十四物质代谢的相互联系和调节控制
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代谢的相互联系及调控-精选
operon)学说
操纵元结构
操 纵 子 的 调 控 模 型
乳糖操纵子模型
①乳糖诱导的负调控
②CAP-cAMP对转录的正调控
cAMP的作用
大肠杆菌二阶段生长现象
大肠杆菌色氨酸操纵子
①有Trp存在时 ②无Trp存在时
大肠杆菌色氨酸操纵子--衰减子模型
前导序列
UUUUU
真核生物基因表达调控
基因
不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包
括启动基因和操纵基因（控制基因）
基因组(genome)是指含有一个生物体生存、发 育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套 核酸。
原核生物基因组的特点
染色体基因组为一条环状双链DNA分子 基因组小，不编码的DNA部份所占比例很小 结构基因一般是单拷贝，但是编码rRNA的基
● 一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约 蛋白质的消耗。
● 任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约 其他物质的降解。
例如
脂肪分解增强
ATP 增多 ATP/ADP 比值增高
糖分解被抑制
6-磷酸果糖激酶-1被抑制 （糖分解代谢限速酶之一）
一、糖 脂
1. 摄入的糖量超过能量消耗时
合成糖原储存（肝、肌肉）
脂肪
甘油
某些非必需氨基酸
α-磷酸甘油
糖酵解途径
丙酮酸
其他α-酮酸
—— 但不能说，脂类可转变为氨基酸。
四、核酸与糖、脂和蛋白质
１.核酸是细胞的遗传物质，控制蛋白质的合成，影响细胞的成分 和代谢类型； ２.核酸本身受其它物质（如蛋白质）的作用和控制；
嘌呤环的合成需要Gly,Asp,Gln等 核酸的合成需要酶及多种蛋白因子
ATP
操纵元结构
操 纵 子 的 调 控 模 型
乳糖操纵子模型
①乳糖诱导的负调控
②CAP-cAMP对转录的正调控
cAMP的作用
大肠杆菌二阶段生长现象
大肠杆菌色氨酸操纵子
①有Trp存在时 ②无Trp存在时
大肠杆菌色氨酸操纵子--衰减子模型
前导序列
UUUUU
真核生物基因表达调控
基因
不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包
括启动基因和操纵基因（控制基因）
基因组(genome)是指含有一个生物体生存、发 育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套 核酸。
原核生物基因组的特点
染色体基因组为一条环状双链DNA分子 基因组小，不编码的DNA部份所占比例很小 结构基因一般是单拷贝，但是编码rRNA的基
● 一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约 蛋白质的消耗。
● 任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约 其他物质的降解。
例如
脂肪分解增强
ATP 增多 ATP/ADP 比值增高
糖分解被抑制
6-磷酸果糖激酶-1被抑制 （糖分解代谢限速酶之一）
一、糖 脂
1. 摄入的糖量超过能量消耗时
合成糖原储存（肝、肌肉）
脂肪
甘油
某些非必需氨基酸
α-磷酸甘油
糖酵解途径
丙酮酸
其他α-酮酸
—— 但不能说，脂类可转变为氨基酸。
四、核酸与糖、脂和蛋白质
１.核酸是细胞的遗传物质，控制蛋白质的合成，影响细胞的成分 和代谢类型； ２.核酸本身受其它物质（如蛋白质）的作用和控制；
嘌呤环的合成需要Gly,Asp,Gln等 核酸的合成需要酶及多种蛋白因子
ATP
生物化学物质代谢的联系与调节ppt课件
第十章
物质代谢的联系与调节
概述
（一）物质代谢调节的概念
正常情况下，为适应内外环境的不断变化，机体 能够及时调节物质代谢的强度、速率和方向，以 维持机体内环境的稳定及代谢的顺利进行，在整 体上保持动态平衡。机体 对物质代谢的精细调 节过程称做代谢调节。
（二）代谢途 径
代谢途径是指生物 体内物质在代谢过 程中，由许多酶促 反应组成的、有秩 序的、依次连接的、 连续的化学反应。
某些代谢途径的变构酶及其变构效应剂
代谢途径 变构酶
变构激活剂
变构抑制剂
糖酵解
己糖激酶
AMP、ADP、FDP、Pi G-6-P
三羧酸循环
磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 柠檬酸合酶
FDP FDP AMP
柠檬酸 ATP、乙酰CoA ATP、长链脂酰CoA
糖异生
糖原分解 糖原合成 脂酸合成 胆固醇合成 氨基酸代谢
线粒体
胆固醇合成 细胞液和内质网
磷酸戊糖途径 细胞液
尿素合成 细胞液和线粒体
糖异生
细胞液
蛋白质合成 细胞液和内质网
糖原合成与分解 细胞液
DNA合成 细胞核
氧化磷酸化
线粒体
mRNA合成 细胞核
磷脂合成
内质网
tRNA合成 核质
脂肪酸合成
细胞液
rRNA合成 核仁
脂肪动员
细胞液
血红素合成 细胞液和线粒体
脂酸β氧化
草酰乙酸
丙酮酸
丙酮酸羧化酶
3. 级联调节
肾上腺素 肾上腺素受体
肾上腺素—肾上腺素受体
G蛋白（无活性） G蛋白（有活性）
腺苷酸环化酶 腺苷酸环化酶
（无活性）
（有活性）
ATP
物质代谢的联系与调节
概述
（一）物质代谢调节的概念
正常情况下，为适应内外环境的不断变化，机体 能够及时调节物质代谢的强度、速率和方向，以 维持机体内环境的稳定及代谢的顺利进行，在整 体上保持动态平衡。机体 对物质代谢的精细调 节过程称做代谢调节。
（二）代谢途 径
代谢途径是指生物 体内物质在代谢过 程中，由许多酶促 反应组成的、有秩 序的、依次连接的、 连续的化学反应。
某些代谢途径的变构酶及其变构效应剂
代谢途径 变构酶
变构激活剂
变构抑制剂
糖酵解
己糖激酶
AMP、ADP、FDP、Pi G-6-P
三羧酸循环
磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 柠檬酸合酶
FDP FDP AMP
柠檬酸 ATP、乙酰CoA ATP、长链脂酰CoA
糖异生
糖原分解 糖原合成 脂酸合成 胆固醇合成 氨基酸代谢
线粒体
胆固醇合成 细胞液和内质网
磷酸戊糖途径 细胞液
尿素合成 细胞液和线粒体
糖异生
细胞液
蛋白质合成 细胞液和内质网
糖原合成与分解 细胞液
DNA合成 细胞核
氧化磷酸化
线粒体
mRNA合成 细胞核
磷脂合成
内质网
tRNA合成 核质
脂肪酸合成
细胞液
rRNA合成 核仁
脂肪动员
细胞液
血红素合成 细胞液和线粒体
脂酸β氧化
草酰乙酸
丙酮酸
丙酮酸羧化酶
3. 级联调节
肾上腺素 肾上腺素受体
