各种物质代谢关键酶及其调节
代谢途径的调控方式关键酶及其在生物体中的功能
代谢途径的调控方式关键酶及其在生物体中的功能1. 引言代谢途径是生物体中化学反应的一系列过程，用于产生能量、合成物质和维持生命活动。
这些代谢途径必须受到调控以适应不同的生理需求和环境条件。
在代谢途径的调控中，关键酶扮演着重要的角色。
本文将探讨代谢途径的调控方式、关键酶的功能以及它们在生物体中的重要作用。
2. 代谢途径的调控方式代谢途径的调控方式有多种，包括酶活性调控、底物浓度调控、基因表达调控等。
其中，酶活性调控是最常见的方式之一。
酶活性的调控可以通过多种机制实现，如磷酸化、蛋白质结构变化以及辅因子的结合等。
这些调控机制能够快速地响应生理信号，从而使代谢途径能够适应不同的需求。
3. 关键酶的功能关键酶是代谢途径中不可或缺的组成部分，其功能十分重要。
关键酶能够调控代谢途径的速率和方向，保持代谢途径的平衡。
在光合作用中，光合酶是一个关键酶，它催化光合反应，将光能转化为化学能。
在糖酵解途径中，糖酵解酶是关键酶，它催化葡萄糖分解产生能量。
在脂肪酸合成途径中，乙酰辅酶A羧化酶是关键酶，它催化脂肪酸的合成。
这些关键酶的活性和功能直接影响代谢途径的正常进行。
4. 关键酶在生物体中的重要作用关键酶在生物体中发挥着重要的作用。
首先，关键酶能够调节代谢途径的速率，使其符合生理需求。
例如，当生物体需要更多能量时，糖酵解酶的活性会被增强，从而加速葡萄糖的分解。
其次，关键酶能够调控代谢物的浓度，保持代谢途径的平衡。
例如，酮酸酶能够调节酮体的合成，以维持血糖平衡。
此外，关键酶还参与信号传导和调节基因表达等生物过程，对细胞的正常功能发挥具有重要影响。
5. 结论代谢途径的调控方式和关键酶的功能在生物体中具有重要的意义。
了解代谢途径的调控方式和关键酶的功能能够揭示生物体内化学反应的复杂调控网络，有助于进一步理解生物体的生命活动。
未来的研究将更加深入地探索代谢途径的调控机制以及关键酶的作用，为健康和医学领域的发展提供重要的科学依据。
各种物质代谢关键酶及其调节
各种物质代谢关键酶及其调节代谢途径关键酶抑制剂激活剂糖酵解己糖激酶G6P、长链脂酰CoA 胰岛素磷酸果糖激酶-1ATP、柠檬酸ADP、AMPF-1，6-2P、F-2，6-2P 丙酮酸激酶ATP、丙氨酸、胰高血糖素F-1，6-2P糖的有氧氧化(除糖酵解) 丙酮酸脱氢酶复合体ATP、乙酰CoANADH、脂肪酸AMP、CoANAD+、Ca2+异柠檬酸脱氢酶ATP ADP、Ca2+α-酮戊二酸脱氢酶ATP、NADPH、琥珀酰CoA Ca2+磷酸戊糖途径葡糖-6-磷酸脱氢酶NADPH/NADP+比例↑NADPH/NADP+比例↓糖原合成糖原合酶糖原合酶b(无活性、磷酸化) 糖原合酶a(有活性、去磷酸化) 糖原分解糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b(去磷酸化) 糖原磷酸化酶a(磷酸化)糖异生葡糖-6-磷酸酶果糖二磷酸酶-1 果糖-2,6-二磷酸ATP/AMP 丙酮酸羧化酶乙酰CoA 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶胆固醇的合成羟甲基戊二单酰CoA还原酶(HMG CoA还原酶)甲羟戊酸、胆固醇、7β-羟胆固醇、25β-羟胆固醇、胰高血糖素、皮质醇胰岛素、甲状腺素甘油三酯的合成脂酰CoA转移酶脂肪酸的合成乙酰CoA羧化酶脂酰CoA胰高血糖素、肾上腺素、生长素柠檬酸、异柠檬酸、乙酰CoA胰岛素脂肪动员激素敏感性甘油三酯脂肪酶(HSL) 胰岛素、前列腺素E2 Adr、NA、胰高血糖素、ACTH、TRH代谢途径关键酶抑制剂激活剂脂肪酸分解(β-氧化) 肉碱脂酰转移酶I尿素的合成氨基甲酰磷酸合成酶I N-乙酰谷氨酸精氨酸代琥珀酸合成酶嘌呤核苷酸的从头合成磷酸核糖焦磷酸(PRPP)合成酶PRPP酰胺转移酶嘧啶核苷酸的从头合成氨基甲酰磷酸合成酶II(人类)天冬氨酸氨基甲酰转移酶(细菌)胆汁酸的合成胆固醇7α-羟化酶DNA的合成DNA-pol(DNA聚合酶)RNA的合成RNA-pol(RNA聚合酶)蛋白质的合成氨基酰tRNA合成酶冈崎片段的处理是复制过程中的切除修复，所需的酶——RNA酶、DNA-pol I、DNA连接酶由糖基化酶起始作用的损伤切除修复所需的酶——内切酶、外切酶、连接酶、聚合酶紫外线所致损伤修复所需的酶——蛋白质UvrA、B、C，解螺旋酶、DNA-pol I、连接酶。
运动生物化学 物质代谢的关系与调节
乙酰乙酰CoA
酮体
脂 苏氨酸
亮氨酸
肪 色氨酸 代 谢
色氨酸 草酰乙酸
亮氨酸 赖氨酸
柠檬酸
酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸
的 联
天冬氨酸 天冬酰胺
TAC
CO2
系
延胡索酸
α-酮戊二酸
谷氨酸
苯丙氨酸 酪氨酸
琥珀酰CoA CO2
异亮氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸
