物质代谢的相互关系和调节控制
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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。
核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，
cAMP，cGMP）。
五、四大物质代谢的关系
• 细胞代谢的原则及方略 将各类物质分别纳入各自的代谢途径，以少 数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途 径可通过交叉点上的关键中间物得以沟通，形成 经济有效的代谢网络。
蛋白激酶A (四聚体)
催化亚基
调节亚基 （无活力）
催化亚基 单体 （有活力）
Cyclic AMP-dependent protein kinase(PKA) is a R2C2 tetramer in mammalian cells. The two R (regulatory) subunits bind cAMP; cAMP binding releases the R subunits from the C(catalytic)subunits. C subunits are enzymatically active as monomers.
• 酶合成的诱导和阻遏与操纵子学说
1961年， Monod 和 Jacob E. coli 乳糖操纵子模型
操纵子（operon）： 基因表达的协调单位。包括一个控制区和一群 功能相关的结构基因。控制区由启动子（promoter） 和操纵基因（operator）组成。操纵基因可与调节基
因产物阻遏蛋白（repressor）结合，其“开放”或
• TCA环是共同的代谢途径
• 关键的中间物：G-6-P, 丙酮酸，乙酰CoA
第二节
代谢的调节
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
代谢调节
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。 代谢调节的四级水平：
三、激素水平的调节
激素：由生物体内特殊组织或腺体合成，并经体液 输送到特定作用部位，从而引起特殊激动效应的微 量有机物。
（一）种类
含N激素
蛋白质、肽类激素:
胰岛素
aa衍生物激素：肾上腺素
哺乳动物 甾醇激素（固醇类激素） 性激素
脂肪酸衍生物
（二）作用机理
1. 激素作为第一信使，cAMP作为第二信使，通过改变酶活 性调节代谢。（大部分含N激素，反应快） 2. 激素与细胞内受体结合，形成激素-受体复合物。其作为转 录增强物，控制特异蛋白质（或酶）的基因表达，从而调节 代谢。 （甾醇激素和少量含N激素，反应慢） 有些 激素兼有以上两种作用，例：胰岛素。
第十三章 物质代谢的相互关系 和调节控制
目
录
第一节 物质代谢的相互关系
第二节 代谢的调节
第一节
物质代谢的相互关系
一、糖代谢与脂类代谢的关系 二、糖代谢与蛋白质代谢的联系
三、脂类代谢与蛋白质代谢的联系
四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系
五、四大物质代谢的关系
一、糖代谢与脂类代谢的相互联系
有氧氧化
图13-4
图13-5
四、神经系统的调节
• 通过激素发挥作用。
• 神经对其所支配的器官组织的代谢有直接影响。
Thank you !
1）不可逆转变
胰蛋白酶原
肠激酶 6肽
胰蛋白酶
2）可逆转变
例：糖原磷酸化酶
ATP
磷酸化和去磷酸化
ADP 磷酸化酶激酶
磷酸化酶b
（无活性） Pi 磷酸化酶磷酸酶 H2 O
磷酸化酶a
（有活性）
特点： 级联放大 （效应高， 作用快）
连续代谢反应中的一个酶被激活后，连续地发 生其它酶被激活，导致原始信号的放大，这种放大 效应称级联放大。具有这种放大效应的连续代谢反 应系统，称为级联系统（cascade system）。
辅阻遏物 （产物）
代谢产物与阻遏蛋白结 合，使阻遏蛋白能够结 合在操纵基因上，结构 基因不表达。
E. coli 乳糖操纵子模型
阻遏蛋白
-半乳糖苷酶 半乳糖苷透性酶 -半乳糖苷转乙酰酶
Model of the E. coli lac operon.
