙酰-CoA可产生OA，可异生为糖，因此，在植物和微生物中，脂肪可以转变为糖。
糖代谢与脂代谢的相互联系
细胞代谢的调节，主要是通过控制酶的作用而实现的。这种酶水平的调节，是最基本的调节方式。激素和神经调节是随着生物进化、发展而完善起来的调节机制，但是它们仍然是通过“酶水平”的调节而发挥其作用。所有这些调节又受生物遗传因素的控制。
DNA的复制、转录在细胞核里进行。转录出的mRNA、tRNA、rRNA从核孔穿出进入细胞质，在粗面内质网上进行蛋白质的生物合成。
当诱导物存在时，诱导物和阻遏蛋白结合时，改变阻遏蛋白的构象，不能与操纵基因结合，于是RNA聚合酶起作用，使底物基因进行转录和翻译，生成酶蛋白。
酶生成的阻遏作用（repression） 在没有代谢产物时，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，因而结构基因就转录翻译，生成酶蛋白。
当代谢产物存在时，代谢终产物和阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白构象发生变化，可与操纵基因结合，从而使结构基因不能进行转录，酶的生成受到阻遏。
核酸代谢与糖、脂及蛋白质代
生物化学 14物质代谢的相互联系和调节控制
②乙酰化/脱乙酰化；
③腺苷酸化/脱腺苷酸化；
④尿苷酸化/脱尿苷酸化；
⑤ADP-核糖基化；
⑥甲基化/脱甲基化；
⑦S-S。如磷酸化酶
激活的级联反应。
2. 基因表达的调节
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
1960~1961年，J. Monod 和 F. Jacob 提出乳糖操 纵子模型（lac operon model）。
（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系
1.糖可以转变为非必需氨基酸，但是糖不能在体内合成必需的 氨基酸 Pyruvate—Ala OAA---Asp a-ketoglutartate---Glu 2.蛋白质水解变为氨基酸，氨基酸可以通过多种途径转变为糖。 (设计实验证明氨基酸可以在体内转变为糖） 历程：protein---amino acids---a-ketotate(Pyruvate OAA aketoglutartate) --- hepatin Arg His Pro ----- a-ketoglutartate---hepatin Phe Tyr----- OAA----hepatin Ser Gly Thr Trp Cys Val---- Pyruvate----hepatin
①酶合成的诱导作用 ②降解物的阻遏作用 ③酶合成的阻遏作用
（2）真核生物基因表达的调控
为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上 的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻 译后水平调控。
（二）酶在细胞内的集中存在与隔离分布 （细胞水平调节）
代谢酶类区域化具有的生理意义即是实现代 谢调控的一个原始方式。
在植物体或微生物体内由于存在着乙醛酸循环脂肪可以大 量转化为糖尤其是油料作物种子在萌发时。
物质代谢相互联系与调节控制
脂肪酸
脂类
甘油 —甘油磷酸 磷酸二羟丙酮 糖 脂肪酸—氧化乙酰辅酶乙A醛酸循琥环珀酸 草酰乙酸 丙酮酸
TCA CO2+H2O
糖尿病：脂肪
酮体（乙酰乙酸、
丙酮、-羟丁酸）
在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况
在血液中产生酸 中毒或到达肌肉 中提供能源
物质代谢相互联系与调节控制
4. 核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关
代谢调节作用可在不同水平上进行：低等的单细胞生 物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则 有更复杂的激素调节和神经调节。
细胞内酶的调节是最基本的调节方式。酶的调节是从 酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进 行调节的。
物质代谢相互联系与调节控制