精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 缬氨酸
二、糖、脂肪和蛋白质供能的关系
磷酸化酶激酶 （无活性）
ATP
ADP
磷酸化酶激酶 （有活性）
磷酸化酶b （无活性）
ATP
磷酸化酶a （有活性）
ADP
由激素启动磷酸化的级联机制
激素 受体
腺苷酸环 化酶活化
ATP R2C2
cAMP
（别构激活 ）
C2 + R2
磷酸化酶激酶 （无活性）
ATP
磷酸化酶激酶 （有活性）
ADP
磷酸化酶b （无活性）
通过抑制GS和增加PFK的活性分别抑制糖 原的合成和促进糖原酵解;
通过磷酸化ACCβ促进脂肪酸氧化;
通过mTOR和eEF2等信号通路抑制蛋白的 合成。
细胞应激状态（肌肉收缩、缺氧、缺血）， AMPK↑→ATP消耗↓合成↑
磷酸化酶
PPi UDPG焦磷酸化酶
Pi 糖原n
UTP
G-1-P
磷酸葡萄糖变位酶
葡萄糖-6-磷酸酶（肝）
G-6-P
G
己糖(葡萄糖)激酶
激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体
腺苷环化酶
腺苷环化酶（有活性）
（无活性） ATP
cAMP
代谢酶的调控与催化机制
代谢酶的调控与催化机制代谢酶是生物体内调节代谢过程的关键分子，它们在催化特定化学反应中起着至关重要的作用。
这些酶不仅可以调控代谢通路，还能转化底物为产物，进而维持生物体内的平衡和稳定。
本文将介绍代谢酶的调控机制和催化机制，以揭示它们在生物体内的重要性。
一、代谢酶的调控机制1. 底物浓度调控代谢酶的活性可以受到反应底物的浓度变化所调控。
当底物浓度较高时，可以促进酶的活性；而当底物浓度较低时，酶的活性会受到抑制。
这种调控机制使得代谢酶能够根据底物的需求来灵活地调整代谢途径，以满足生物体内化学反应的需要。
2. 反馈调控许多代谢酶还被底物或产物通过反馈机制来调控。
当代谢酶产生一定量的底物或产物时，这些物质可以与酶结合并改变其构象，从而影响酶的活性。
这种反馈调控机制可以使代谢酶在代谢过程中保持稳定，并避免底物或产物的过量积累。
3. 磷酸化调控许多代谢酶通过磷酸化来调控其活性。
磷酸化是一个常见的酶活性调控机制，通过添加磷酸基团改变酶分子的结构，从而影响其催化活性。
磷酸化可以由激酶来催化，而磷酸酶则可以去除磷酸基团，恢复酶的活性。
这种磷酸化调控机制在细胞信号传导和代谢调节中扮演着重要角色。
二、代谢酶的催化机制1. 底物结合代谢酶催化前，底物必须与酶发生特异的结合。
这种底物结合可以通过多种方式实现，如亲和力、疏水性等。
底物与酶的结合将形成酶底物复合物，这是催化反应发生的起点。
2. 过渡态形成在底物结合后，酶将通过改变底物的构象，使其接近或达到过渡态。
过渡态是在反应进程中临时形成的高能中间体，通过酶的作用，能够降低反应能垒，加速反应速率。
3. 催化反应过渡态形成之后，酶通过催化作用来促使底物发生化学反应。
催化反应可以通过酶的活性位点上的氨基酸残基来实现，这些残基可以提供电荷或催化基团，从而参与到化学反应中。
4. 产物释放在催化反应完成后，产物会从酶中解离出来。
产物的释放是催化循环的最后一步，酶再次准备接受新的底物进行进一步的催化反应。
生物化学-第十一章-物质代谢调节控制
一、酶活性的调节
A
B
E1
C E2
D E3
催化反应速度最慢的酶：关键酶或限速酶
酶结构调节 酶数量调节 （快速调节） （迟缓调节）
1、变构调节
活性中心
代谢物
非共价键
E
别位
变构酶 E 酶结构发生改变
变构效应剂
变构激活剂 变构抑制剂
酶活性↑ 酶活性↓
变构调节的生理意义
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多 。
呼吸链 蛋白质合成 尿素合成 三羧酸循环 氧化磷酸化 血红素合成 蛋白质降解 核酸合成
分布区域 线粒体 核糖体 胞浆、线粒体 线粒体 线粒体 胞浆、线粒体 溶酶体、蛋白酶体 细胞核
• 多酶体系的隔离分布：使物质代谢互不干扰
酶活性的调节方式： 1、快速调节，也叫酶活性调节。
2、迟缓调节，也叫酶含量调节。
• 受体分类
按受体在细胞的部位不同，分为：
Ι 膜受体 Ⅱ 细胞内受体
细胞膜受体和细胞内受体
细胞膜受体的类型 1. 离子通道偶联受体 2. G蛋白偶联受体 3. 酶偶联受体
离子通道偶联受体
G蛋白偶联受体
G蛋白
全称：鸟苷酸结合蛋白 特点： ① 由a、b、g亚基组成的异聚体； ②具有GTP酶(GTPase)的活性，能结合GTP或GDP； ③ 其本身的构象改变可活化效应蛋白。
乙酰CoA
乙酰CoA羧化酶
丙二酰CoA
长链脂酰CoA
②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。
+ 糖原合酶
G-6-P –
糖原磷酸化酶
促进糖的储存
抑制糖的氧化
2、共价修饰
新陈代谢所需要的各种酶
新陈代谢所需要的各种酶酶是一种有机物，在生物体内采取特定功能的反应中发挥作用，可以协助许多化学反应的进行。