乳糖操纵子模型 阻遏蛋白 是四聚体
2. 酶的降解 改变酶降解的速度以调节细胞内酶量。
别构酶（大多数为寡聚酶）
1）酶活力的前馈和反馈调节 前馈：输入对输出的影响。 反馈：输出对输入的影响。
前馈或反馈调节：
代谢底物或代谢产物对代谢过程的影响。 使代谢过程速度加快，称正作用，反之，为负作用。
前馈 正前馈 负前馈
反馈
正反馈
负反馈（反馈抑制）
前馈 + 或 -
S0
E1
S1
E2
S2
E3
Sn
反馈 + 或 -
“关闭”直接控制结构基因的表达。
A. 酶的诱导
调节基因
启动子 操纵基因 结构基因
P
O
阻遏蛋白
阻遏蛋白结合在操纵基因上， 结构基因不表达。
诱导物
诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不 能结合在操纵基因上，结构基因表达。
B. 酶的阻遏
结构基 因
启动子 操纵基因 P O
阻遏蛋白不能 与操纵基因结 合，结构基因 可表达。
酶水平调节
细胞水平调节 激素水平调节 神经水平调节 单细胞水平
多细胞整体水平调节
一、酶水平调节
酶活力调节 酶量调节 通过激活和抑制酶活性进行调节 （时间短，速度快，细调） 通过影响酶合成及分解速度进行调节 （时间长，速度慢，粗调）
（一）酶活力调节 两种方式 别构调节 共价化学修饰调节
1. 别构调节 通过改变酶分子构象而改变酶活力的调节。
glucogen
108
G-1-P
(510-3 mol/L) G
（二）酶量调节
1. 酶合成的诱导和阻遏 • 酶诱导生成作用
某些物质能促进细胞内某些酶的生成。 例：乳糖可诱导-半乳糖苷酶的生成。
• 酶阻遏生成作用
某些物质能阻止细胞内某些酶的生成。
例：产物Trp的存在可阻止与Trp合成有关酶的生成。
( 肾上腺素10-8~10-10 mol/L) 102
腺苷酸 环化酶
104
蛋白激酶A
106
磷酸化酶激酶
The hormone-activated enzymatic cascade that leads to activation of glycogen phosphorylase.
糖原磷酸化酶
甘油
脂肪 脂肪酸
丙酮酸
乙酰CoA
乙Hale Waihona Puke Baidu酸循环
- 酮酸
aa
（植物、微生物）
生糖aa 蛋白质 生酮生糖aa 生酮aa
丙酮酸
甘油 脂肪酸 脂 肪
乙酰CoA
四、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
饥饿： 乙酰CoA羧化酶降解速度 乙酰CoA羧化酶含量 脂肪合成
二、细胞水平的调节
——隔离分室效应（真核细胞）
不同分室进行不同的代谢过程，使代谢高效进行，互不干扰， 并有利于代谢调节。 细胞核：DNA、 RNA的合成
线粒体： TCA；电子传递链； 氧化磷酸化；脂肪酸-氧化；
aa分解代谢 细胞质： EMP； 糖异生； 糖原、脂肪酸和aa合成； Pu、Py分解 核糖体 ：蛋白质的合成
3）核苷酸类化合物对代谢途径的影响 ATP、ADP、AMP等可影响EMP、TCA和 氧化磷酸化等产能途径，从而调节细胞能量代谢。
• ATP系统的质量作用比： [ATP] / [ADP] [ Pi]
大：三者皆减慢
小：三者皆加快
2. 酶的共价化学修饰调节
某种酶可由于其它酶对其结构进行共价化学修饰， 从而使其在活性形式与非活性形式之间相互转变。
• 负反馈
G + ATP
己糖激酶
-
G-6-P + ADP
直接产物抑制
Thr
E1(Thr脱氨酶)
-
Ile
终产物抑制
2）酶分子的解离和聚合
G G-6-P F-6-P
磷酸果糖激酶
F-1,6-2P PEP 丙酮酸
乙酰CoA羧化酶
-
脂肪酸
TCA 柠檬酸
乙酰CoA
+
丙二酸单酰 CoA
柠檬酸促进乙酰CoA羧化酶亚基间的聚合，使之表现为催化 活力。
乙酰CoA
从头合成
脂肪酸
脂肪
糖
酵解
磷酸二羟丙酮 磷酸二羟丙酮
-氧化
α -磷酸甘油 糖代谢
糖异生
甘油 脂肪 脂肪酸
乙酰CoA
TCA
乙醛酸循环
琥珀酸 (植物)
糖
二、糖、蛋白质代谢的相互关系
糖 糖代谢中间物
（-酮酸）
还原氨基化
转氨基作用
非必需aa
蛋白质
蛋白质
生糖aa
-酮酸等
草酰乙酸
糖
三、脂、蛋白质代谢的相互关系
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）。
五、四大物质代谢的关系
• 细胞代谢的原则及方略 将各类物质分别纳入各自的代谢途径，以少 数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途 径可通过交叉点上的关键中间物得以沟通，形成 经济有效的代谢网络。
蛋白激酶A (四聚体)
催化亚基
调节亚基 （无活力）
催化亚基 单体 （有活力）
Cyclic AMP-dependent protein kinase(PKA) is a R2C2 tetramer in mammalian cells. The two R (regulatory) subunits bind cAMP; cAMP binding releases the R subunits from the C(catalytic)subunits. C subunits are enzymatically active as monomers.