操纵子是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由 启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个 结构基因组成 。 转录后的调节包括，真核生物mRNA转录后的加工， 转录产物的运输和在细胞中的定位等 。 翻译水平上的调节包括，mRNA本身核苷酸组成和排 列（如SD序列），反义RNA的调节，mRNA的稳定性 等方面 。 酶活性的调节是直接针对酶分子本身的催化活性所进 行的调节，在代谢调节中是最灵敏、最迅速的调节方 式。主要包括酶原激活、酶的共价修饰、反馈调节、 能荷调节及辅因子调节等。
物质代谢相互联系与调节控制
➢ 大肠杆菌乳糖操纵子是第一个被发现的 操纵子（Monod和Jacob，1961）
➢ 大肠杆菌通常利用葡萄糖作为碳源，通 常情况下环境中乳糖极少，降解乳糖的 酶不被合成，其实质是乳糖降解酶基因 不表达。
物质代谢相互联系与调节控制
乳糖操纵子模型
物质代谢相互联系与调节控制
大肠杆菌乳糖酶诱导合成---调节基因产物对转录的调控
【生物化学】物质代谢的联系与调节
丙酮酸
3）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：
脂肪动员
酮体
糖
草酰 乙酸
TAC受阻 高酮血症
2.糖与氨基酸代谢的相互联系 1）大部分氨基酸（除leu , lys 外）脱氨基后 ，生成α-酮酸，可转变为糖
例如： 丙氨酸 脱氨基 丙酮酸 糖异生 糖
2）糖代谢的中间产物可氨基化 生成某些非必需氨基酸
是一切生物都具有的调节方 式，在高等生物是其他水平调 节的基础。
1.细胞内酶的隔离分布
各种代谢途径的酶都集中并分布于具有一定 结构的亚细胞或存在于胞浆的可溶部分。意义 ：避免各种代谢途径的酶互相干扰，而且有利 于它们协调地发挥作用。
酶在细胞内隔离和集中分布是代谢调节的 一种重要方式。
2.多酶体系、多功能酶 多酶体系:由几种不同功能的酶彼此聚合形
例如：肝在糖代谢中的作用
合成、储存糖原 分解糖原生成葡萄糖，释放入血 是糖异生的主要器官
——肝在维持血糖稳定中起重要作用。
（二）心可利用多种能源物质，以有氧氧化为主
酮体 乳酸
游离脂酸
葡萄糖 正常优先以脂酸为燃料产生ATP。能量可依次 以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供。
（三）脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大
关键酶催化的反应具有以下特点：
① 速度最慢，它的速度决定整个代谢途径 的总速度，故又称其为限速酶 limiting velocity enzymes
② 催化单向反应或非平衡反应，它的活性 决定整个代谢途径的方向。
乳酸， CO2, H2O
织
心 脂蛋白脂酶，呼 泵出血液 有氧氧化 脂酸，葡萄 CO2，H2O
吸链丰富
糖，酮体，
氧
生物化学-第十四章物质代谢调节
第五节细胞水平的诱导与阻遏调节机制
一、构成酶与适应酶
根据酶的合成对环境影响的反应不同:
1.构成酶/组成酶 2.适应酶
诱导酶 阻遏酶
二、酶合成的诱导机制---乳糖操纵子
(一）阻遏蛋白的负调控
1. 关闭(无乳糖)
调节基因
操纵
启动子 基因 lacZ lacY lacA
mRNA
蛋白质
Z: -半乳糖苷酶
通过改变生物体细胞代谢物的浓度,也可以改变某些 酶的活性或含量从而影响代谢反应的速度。
具组织特异性和效应特异性
特点：
缓慢而持久 局部性调 节部分代谢
由神经系统控制分泌
三. 细胞水平的调节
通过代谢物的浓度的改变,来调 节某些酶促反应的速度。 又称酶水平的调节
特点：
酶的活性 酶的数量
细胞水平的调节类型：
1.GTF（Genaral Transcription Factor） 通用转录因子
2.TBP(TATAbox binding protein) 是唯一能识别TATA盒并与其结合的转录因子，是三种RNA聚合酶
转录时都需要的；
不同基因由不同的上游启动子元件组成，能与不同的转录因子结合， 这些转录因子通过与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。现在已 经发现有许多不同的转录因子，看到的现象是：同一DNA序列可被不同 的蛋白因子所识别；能直接结合DNA序列的蛋白因子是少数，但不同的 蛋白因子间可以相互作用，因而多数转录因子是通过蛋白质－蛋白质间 作用与DNA序列联系并影响转录效率的