维持人体良好的生理功能，需要不断的新陈代谢，而这些新陈代谢的反应则需要各种各样的酶来参与推动。
1、脱氢酶脱氢酶是一种能够脱去结构中氢原子的特殊酶，同时它能帮助各种氧代糖类物质经过氧化降解、酯化等重要化学反应。
脱氢酶可以独立进行反应，也可以与其他的共同反应，这种能力在维持新陈代谢时同样重要。
2、脱落酶脱落酶具有催化玻尿酸脱落作用的特殊能力，在新陈代谢中发挥着重要的作用，主要是促进物质的合成过程。
通过这种合成，它可以促进细胞的新陈代谢，提高细胞的生长力，促进人体的各种生理功能。
3、肽酶肽酶是由多个肽段组成的一种蛋白质，它能够催化合成肽链的多个步骤，最后形成一系列新的物质。
这些上述物质能够参与许多新陈代谢的反应，可以协助生物体的重要机能的正常运行。
4、脂质酶水解酶脂质酶水解酶是一种可以将脂肪、甘油等复合物理分为脂肪酸、单糖和多糖等单体分子的酶。
该酶在新陈代谢中必不可少，可以分解胆固醇、脂肪酸、甘油和脂肪等，减少病理上不新陈代谢的积累。
5、胆硷酶胆硷酶是一种催化胆汁酸氧化反应的特殊酶。
胆硷酶可以促进吸收脂肪溶解物质，可以帮助它们更有效地吸收，以协助新陈代谢的顺利进行。
6、蛋白酶蛋白酶是指能从蛋白质、蛋白复合物或者有机高分子中剥离氨基酸的一类酶。
它可以有效地促进蛋白质的分解，使能活的氨基酸介质能够被人体有效地吸收。
这样一来，就可以支持新陈代谢，维持机体的稳定状态。
7、核酸酶核酸酶是一类分子特性丰富而又有特殊功能的脱氧核糖核酸酶，它可以参与许多新陈代谢反应，最重要的是促进DNA和RNA的建构与变形。
这些生物分子参与人体功能的调节，是新陈代谢正常进行的关键力量。
总之新陈代谢是一个复杂的过程，要想维持身体健康，则需要各种各样的新陈代谢酶才能发挥作用。
脱氢酶、脱落酶、肽酶、脂质酶水解酶、胆碱酶、蛋白酶和核酸酶是新陈代谢所不可缺少的，它们参与的生物反应协助人体正常运行，维持身体健康。
西综考研复习之物质代谢及其调节
西综考研复习之物质代谢及其调节物质代谢及其调节糖酵解的三个关键酶：1.己糖激酶：促进：胰岛素;抑制：6-磷酸葡萄糖(反馈)、长链脂酰CoA(变构)2.6-磷酸果糖激酶-1(最重要)：变构激活剂：AMP、ADP、1,6-二磷酸果糖和2,6-二磷酸果糖(其中，2,6-二磷酸果糖是最强的变构激活剂)变构抑制剂：ATP、柠檬酸3.丙酮酸激酶：变构激活剂：1,6-二磷酸果糖抑制：A TP、丙氨酸(肝内)、胰高血糖素糖酵解过程中的两次底物水平磷酸化：第一次：1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸(磷酸甘油酸激酶，可逆)第二次：磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸(丙酮酸激酶，不可逆)糖酵解过程中生成NADH+H+的反应：3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸(3-磷酸甘油醛脱氢酶)NADH+H+的去向：用于还原丙酮酸生成乳酸(缺氧时);进入呼吸传递链氧化(有氧时)。
产能：获得ATP的数量取决于NADH进入线粒体的穿梭机制(2中可能)：经苹果酸穿梭，一分子NADH+H+产生2.5ATP;经磷酸甘油酸穿梭，一分子NADH+H+产生1.5ATP糖酵解、糖异生、磷酸戊糖途径、糖原合成与分解代谢的交汇点：6-磷酸葡萄糖磷酸甘油酸激酶：在糖酵解和糖异生过程中均起作用(可逆反应)糖酵解的生理意义：1.迅速提供能量;2.机体缺氧或剧烈运动肌局部血流不足时，能量主要通过糖酵解获得;3.红细胞完全依赖糖酵解供应能量。
三羧酸循环的主要部位：线粒体丙酮酸脱氢酶复合体的辅酶有：硫胺素焦磷酸酯(TPP)、硫辛酸、FAD、NAD+、CoAATP/AMP比值增加可抑制丙酮酸脱氢酶复合体;Ca2+可激活丙酮酸脱氢酶复合体。
丙酮酸→乙酰CoA的反应不可逆，因此乙酰CoA不能异生为糖，只能经三羧酸循环彻底氧化，或是合成脂肪酸;糖代谢产生的乙酰CoA通常不会转化为酮体。
三羧酸循化“一二三四”归纳：1.一次底物水平磷酸化：琥珀酰CoA→琥珀酸(由琥珀酰CoA合成酶催化，生成的高能化合物为：GTP)2.二次脱羧：(1)异柠檬酸→α-酮戊二酸(异柠檬酸脱氢酶)(2)α-酮戊二酸→琥珀酰CoA(α-酮戊二酸脱氢酶复合体)3.三个关键酶：(1)柠檬酸合酶：变构激活剂：ADP;抑制：ATP、柠檬酸、NADH、琥珀酰CoA(2)异柠檬酸脱氢酶：激活：ADP、Ca2+;抑制：ATP(3)α-酮戊二酸脱氢酶复合体：激活：Ca2+;抑制：琥珀酰CoA、NADH4.四次脱氢：(1)异柠檬酸→α-酮戊二酸(异柠檬酸脱氢酶，生成NADH+H+)(2)α-酮戊二酸→琥珀酰CoA(α-酮戊二酸脱氢酶复合体，生成NADH+H+)(3)琥珀酸→延胡索酸(琥珀酸脱氢酶，生成FADH2)(4)苹果酸→草酰乙酸(苹果酸脱氢酶，生成NADH+H+)经氧化呼吸链产能：一分子NADH+H+生成2.5ATP;一分子FADH2生成1.5ATP琥珀酰CoA的代谢去路：1.