肾上腺素—肾上腺素受体
G蛋白（无活性） G蛋白（有活性）
腺苷酸环化酶 腺苷酸环化酶
（无活性）
（有活性）
ATP
物质代谢联系与调节
01
02
03
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
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
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。
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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
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。
十四物质代谢的相互联系和调节控制
蛋白质可以转变为糖。
（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
（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
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调节主要是通过控制关键酶的活性和浓度来调节。
酶活性调节是快速调节，在几分钟到几十分钟内完成。
通过控制酶浓度的调节要牵涉到基因、mRNA、蛋白质的生物合成，所以 这种调节是一种慢调节，在几小时或几天内才能完成。
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
生物氧化的三个阶段
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
NADPH
乙酰CoA
氨基酸
磷酸化 电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
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。
脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系
脂肪
甘油 脂肪酸
磷酸二羟丙酮 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
（四）核酸与其他物质代谢的相互关系
核酸及其衍生物和多种物质代谢有关。但 脂的类关代系谢。除供应CO2外，和核酸代谢并无明显
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。
+ 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
UTPቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1-P-G
+
UDPG
UDPG
糖原 合成酶
糖原
核酸 嘧啶核苷酸
代 谢 联
苏氨酸 缬氨酸
谷氨酸 谷氨酰氨
系
组氨酸 脯氨酸
丙酮酸 乙酰乙酰CoA
丙二单酰CoA
乙酰CoA
胆固醇
草酰乙酸 苹果酸
延胡索酸 琥珀酸
琥珀酰CoA -酮戊二酸
乙醛酸
柠檬酸 异柠檬酸
精氨酸
（五）代谢的基本要略
代谢的基本要略在于形成ATP、还原力和构 造单元以用于生物合成。 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。
生物系统中的能流
二、代 谢 调 节
(一)代谢调节的概念 (二)酶水平的调节 (三)细胞膜结构对代谢的调节和控制作用 (四)激素调节和跨膜信号转导 (五)神经的调节
(一)代谢调节的概念
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
许多核苷酸在代谢中起着重要的作用。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。
核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的相互联系
• 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。
1-磷酸葡萄糖
脂
6-磷酸葡萄糖
类
生糖氨基酸
核糖-5-磷酸
脂肪酸
氨
甘氨酸 天冬氨酸
基
谷氨酰氨
磷酸二羟丙酮 PEP
甘油
酸
丙氨酸 甘氨酸
生酮氨基酸
和 核 苷
丝氨酰 苏氨酸 半胱氨酸 天冬氨酸
亮氨酸 赖氨酸 酪酰氨 色氨酸 笨丙氨酸
酸 之
天冬酰氨
酪氨酸 天冬氨酸
异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸
间
苯丙酰氨
的
异亮氨酸 甲硫酰氨
α-磷酸甘油
甘油
磷酸二羟丙酮
糖代谢
脂肪
脂肪酸
-氧化
乙醛酸循环
糖异生
乙酰CoA(植物) 琥珀酸
糖
TCA
脂肪代谢和糖代谢的相互关系
三酰甘油
3-磷酸甘油
脂肪酸
甘油
氧
合 成
化
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
第十二章 物质代谢的相互联系和调节控制
一、物质代谢的相互联系 二、代谢的调节
一、物质代谢的相互联系
（一）糖代谢与脂类代谢的相互关系
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。
糖代谢与脂类代谢的相互关系
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
（二）糖代谢与蛋白质代谢的相互关系
糖可以转变为非必需氨基酸。 蛋白质可以转变为糖。
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）
（三）脂类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。
蛋白质间接地转变为脂肪。
• 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 。
•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
淀粉、糖原
脂肪
糖
类
氨基酸
核苷酸
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
酶浓度的调节：
诱导
酶浓度的调节
终产物的阻遏
阻遏 分解代谢产物阻遏
诱导作用（induction）：
指用诱导物（inducer）来促进酶的合成，这种作 用称诱导作用。
阻遏作用（repression）：