蛋白激酶 （有活性）
磷酸化酶激酶 （无活性） ATP
磷酸化酶激酶 ADP （有活性）
磷酸化酶b （无活性) ATP
磷酸化酶a ADP（有活性）
物质代谢的相互联系和调节控制医学知识
物质代谢与基因表达的联系
物质代谢与基因表达相互影响
基因表达是生物体在特定时间和空间内表达基因的过程，而物质代谢则是对这些表达进行 调节的过程。
基因表达对物质代谢的影响
基因表达可以调节物质代谢的过程。例如，当机体需要大量能量时，某些与能量代谢相关 的基因会被诱导表达，从而增加机体能量的供应。
物质代谢对基因表达的影响
物质代谢的相互联系和调 节控制医学知识
xx年xx月xx日
目录
• 物质代谢的概述 • 物质代谢的相互联系 • 物质代谢的调节控制 • 物质代谢在医学中的应用
01
物质代谢的概述
物质代谢的定义
物质代谢
是生物体内伴随物质合成、分解、运输、分泌等过程所进行 的化学变化和能量转化的过程。
物质代谢的特点
具有复杂性和多样性，涉及多个器官、系统和细胞，同时受 到神经、内分泌等多种调节因素的影响。
物质代谢的相互联系
物质代谢与能量代谢的联系
物质代谢和能量代谢密切相关
物质代谢是生物体内化学物质的合成和分解过程，能量代谢是生物体内能量的获取和利用 过程。物质代谢往往伴随着能量代谢的进行，能量代谢也影响着物质代谢的过程。
物质代谢对能量代谢的影响
物质代谢过程中产生的能量和物质，可以影响能量代谢的过程。例如，葡萄糖的氧化分解 过程可以提供能量，同时也可以产生二氧化碳和水。
THANKS
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药物副作用
药物治疗过程中，药物可能会影响机体其他部位的物质代谢，从而产生副作用， 如肝肾功能损害、胃肠道反应等。
物质代谢与营养保健
营养摄入与健康
合理的营养摄入是维持机体正常代谢的关键，不同的营养素 对物质代谢的影响不同。
营养保健品的作用
生物化学第十四章代谢调控
酶
mRNA
的
诱
诱导物
导
和
C.无活性阻遏蛋白
酶蛋白
诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起 到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达
阻
遏
操
阻遏蛋白(无活性)
mRNA 酶蛋白
纵
阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表达
子
D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂
模
型
代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋
白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达
❖ 酶水平的调节 是代谢调控的基础
酶水平的调节
酶活性的调节* 酶含量的调节
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1. 酶活性的调节**
最重要 最灵敏 最有效
❖ 此调节是主要是以酶分子的结构为基础的调节有多种调 节因素 直接调节：底物浓度，辅助因子，温度，离子强度等 间接调节：代谢产物或小分子核苷酸类等。
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1)别构调节作用
通过别构酶的别构 效应实现。
别构效应物主要有 底物产物或代谢途 径的最终产物以及 小分子核苷酸类物 质。
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1)别构调节作用
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2)共价修饰调节作用
❖ 共价调节酶分子上的基团可以在另一种酶催化下 发生共价修饰（例如磷酸化或去磷酸化作用）， 从而引起酶活性的激活或抑制。
❖ （1）酶有活性和非活性两种形式
动（如生长、发育、分化、繁殖、代谢和运动等）能够有条不紊 地进行 。