糖异生：琥珀酰CoA→草酰乙酸(三羧酸循环)→磷酸烯醇式丙酮酸(磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶)→糖异生2.有氧氧化：(接上式)磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸→有氧氧化(三羧酸循环)3.合成其他物质：(接上式)丙酮酸→乙酰CoA(1)合成酮体;(2)合成胆固醇;(3)合成脂酸3.参与酮体的氧化：乙酰乙酸+ 琥珀酰CoA→琥珀酸+ 乙酰乙酰CoA4.合成血红素：琥珀酰CoA + 甘氨酸+ Fe2+ →血红素草酰乙酸的代谢去路：见上述乙酰CoA和酮体不能异生为糖，所以脂酸、生酮氨基酸不能进行糖异生;除生酮氨基酸外的氨基酸都可进行糖异生。
物质代谢的整合与调节
学习材料
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〔一〕肝在脂质消化汲取中具有重要作用
肝细胞合成和分泌的胆汁酸，是脂质消化 汲取必不可少的物质。
肝功能下降 胆道堵塞
厌油腻、脂肪泻等
学习材料
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〔二〕肝是甘油三酯和脂肪酸代谢的中枢器官
• 饱食后合成甘油三酯、 胆固醇 、磷脂，并以
VLDL形式分泌入血，供其他组织器官摄取与
利用；
• 饥饿时，肝脂肪酸β-氧化产生的大量乙酰辅酶
乳酸循环：整合糖异生与肌糖酵解途径
学习材料
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四、糖酵解是成熟红细胞的供能主要途径
成熟红细胞没有线粒体， 不能进行营养物质的有氧氧化， 不能利用脂肪酸和其他非糖物 质作为能源。葡萄糖酵解是其 主要能量X。
学习材料
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五、脂肪组织是储存和释放能量的重要 园地
〔一〕机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂 肪组织
甘油激酶 甘油
磷酸-甘油
葡 萄
肝、肾、肠
脂
糖
肪
脂酸
乙酰CoA
葡萄糖
学习材料
18
3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响 饥饿、糖供给缺少或糖代谢障碍时：
脂肪大量动员
酮体生成增加
糖不足
草酰乙酸 相对不足
高酮血症
氧化受阻
学习材料
19
〔二〕葡萄糖与大局部氨基酸可以相互转变
1. 大局部氨基酸脱氨基后，生成相应的α-酮酸， 可转变为糖
例如：
脱氨基
丙氨酸
丙酮酸
糖异生 葡萄糖
学习材料
20
2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需 氨基酸
丙氨酸
天冬氨酸
糖
丙酮酸
草酰乙酸
乙酰CoA
酶的调节方式与代谢途径的调控
酶的调节方式与代谢途径的调控酶是生物体中一种非常重要的生物催化剂，能够调控代谢途径的进行。
它们通过不同的调节方式，如底物浓度、温度和pH值等的改变，使得酶催化的反应速率能够适应生物体内不同的代谢需求。
本文将就酶的调节方式和代谢途径的调控进行探讨。
酶被调节的方式有多种，其中最常见的是底物浓度的调节。
底物浓度的增加能够提高反应速率，而底物浓度的降低则会抑制反应速率。
这是因为酶与底物结合形成复合物，而底物浓度的改变会直接影响到复合物的形成速率。
此外，酶活性还可以通过辅助因子的结合和解离进行调节。
这些辅助因子可以是金属离子或者是其他的小分子物质，它们与酶结合后能够增强或者抑制酶的催化活性。
除了底物浓度的调节外，温度也是酶活性的重要调节因素。
通常情况下，随着温度的升高，酶活性也会增加。
这是因为温度的升高会增加分子的热运动，使得酶与底物之间的碰撞频率增加。
然而，当温度超过酶的适温范围后，酶的构象会发生改变，从而导致酶活性的降低甚至丧失。
因此，控制温度在适宜范围内对于维持酶的活性非常重要。
此外，pH值也是酶活性的一个重要调节因素。
不同的酶对于pH值的敏感程度不同，一些酶对于pH值的变化非常敏感，而另一些酶对于pH值的变化则几乎没有影响。
这是因为酶的活性往往与酶与底物之间的氢键相互作用有关，而氢键的形成和破坏与溶液中氢离子的浓度密切相关。
当pH值偏离酶的最适pH值时，氢离子的浓度发生改变，从而导致酶活性的下降。
除了通过调节酶本身的活性来调控代谢途径外，生物体还可以通过改变底物的浓度、产物的浓度以及调节酶的合成和降解来调控代谢途径的进行。
例如，当某个代谢途径中的底物浓度较高时，生物体可以通过抑制关键酶的合成或增加关键酶的降解来减少该代谢途径产生的底物。
相反，当某个代谢途径中底物浓度较低时，生物体可以通过增加关键酶的合成或降低关键酶的降解来增加该代谢途径的产物产量。