指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成， 这种作用称阻遏作用。
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
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 通过酶的别构效应来实现的。
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。
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
许多关键酶都是调节酶如别构酶、共价修饰酶、同工酶、多功能酶等。酶的
酶活性调节是快速调节，在几分钟到几十分钟内完成。
通过控制酶浓度的调节要牵涉到基因、mRNA、蛋白质的生物合成，所以 这种调节是一种慢调节，在几小时或几天内才能完成。
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
生物氧化的三个阶段
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
NADPH
乙酰CoA
氨基酸
磷酸化 电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
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。
脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系
脂肪
甘油 脂肪酸
磷酸二羟丙酮 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
（四）核酸与其他物质代谢的相互关系
核酸及其衍生物和多种物质代谢有关。但 脂的类关代系谢。除供应CO2外，和核酸代谢并无明显
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。
+ 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
UTPቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1-P-G
+
UDPG
UDPG
糖原 合成酶
糖原
核酸 嘧啶核苷酸
代 谢 联
苏氨酸 缬氨酸
谷氨酸 谷氨酰氨
系
组氨酸 脯氨酸
丙酮酸 乙酰乙酰CoA
丙二单酰CoA
乙酰CoA
胆固醇
草酰乙酸 苹果酸
延胡索酸 琥珀酸
琥珀酰CoA -酮戊二酸
乙醛酸
柠檬酸 异柠檬酸
精氨酸
（五）代谢的基本要略
代谢的基本要略在于形成ATP、还原力和构 造单元以用于生物合成。 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。
生物系统中的能流
二、代 谢 调 节
(一)代谢调节的概念 (二)酶水平的调节 (三)细胞膜结构对代谢的调节和控制作用 (四)激素调节和跨膜信号转导 (五)神经的调节
(一)代谢调节的概念
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
许多核苷酸在代谢中起着重要的作用。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。
核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的相互联系
• 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。
1-磷酸葡萄糖
脂
6-磷酸葡萄糖
类
生糖氨基酸
核糖-5-磷酸
脂肪酸
氨
甘氨酸 天冬氨酸
基
谷氨酰氨
磷酸二羟丙酮 PEP
甘油
酸
丙氨酸 甘氨酸
生酮氨基酸
和 核 苷
丝氨酰 苏氨酸 半胱氨酸 天冬氨酸
亮氨酸 赖氨酸 酪酰氨 色氨酸 笨丙氨酸
酸 之
天冬酰氨
酪氨酸 天冬氨酸
异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸
间
苯丙酰氨
的
异亮氨酸 甲硫酰氨
α-磷酸甘油
甘油
磷酸二羟丙酮
糖代谢
脂肪
脂肪酸
-氧化
乙醛酸循环
糖异生
乙酰CoA(植物) 琥珀酸
糖
TCA
脂肪代谢和糖代谢的相互关系
三酰甘油
3-磷酸甘油
脂肪酸
甘油
氧
合 成
化
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
第十二章 物质代谢的相互联系和调节控制
一、物质代谢的相互联系 二、代谢的调节
一、物质代谢的相互联系
（一）糖代谢与脂类代谢的相互关系
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。
糖代谢与脂类代谢的相互关系
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
（二）糖代谢与蛋白质代谢的相互关系
糖可以转变为非必需氨基酸。 蛋白质可以转变为糖。
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）
（三）脂类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。
蛋白质间接地转变为脂肪。
• 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 。
•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
淀粉、糖原
脂肪
糖
类
氨基酸
核苷酸
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
酶浓度的调节：
诱导
酶浓度的调节
终产物的阻遏
阻遏 分解代谢产物阻遏
诱导作用（induction）：
指用诱导物（inducer）来促进酶的合成，这种作 用称诱导作用。
阻遏作用（repression）：
指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成， 这种作用称阻遏作用。
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
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 通过酶的别构效应来实现的。
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。
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
许多关键酶都是调节酶如别构酶、共价修饰酶、同工酶、多功能酶等。酶的