有调节才能适应，才能有序。
❖ 体内存在调节机制（系统），对代谢及时调节。调控机制是在长
期进化中逐步形成的。进化程度愈高，机制愈完善、愈复杂。
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生物化学第十四章 代谢调控
小分子核苷酸类物
质。
1)别构调节作用
2)共价修饰调节作用
共价调节酶分子上的基团可以在另一种酶催化下 发生共价修饰（例如磷酸化或去磷酸化作用）， 从而引起酶活性的激活或抑制。 （1）酶有活性和非活性两种形式 （2）此调节可产生酶的连续激活现象，具有信号 放大效应。如肾上腺素引起糖原分解中的一系列 磷酸化激活的结果将激素的信号被逐级放大了约 300万倍。 通过蛋白激酶和磷酸酯酶催化酶的磷酸化和脱磷 酸化从而调节代谢反应，这是细胞代谢调节的一 种重要机制。
体 叶
催乳素
促黄体生成激(促间 蛋白质（含糖） 质细胞激素) 促卵泡激素 脂肪酸释放激素
蛋白质（含糖）
蛋白质（ß：93个氨基酸）（ r ：水解酯类 60个氨基酸）
人体调节代谢的重要激素
内分泌腺 后 垂 体 叶 中 叶 激素 化学本质 9个氨基酸 9个氨基酸 a—MSH13个氨基酸 ß—MSH18个氨基酸 生理效应 促使妊娠子宫收缩 升高血压并抗利尿 刺激黑色素的扩散和生物 合成
代谢产物
A、乳糖操纵子的结构
调节 基因 R
启 动 操纵 子 基因
P O LacZ
乳糖结构基因
LacY Laca
mRNA
基
因
关
闭
大 肠 阻遏蛋白 （有活性） 杆 菌 B、乳糖酶的诱导 乳 调节 基因 糖 R 操 纵 mRNA 子 乳糖 模 型
阻遏蛋白 （有活性）
启 动 操纵 子 基因 P O
乳糖结构基因 LacZ LacY Laca
（4）核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、 NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。
蛋白质
氨基酸
核酸
核苷酸
物质代谢的相互关系和调节控制
第十四章物质代谢的相互关系和调节控制在动态生物化学的学习中，我们分别研究了糖、脂肪、核酸和蛋白质的代谢，但是这样分类是人为的，只是为了便于问题的叙述。
生物体内的代谢过程不是孤立的，各代谢途径之间相互联系、相互制约，构成一个协调统一的整体。
如果这些代谢之间的协调关系受到破坏，便会发生代谢紊乱，甚至引起疾病。
机体在正常的情况下，既不会引起某些代谢产物的不足或过剩，也不会造成某些原料的缺乏或积聚，这主要是由于机体内有一套精确而有效的代谢调节机构来适应外界的变化。
本章介绍生物体内物质代谢之间的相互联系和调节控制。
第一节物质代谢的相互联系在生物体内，各类物质代谢相互联系、相互制约，在一定条件下，各类物质又可相互转化。
现将四类主要物质：糖、脂、蛋白质和核酸代谢之间的联系分别加以讨论。
一、糖代谢和脂肪代谢的联系糖可以转变为脂肪，这一代谢转化过程在植物、动物和微生物中普遍存在。
油料作物种子中脂肪的积累；用含糖多的饲料喂养家禽家畜，可以获得育肥的效果；某些酵母，在含糖的培养基中培养，其合成的脂肪可达干重的40%。
这都是糖转变成脂肪的典型例子。
二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系蛋白质由氨基酸组成。
某些氨基酸相对应的α—酮酸可来自糖代谢的中间产物。
如由糖分解代谢产生的丙酮酸、草酰乙酸、α—酮戊二酸经转氨作用可分别转变为丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。
谷氨酸可进一步转变成脯氨酸、羟脯氨酸、组氨酸和精氨酸等其它氨基酸。
三、蛋白质代谢和脂肪代谢的相互联系组成蛋白质的所有氨基酸均可在动物体内转变成脂肪。
生酮氨基酸在代谢中先生成乙酰CoA，然后再生成脂肪酸；生糖氨基酸可直接或间接生成丙酮酸，丙酮酸不但可变成甘油，也可以氧化脱羧生成乙酰CoA后生成脂肪酸，进一步合成脂肪。
脂肪水解成甘油和脂肪酸以后，变成丙酮酸和其它一些α—酮酸，所以它和糖一样，可以转变成各种非必需氨基酸。
脂肪酸经β—氧化作用生成乙酰CoA，乙酰CoA经三羧酸循环与草酰乙酸生成α—酮戊二酸，α—酮戊二酸转变成谷氨酸后再转变成其它氨基酸。
第十四章物质代谢的相互联系和调节控制.