综上所述，酶的调节方式和代谢途径的调控既包括通过调节酶本身的活性来实现，也包括通过改变底物浓度、产物浓度以及调节酶的合成和降解来实现。
物质代谢的调节
肝 酮体
脂肪酸 甘油
氧化供能
六、肾能进行糖异生和酮体生成
肾髓质无线粒体，主要由糖酵 解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体 有氧氧化供能。
一般情况下，肾糖异生只有肝 糖异生葡萄糖量的10%。长期饥饿 （5~6周），肾糖异生可达每天40g ，与肝糖异生的量几乎相等。
第五节
物质代谢调节的主要方式
The main way for Regulation of Metabolism
（一）肝内生成的葡糖-6-磷酸是糖代谢的枢纽
G（补充血糖）
6-磷酸葡萄糖内酯 （进入磷酸戊糖途径）
G-6-P
F-6-P
脂肪
（进入酵解途径）
G-1-P
其他单糖 UDPG
葡糖醛酸 （进入葡糖醛酸途径）
Gn（合成糖原）
（ 二 ） 肝 是 糖 异 生 的 主 要 场 所
不同营养状态下肝内如何进行糖代谢？
（脂酸合成关键酶）
二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间 代谢物而相互联系
糖、脂、蛋白质和核酸通过共同的中间代 谢物、柠檬酸循环、生物氧化等彼此联系且相 互转变。一种物质代谢障碍可引起其他物质代 谢的紊乱。
（一）葡萄糖可转变为脂肪酸
1. 摄入的糖量超过能量消耗时：
合成糖原储存（肝、肌肉）
葡
萄 糖
乙酰CoA
五、脂肪组织是储存和释放能量的重要 场所
（一）机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂 肪组织
膳食脂肪：以CM形式运输至脂肪组织储存。 膳食糖：主要运输至肝转化成脂肪，以VLDL形式 运输至脂肪组织储存。部分在脂肪细胞转化为脂肪 储存。
（二）饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂 肪供能
饥饿
脂解激素↑
HSL↑ 脂肪动员↑
《生物化学》-物质代谢的调节与控制
1.酶量调节机理
酶量调节的两种基本调节机制是诱导和阻遏
诱导：一些分解代谢的酶类只在有关的底物或底物 类似物存在时才被诱导合成。依赖于诱导物才能合 成的酶称为诱导酶。
阻遏：对于合成代谢的酶类，在产物或产物类似物 足够量存在时，其合成被阻遏。（反馈阻遏）
共价修饰调节是酶蛋白中的活性基团（-OH、SH、-COOH、-NH2）在其他酶的作用下发生共价 修饰，从而改变酶的活性。
共价修饰调节具有级联放大作用，效率高。
（三）酶量变化对代谢的调节（基因表达的调节控制）
细胞内酶浓度的改变也可以改变代谢速度。
主要是通过调节酶蛋白的合成过程实现的。 （1）活化基因则合成相应的酶，酶量增加； （2）钝化基因则停止酶的合成，酶量降低。
柠檬酸
+
–
乙酰辅酶A羧化酶 6-磷酸果糖激酶
促进脂酸的合成 抑制糖的氧化
2.共价修饰调节
（1）有些酶，在其它酶的催化下，其分子结构中的某 些基团，如：Ser、Thr或Tyr 的-OH 基，能与特殊的 化学基团，如ATP分子上脱下的磷酸基或腺苷酰基 (AMP)，共价结合或解离，从而使酶分子活性形式发生 改变。这种修饰作用称为共价修饰调节。这种被修饰 的酶称为共价调节酶。
葡萄糖
分解代 谢产物
变构调节的生理意义
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。
乙酰CoA
丙二酰CoA
乙酰CoA羧化酶
长链脂酰CoA
②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。
G-6-P
+
–
糖原合酶
糖原磷酸化酶
第十章 代谢调节
R C
R C
R C R R C
R C
R C 酶分子
R C
C
酶活性增加/降低
--生理小分子物质：代谢产物、底物、其他 和调节基团非共价、可逆结合
果糖－1，6二磷酸酶的变构效应
酶亚基上的催化部位 X：酶亚基上的调节部位 FDP：果糖-1，6－二磷酸
3.变构酶的酶促反应动力学不符合米曼氏方程 式，酶促反应速率和作用物浓度的关系曲线 不呈矩形而常常呈S形。
糖原
I
脂肪 脂肪酸+甘油
乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
葡萄糖
II
III
三羧酸循环
CO2，H2O，ATP
三大营养物分解代谢的三个阶段
联系枢纽
葡糖-6-磷酸酶
果糖-1，6-二磷酸酶
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
细胞浆
丙酮酸羧化酶
线粒体
糖
脂肪
磷酸丙糖
α —磷酸甘油
脂肪酸
磷酸烯醇式丙酮酸 丙氨 酸 半胱氨酸 甘氨 酸 苏氨 酸 ○ 色氨 酸 丙酮酸 酮体 ▲亮氨酸 ○ 异亮氨酸 ○ 色氨酸 乙酰乙酰CoA ▲亮氨 酸 ▲赖氨 酸 ○ 异亮 氨酸 ○ 色氨 酸 ○ 苯丙 氨酸 ○ 酪氨 酸 谷氨 酸 谷氨 酰胺 精氨 酸 组氨 酸 脯氨 酸