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。
核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，
cAMP，cGMP）。
蛋白质
核酸
核苷酸
淀粉、糖原
1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
P O LacZ
乳糖结构基因
LacY 基 因 关 Laca 闭
阻遏蛋白 （有活性）
B、乳糖酶的诱导
调节 基因
R mRNA
启 动 操纵 子 基因 P O
乳糖结构基因 LacZ LacY Laca
mRNAZ 乳糖 阻遏蛋白 （无活性）
mRNAY
mRNAa
基 因 表 达
阻遏蛋白 （有活性）
乳糖操纵子的降解物阻遏
E. coli 色氨酸操纵子模型
p o L a E D C B A
trpR
trpP
trpO trpE trpD trpC trpB trpA
Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰 减调节。
(三)真核生物基因表达调控
真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节
DNA
DNA水平调节
转录水平调节
CAP 基因 CAP结 合部位
结构基因
P O
R
T
LacZ
LacY
Laca
T
mRNA
RNA 聚合酶
mRNAZ
mRNAY
mRNAa
基 因 表 达
CGP(CAP)
cAMP -CAP 降低cAMP浓度 使CAP呈失活状态
物质代谢的相互联系和调节控制
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3
3 、能量的代谢
3.1 ATP是通用的能量载体 3.2 NADPH以还原力的形式携带能量 3.3 ATP、还原力和构造单元用于生物合 成
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4
第二节 代谢调节
酶活性的调节 细胞水平的调节 整体水平的调节
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5
一 、酶水平的调节
（一）、酶活性的调节 前馈和反馈 ATP、ADP和AMP的调节 酶的连续激活和共价修饰
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14
#基因转录激活调节基本要素：
1．顺式作用元件： 顺式作用元件（cis-acting element）又 称分子内作用元件，指存在于DNA分子 上的一些与基因转录调控有关的特殊顺 序。
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15
在原核生物中，大多数基因表达通过操 纵子模型进行调控，其顺式作用元件主 要由启动基因、操纵基因和调节基因组 成。
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11
#诱导和阻遏表达：
诱导表达（induction）是指在特定环境 因素刺激下，基因被激活，从而使基因 的表达产物增加。这类基因称为可诱导 基因。
阻遏表达（repression）是指在特定环 境因素刺激下，基因被抑制，从而使基 因的表达产物减少。这类基因称为可阻 遏基因。
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12
#基因表达的生物学意义
典型的操纵子可分为控制区和信息区两 部分。控制区由各种调控基因所组成， 而信息区则由若干结构基因串联在一起 构成。
控制区
调节基因（Regulatory gene）——为阻抑蛋白编码基因 启动基因（Promoter）——为cAMP受体蛋白（CRP）和RNA聚合酶结合区。 操纵基因（0perater）——为阻抑蛋白结合位点。
第十一章 代谢调控
生物化学：第十四章 代谢途径的相互联系和代谢调控
（1）限速步骤和标兵酶
（2）前馈和反馈激活
（3）反馈抑制
（4）前馈和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
别
构
活性
中
中心
心
反馈抑制
由代谢终产物作为变构剂来抑制在此产 物合成过程中某一酶（通常为限速酶）活 性的作用，称为反馈抑制。这是一种负反 馈机制，多数情况下控制合成代谢。
天冬氨酸 甘氨酸
谷氨酰胺
一碳单位
合成嘌呤
合成嘧啶
（2） 磷酸核糖和NADPH由磷酸戊糖途径提供
（3)多种酶和蛋白质参与了核酸的生物合成。
（4)糖、脂类等燃料物质为核酸提供能量。
（5）许多核苷酸参与调节代谢。如ATP、UTP、 CTP、GTP
（6）核苷酸组成许多重要的辅酶
（7）环核苷酸cAMP和cGMP作为胞内信号分子 参与细胞信号的转导。
糖
脂肪
酵解 磷酸二羟丙酮
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
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）
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
蛋白质
维生素
消化吸收 中间代谢 废物排泄
• 各种物质代谢之间互有联系，相互依存。
2、代谢调节
内外环境 不断变化
影响机体代谢
适应环境 的变化
机体有精细的调节 机制，调节代谢的 强度、方向和速度
代谢的相互关系及调控
第十一章代谢的相互关系及调节控制I 主要内容本章重点讲了两个方面问题，一是生物体内不同物质代谢的相互联系，二是生物体内物质代谢的调控。
一、物质代谢的相互联系糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢和核酸代谢是广泛存在于各种生物体内的四大物质代谢途径，不同途径之间的相互关系集中体现为各有所重，相互转化，又相互制约的关系。
二、代谢调节的一般原理代谢的调节控制方式有分子水平调节、细胞水平调节、激素水平调节和神经水平调节四种，其中神经水平调节是高等动物所特有的，细胞水平是所有生物体共有的，各种类型的调节都是由细胞水平来实现的。
细胞水平调控是一切调控的最重要基础，细胞水平调节主要分为酶的区域化分布调节、底物的可利用性、辅因子的可利用性调节、酶活性的调节、酶量调节五种形式。
（一）酶的区域化分布调节（二）底物的可利用性（三）辅助因子的可利用性（四）酶活性调节酶活性调节是通过对现有酶催化能力的调节，最基本的方式是酶的反馈调节，亦即通过代谢物浓度对自身代谢速度的调节作用，反馈调节作用根据其效应的不同分为正反馈调节和负反馈调节。
反馈是结果对行为本身的调节或输出对输入的调节，在物质代谢调节中引用反馈是指产物的积累对本身代谢速度的调节。
反馈抵制调节包括顺序反馈调节、积累反馈调节、协同反馈调节和同功酶调节四种。
(五) 酶量的调节细胞内的酶可以根据其是否随外界环境条件的改变而改变分为组成酶和诱导酶。
组成酶是催化细胞内各种代谢反应的酶，如糖酵解、三羧酸循环等。
诱导酶则是其含量可以随外界条件发生变化的一些酶类。
它的产生或消失可以使细胞获得或失去代谢某一种物质的能力。
1.原核生物基因表达调控操纵子学说是F. Jacob 和 J. Monod 于1961年首先提出来用于解释原核生物基因表达调控的一个理论。
该理论认为一个转录调控单位包括：结构基因、调节基因、启动子和操纵基因四个部分，其中操纵基因加上它所控制的一个或几个结构基因构成的转录调控功能单位称为操纵子。
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糖、脂类、蛋白质及核酸代谢的相互关系
氨基酸 核 酸 糖 乙酰CoA 脂
碱 基
α
酮 酸
植 物 中
蛋白质
二 代谢的调节
生物界代谢的调节，可分为4个水平：酶水平调节、 细胞水平调节、激素水平调节、神经水平调节。
酶和细胞水平的调节是最基本的调节方式，为动 植物和单细胞生物所工共有。激素和神经的调节 是随着生物发展而完善起来的。但高级水平的神 经和激素的调节仍然是以酶水平和细胞水平的原 始调节为基础的。
（二）糖代谢与蛋白质代谢的关系
1.糖可以转变为非必需氨基酸，但是糖不能在体内合成必需的 氨基酸 Pyruvate—Ala OAA---Asp a-ketoglutartate---Glu
2.蛋白质水解变为氨基酸，氨基酸可以通过多种途径转变为糖。 (设计实验证明氨基酸可以在体内转变为糖） 历程：protein---amino acids---a-ketotate(Pyruvate OAA aketoglutartate) --- hepatin Arg His Pro ----- a-ketoglutartate---hepatin Phe Tyr----- OAA----hepatin Ser Gly Thr Trp Cys Val---- Pyruvate----hepatin
（一）酶水平调节