3. 耗能少 4. 按需调节，是体内酶活性的经济、高 效的调节方式
酶别构调节与化学修饰调节的比较
某些酶同时存在两种调节方式 别构调节是细胞的基本调节方式 化学修饰调节是高效的调节方式
三、细胞内酶含量的调节
属于酶的迟缓调节。
迟缓调节：通过对酶蛋白分子的合成或降 解来改变细胞内酶的含量的调节方式，一 般需要数小时或数天才能实现。
磷酸果糖激酶I
酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质代谢途径及其调控机制研究
酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质代谢途径及其调控机制研究酒是人类在几千年的历史中所创造的一种美酒。
酒的制作过程中，必不可少的一个元素就是酵母。
酒酵母是一种单细胞真菌，可以将糖类等有机物质转化为乙醇、二氧化碳等有机物。
在发酵过程中，酒酵母需要调节各类代谢物质的代谢途径，以维持整个发酵过程的正常进行。
本文将介绍酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质的代谢途径及其调控机制的研究。
一、酿酒酵母的代谢途径简介酿酒酵母的代谢途径主要包括三个方面：糖类代谢途径、脂类代谢途径和氮素代谢途径。
1、糖类代谢途径糖类代谢途径是酿酒酵母在发酵过程中最为重要的代谢途径。
在糖类代谢途径中，酿酒酵母可以将葡萄糖、果糖等糖类分子转化为乙醇、二氧化碳和能量等有机物质。
糖类代谢途径主要包括三个部分：糖酵解途径、三羧酸循环和氧化磷酸戊糖途径。
2、脂类代谢途径脂类代谢途径主要是指酿酒酵母在发酵过程中通过β-氧化、格丽尔酯途径等途径，将脂肪酸代谢为能量和生长所需的脂类物质。
酿酒酵母在糖类能源不足的情况下，会启动脂类代谢途径维持生物体的正常代谢过程。
3、氮素代谢途径氮素代谢途径主要是指酿酒酵母在发酵过程中将胺基酸和氨基化合物等通过转移和合成等途径，合成生物体所需的蛋白质和核酸等物质，从而完成代谢过程。
二、酿酒酵母代谢途径调控机制酿酒酵母的代谢途径调控机制可以由多种因素参与，如细胞内外环境因子、代谢产物均有影响。
其中，下面我们将具体说明几个调控机制。
1、酒精脱氢酶（ADH）和乙醇酸脱氢酶（ALDH）调控ADH和ALDH是酿酒酵母在糖类代谢途径中最为重要的代谢酶。
ADH能够将葡萄糖、果糖等糖类分子转化为乙醇；而ALDH则能够将乙醇进一步氧化为乙酸。
这两种脱氢酶在整个代谢途径中起到非常重要的调控作用。
2、代谢通路中枢调控代谢通路中枢调控是指通过酶活性的调节和代谢产物的交互作用，来调控酿酒酵母在代谢途径上的分化发育和维持生长，以适应各种环境的需要。
比如，在整个糖类代谢途径中，酿酒酵母可以通过调节各种关键酶的活性，来影响代谢物质的转化和积累。
氮代谢关键酶
氮代谢关键酶氮代谢是指生物体内氮元素的代谢过程，包括氨基酸合成、蛋白质降解、核酸代谢和尿素循环等。
这一过程涉及许多关键酶，下面就主要介绍一些重要的氮代谢关键酶。
1. 谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase，GS）谷氨酰胺合成酶是植物和微生物中氮代谢的重要关键酶，其主要作用是将游离氨基酸和无机氮转化为谷氨酰胺。
该酶广泛存在于各种细胞中，可以将氨基酸与谷氨酸结合，形成谷氨酰胺。
这个过程需要三个ATP参与，其中第一个ATP与谷氨酰胺合成酶结合，形成谷氨酰胺合成酶的磷酸化底物，第二个ATP和第三个ATP分别用于氨基酸的激活和谷氨酰胺的合成。
GS酶的产生是由植物体内N含量的供需关系、各种N调节物质、外界生长因子(如激素、光等)等调节的。
它在植物体内调节各种N反应的平衡，从而适应不同的环境。
谷氨酸酰胺裂解酶(GLS)是谷氨酰胺代谢的关键酶，其主要作用是催化谷氨酰胺的裂解成谷氨酸和氨。
该酶在蛋白质分解过程中，可以将谷氨酰胺和水分解成谷氨酸和氨，从而释放出氮元素。
GLS酶的活性和其表达受多种调控机制的影响。
例如，在植物中，氮源供应是通过不同的NO_3^−和NH_4^+浓度来实现的，这些不同的氮源会导致GLS的不同表达模式。
3. 转氨酶（transaminase，TAs）转氨酶是氮代谢过程中的另一个重要酶类。
它们用作氨基酸代谢中氨基团的转移。
TAs酶催化氨基酸和α-酮酸的反应，以形成新的氨基酸和α-酮酸。
TAs酶广泛存在于生物体内，可以将其中一种氨基酸转换为另一种氨基酸。
此外，该酶还参与细胞呼吸和能量代谢过程。
4. 尿素合成酶（urease，Ure）尿素合成酶是以芽孢杆菌为代表的细菌菌体内的一种酶类，其主要作用是将无机氮转化为有机氮，从而形成尿素。
这个氮代谢过程是重要的，对植物的生长发育及环境状况具有重要的影响。
目前已知的尿素合成酶主要由三种亚基组成，分别为UreA、UreB和UreC。
综上所述，谷氨酰胺合成酶、谷氨酸酰胺裂解酶、转氨酶和尿素合成酶等是氮代谢过程中的关键酶。
生物体内的酶的作用与调节