1. 酶活性的调节
（1）别构调节作用
一般为寡聚酶，由催化亚基和调节亚基组成，别构效应
物与调节亚基结合，引起酶分子的构象发生变化，从而
改变酶的活性。 反馈调节（包括正反馈和负反馈）是别构调节的一种，
它主要是通过代谢途径中与酶有直接关系的化合物进
行的。
（2）共价修饰调节作用
不同类型的可逆共价修饰作用：①磷酸化/脱磷酸化；
①酶合的诱导作用 ②降解物的阻遏作用 ③酶合成的阻遏作用
（2）真核生物基因表达的调控
为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上 的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻 译后水平调控。
（二）酶在细胞内的集中存在与隔离分布 （细胞水平调节）
代谢酶类区域化具有的生理意义即是实现代 谢调控的一个原始方式。
第十四章 物质代谢的相互联系和 调节控制
一 物质代谢的相互联系
（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系 （二）糖代谢与蛋白质代谢的关系 （三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系 （四）核酸与其他物质代谢的相互关系
二 代谢的调节
（一）酶水平调节 （二）酶在细胞内的集中存在与隔离分布（细胞水平调节） （三）激素对代谢的调节 （四）神经系统对代谢的调节
糖与其他物质代谢的相互联系
一 物质代谢的相互联系(2)
（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Glu。 蛋白质可在动物体内转变为脂肪，不过这种转变 是间接的。
（四）核酸与其他物质代谢的相互关系
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，又是戊糖的来源。 核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质 的合成影响细胞的组成成分和代谢类型。
②乙酰化/脱乙酰化；
③腺苷酸化/脱腺苷酸化；
④尿苷酸化/脱尿苷酸化；
⑤ADP-核糖基化； ⑥
甲基化/脱甲基化；
⑦S-S/SH相互转变。
共价修饰调节对调节信号有放大作用。如磷酸化酶
激活的级联反应。
2. 基因表达的调节
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
1960~1961年，J. Monod 和 F. Jacob 提出乳糖操纵 子模型（lac operon model）。
（三）激素对代谢的调节
动物激素4类：氨基酸及其衍生物、肽及蛋白 质、固醇类、脂肪酸衍生物。 植物激素5类：生长素、赤霉素类、激动素类、 脱落酸、乙烯。 蛋白质肽类激素与类固醇激素的作用机制。
（四）神经系统对代谢的调节
i
po
调节基因 控制位点
乳糖操纵子
z
ya
结构基因
i
po z
ya
CAP与cAMP形成复合物，结合
诱导物
诱导物-阻遏 蛋白复合物
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。
E. coli 色氨酸操纵子模型
p o La
E
D
C
BA
trpR
trpP trpO trpE trpD trpC trpB trpA
Trp操纵子的阻遏机制
Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子所 引起的衰减调节。
本节内容结束
在植物体或微生物体内由于存在着乙醛酸循环脂肪可以大 量转化为糖尤其是油料作物种子在萌发时。
Fatty acid---acetyl-CoA---succinyl- -CoA--- hepatin
结论：在动物体内脂肪不能大量转化为糖,在植物体或 微生物体内脂肪可以大量转化为糖尤其是油料作物种子 在萌发时。
一 物质代谢的相互联系(1)
（一）糖代谢与脂肪代谢的相互关系
1.糖可以在生物体内变成脂肪。 历程：glucose---pyruvate---acetyl-CoA---Fatty acid ---lipid 2.脂肪能变成糖吗？ 回顾脂肪的代谢过程： lipid--- Fatty acid +glycerol glycerol ---a-phosphate glycerol ---DHAP--- acetyl-CoA—OAA---hepatin Fatty acid---acetyl-CoA—OAA----hepatin