生物体内的酶的作用与调节生物体内的酶在许多生化过程中扮演着至关重要的角色。
酶是生物体内的催化剂，能够加速生化反应的进行，并且能够在合适的时机被调节和控制。
本文将探讨生物体内酶的作用以及对其功能进行调节的机制。
一、酶的作用酶在生物体内完成了许多不同种类的反应。
它们能够加速食物消化、能量代谢以及细胞生物合成等重要的生化过程。
酶能够在温和的条件下催化化学反应，使反应速度提高数百到数百万倍。
举例来说，消化系统中的酶，如唾液中的淀粉酶和胃液中的蛋白酶，能够将复杂的食物分子分解为小分子，以便肠道中的吸收。
另外，细胞内的各种代谢酶能够将营养物质转化为能量，并调节细胞代谢的平衡。
二、酶的调节尽管酶在各种生化反应中扮演重要角色，但它们的活性需要根据不同的环境和需求进行调节。
酶的调节包括遗传调节和非遗传调节两种方式。
1. 遗传调节遗传调节主要通过调控酶的基因表达来实现。
在细胞分裂和新陈代谢过程中，某些基因会被激活或抑制，从而控制酶的合成和降解。
这种遗传调节确保了在不同生物过程中酶的适当表达。
2. 非遗传调节非遗传调节通过多种机制调控酶的活性，以适应外界环境的变化。
这些机制包括反馈抑制、蛋白磷酸化和辅因子参与等。
反馈抑制是一种常见的非遗传调节机制。
当反应产物积累到一定浓度时，它们可以与酶结合，从而抑制酶的活性，以维持反应速率的平衡。
这种调节方式可以防止产品过度积累并保持适当的代谢通路。
蛋白磷酸化也是一种常见的酶调节方式。
通过激酶或磷酸酶的作用，酶分子上的磷酸基团可以被添加或去除，进而改变酶的构象和活性。
这种方式可以快速响应细胞内的信号传导，控制酶的活性。
此外，许多酶在催化反应中需要特定的辅因子参与，如辅酶和金属离子。
这些辅因子能够与酶形成稳定的复合物，提供必要的催化环境以增强酶的催化能力。
三、酶的重要性与应用生物体内酶的作用与调节不仅仅在生命活动中扮演着关键角色，还被广泛应用于医药和工业领域。
在医药领域，了解酶在疾病进程中的作用和调节机制对于疾病诊断和治疗具有重要意义。
十四物质代谢的相互联系和调节控制
（二）糖代谢与蛋白质代谢的相互关系
糖代谢与蛋白质代谢的相互联系
01
糖 →→ α-酮酸 氨基酸 蛋白质
02
NH3
03
蛋白质 氨基酸 α-酮酸 糖
04
（生糖氨基酸）
05
1
由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。
2
蛋白质间接地转变为脂肪。
（三）脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系
01
脂肪
02
甘油
03
磷酸二羟丙酮
04
脂肪酸
05
乙酰CoA
06
氨基酸碳架
07
氨基酸
08
蛋白质
09
蛋白质
10
氨基酸
11
酮酸或乙酰CoA
12
脂肪酸
13
脂肪
14
（生酮氨基酸）
脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系
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。
核苷酸的一些衍生物具重要生理功能(如CoA, NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。
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。
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 神经水平调节
多细胞整体水平调节
(二)酶水平的调节
1、酶活性的调节 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 2、基因表达的调节 1）原核生物基因表达调节 2）真核生物基因表达调节
生物化学-考试知识点_7物质代谢调节整理(1)
物质代谢调节1．细胞水平调节：细胞水平的调节主要是细胞内酶水平的调节。
方式：细胞内酶呈隔离分布、代谢调节作用点（限速酶、关键酶）、酶的别构调节、酶的化学修饰、同工酶对物质代谢的调节、酶含量的调节2．关键酶：催化代谢途径定向步骤的酶，往往是代谢途径反应的第一个酶。
在可逆反应中偏向一个方向，决定着多酶体系的催化方向。
限速酶：体内代谢是一系列酶促反应的总和。
整个代谢途径速度取决于多酶体系中催化活力最低、米氏常数最大、催化反应速度最慢的酶。
此酶起着限速作用，代谢调节的作用点。
生理意义：①限速酶的催化活力最低，Km最大，催化反应速度最慢，故它的速度决定了整个代谢途径的总速度。
②关键酶多为催化各代谢途径反应的第一个酶，在催化可逆反应中往往极度偏向一个方向，故它的定向决定着多酶体系催化代谢反应的方向。
③代谢调节主要是通过对限速酶与关键酶活性的调节而实现的，而关键酶大多同时又是限速酶，所以它们是代谢调节的作用点。
例：己糖激酶3．酶的别构调节：小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象的轻微改变，从而引起酶活性的改变，这种调节称为酶的别构调节。
方式:生理意义：①代谢终产物反馈抑制反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。
②别构调节使机体维持在相对恒定的生理状态。
例：HMG-CoA还原酶4．酶的化学修饰：酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。
生理意义：①催化的反应具有放大效应，比别构调节调节效率高。
②消耗的ATP少于酶蛋白合成所需。
③比酶蛋白合成的调节迅速。
④是体内酶活性经济、高效的调节方式。
例：磷酸化酶。
学习_物质代谢的整合与调节
HSL↑ 脂肪动员↑
肝
酮体
脂肪酸
甘油
氧化供能
六、肾能进行糖异生和酮体生 成
肾髓质无线粒体，主要由 糖酵解供能；肾皮质主要由脂 酸、酮体有氧氧化供能。
一般情况下，肾糖异生只 有肝糖异生葡萄糖量的10%。 长期饥饿（5~6周），肾糖异生 可达每天40g，与肝糖异生的量
第五节
物质代谢调节的主要方 式
The main way for Regulation of Metabolism
糖分解增强
ATP↑
抑制异柠檬酸脱氢酶
（三羧酸循环关键酶）
柠檬酸堆积， 出现线粒体
脂酸合成增加 ，分解抑制
激活乙酰CoA羧化酶
（脂酸合成关键酶）
二、糖、脂和蛋白质代谢通过中 间代谢物而相互联系
糖、脂、蛋白质和核酸通过共同的 中间代谢物、柠檬酸循环、生物氧化等彼 此联系且相互转变。一种物质代谢障碍可 引起其他物质代谢的紊乱。
合成尿素：氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ及鸟氨酸 氨基甲酰转移酶只存在于肝细胞线粒体。
合成谷氨酰胺
四、肝参与多种维生素和辅酶的代 （一）肝在脂溶性谢维生素吸收和血液
运输中具有重要作用
胆汁酸——脂溶性维生素A、D、E和K吸 收
视黄醇结合蛋白——结合运输视黄醇 维生素D结合蛋白——结合运输维生素D
（二）肝储存多种维生素
各种物质代谢之间互有联系，相互依存 。
二、机体物质代谢不断受到精细
调节
内外环 境不断
影响机体代谢
变化
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
三、各组织、器官物质代谢各具特 色
不同的组 织、器官
结构不同
酶系的种类 、含量不同
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各种物质代谢关键酶及其调节
代谢途径关键酶抑制剂激活剂
糖酵解
己糖激酶G6P、长链脂酰CoA 胰岛素
磷酸果糖激酶-1ATP、柠檬酸ADP、AMP
F-1，6-2P、F-2，6-2P 丙酮酸激酶ATP、丙氨酸、胰高血糖素F-1，6-2P
糖的有氧氧化(除糖酵解) 丙酮酸脱氢酶复合体ATP、乙酰CoA
NADH、脂肪酸
AMP、CoA
NAD+、Ca2+异柠檬酸脱氢酶ATP ADP、Ca2+α-酮戊二酸脱氢酶ATP、NADPH、琥珀酰CoA Ca2+
磷酸戊糖途径葡糖-6-磷酸脱氢酶NADPH/NADP+比例↑NADPH/NADP+比例↓糖原合成糖原合酶糖原合酶b(无活性、磷酸化) 糖原合酶a(有活性、去磷酸化) 糖原分解糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b(去磷酸化) 糖原磷酸化酶a(磷酸化)
糖异生
葡糖-6-磷酸酶
果糖二磷酸酶-1 果糖-2,6-二磷酸ATP/AMP 丙酮酸羧化酶乙酰CoA 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
胆固醇的合成羟甲基戊二单酰CoA还原酶
(HMG CoA还原酶)
甲羟戊酸、胆固醇、7β-羟胆固
醇、25β-羟胆固醇、胰高血糖素、
皮质醇
胰岛素、甲状腺素
甘油三酯的合成脂酰CoA转移酶
脂肪酸的合成乙酰CoA羧化酶脂酰CoA
胰高血糖素、肾上腺素、生长素柠檬酸、异柠檬酸、乙酰CoA
胰岛素
脂肪动员激素敏感性甘油三酯脂肪酶
(HSL) 胰岛素、前列腺素E2 Adr、NA、胰高血糖素、ACTH、
TRH
代谢途径关键酶抑制剂激活剂脂肪酸分解(β-氧化) 肉碱脂酰转移酶I
尿素的合成氨基甲酰磷酸合成酶I N-乙酰谷氨酸
精氨酸代琥珀酸合成酶
嘌呤核苷酸的从头合成磷酸核糖焦磷酸(PRPP)合成酶
PRPP酰胺转移酶
嘧啶核苷酸的从头合成氨基甲酰磷酸合成酶II(人类)
天冬氨酸氨基甲酰转移酶(细菌)
胆汁酸的合成胆固醇7α-羟化酶
DNA的合成DNA-pol(DNA聚合酶)
RNA的合成RNA-pol(RNA聚合酶)
蛋白质的合成氨基酰tRNA合成酶
冈崎片段的处理是复制过程中的切除修复，所需的酶——RNA酶、DNA-pol I、DNA连接酶
由糖基化酶起始作用的损伤切除修复所需的酶——内切酶、外切酶、连接酶、聚合酶
紫外线所致损伤修复所需的酶——蛋白质UvrA、B、C，解螺旋酶、DNA-pol I、连接酶。