• 酶合成的诱导和阻遏与操纵子学说
1961年， Monod 和 Jacob E. coli 乳糖操纵子模型
操纵子（operon）： 基因表达的协调单位。包括一个控制区和一群 功能相关的结构基因。控制区由启动子（promoter） 和操纵基因（operator）组成。操纵基因可与调节基
因产物阻遏蛋白（repressor）结合，其“开放”或
• TCA环是共同的代谢途径
• 关键的中间物：G-6-P, 丙酮酸，乙酰CoA
第二节
代谢的调节
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
代谢调节
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。 代谢调节的四级水平：
三、激素水平的调节
激素：由生物体内特殊组织或腺体合成，并经体液 输送到特定作用部位，从而引起特殊激动效应的微 量有机物。
（一）种类
含N激素
蛋白质、肽类激素:
胰岛素
aa衍生物激素：肾上腺素
哺乳动物 甾醇激素（固醇类激素） 性激素
脂肪酸衍生物
（二）作用机理
1. 激素作为第一信使，cAMP作为第二信使，通过改变酶活 性调节代谢。（大部分含N激素，反应快） 2. 激素与细胞内受体结合，形成激素-受体复合物。其作为转 录增强物，控制特异蛋白质（或酶）的基因表达，从而调节 代谢。 （甾醇激素和少量含N激素，反应慢） 有些 激素兼有以上两种作用，例：胰岛素。
第十三章 物质代谢的相互关系 和调节控制
目
录
第一节 物质代谢的相互关系
第二节 代谢的调节
第一节
物质代谢的相互关系
一、糖代谢与脂类代谢的关系 二、糖代谢与蛋白质代谢的联系
三、脂类代谢与蛋白质代谢的联系
四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系
五、四大物质代谢的关系
一、糖代谢与脂类代谢的相互联系
有氧氧化
图13-4
图13-5
四、神经系统的调节
• 通过激素发挥作用。
• 神经对其所支配的器官组织的代谢有直接影响。
Thank you !
1）不可逆转变
胰蛋白酶原
肠激酶 6肽
胰蛋白酶
2）可逆转变
例：糖原磷酸化酶
ATP
磷酸化和去磷酸化
ADP 磷酸化酶激酶
磷酸化酶b
（无活性） Pi 磷酸化酶磷酸酶 H2 O
磷酸化酶a
（有活性）
特点： 级联放大 （效应高， 作用快）
连续代谢反应中的一个酶被激活后，连续地发 生其它酶被激活，导致原始信号的放大，这种放大 效应称级联放大。具有这种放大效应的连续代谢反 应系统，称为级联系统（cascade system）。
辅阻遏物 （产物）
代谢产物与阻遏蛋白结 合，使阻遏蛋白能够结 合在操纵基因上，结构 基因不表达。
E. coli 乳糖操纵子模型
阻遏蛋白
-半乳糖苷酶 半乳糖苷透性酶 -半乳糖苷转乙酰酶
Model of the E. coli lac operon.
乳糖操纵子模型 阻遏蛋白 是四聚体
2. 酶的降解 改变酶降解的速度以调节细胞内酶量。
别构酶（大多数为寡聚酶）
1）酶活力的前馈和反馈调节 前馈：输入对输出的影响。 反馈：输出对输入的影响。
前馈或反馈调节：
代谢底物或代谢产物对代谢过程的影响。 使代谢过程速度加快，称正作用，反之，为负作用。
前馈 正前馈 负前馈
反馈
正反馈
负反馈（反馈抑制）
前馈 + 或 -
S0
E1
S1
E2
S2
E3
Sn
反馈 + 或 -
“关闭”直接控制结构基因的表达。
A. 酶的诱导
调节基因
启动子 操纵基因 结构基因
P
O
阻遏蛋白
阻遏蛋白结合在操纵基因上， 结构基因不表达。
诱导物
诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不 能结合在操纵基因上，结构基因表达。
B. 酶的阻遏
结构基 因
启动子 操纵基因 P O
阻遏蛋白不能 与操纵基因结 合，结构基因 可表达。
酶水平调节
细胞水平调节 激素水平调节 神经水平调节 单细胞水平
多细胞整体水平调节
一、酶水平调节
酶活力调节 酶量调节 通过激活和抑制酶活性进行调节 （时间短，速度快，细调） 通过影响酶合成及分解速度进行调节 （时间长，速度慢，粗调）
（一）酶活力调节 两种方式 别构调节 共价化学修饰调节
1. 别构调节 通过改变酶分子构象而改变酶活力的调节。
glucogen
108
G-1-P
(510-3 mol/L) G
（二）酶量调节
1. 酶合成的诱导和阻遏 • 酶诱导生成作用
某些物质能促进细胞内某些酶的生成。 例：乳糖可诱导-半乳糖苷酶的生成。
• 酶阻遏生成作用
某些物质能阻止细胞内某些酶的生成。
例：产物Trp的存在可阻止与Trp合成有关酶的生成。
( 肾上腺素10-8~10-10 mol/L) 102
腺苷酸 环化酶
104
蛋白激酶A
106
磷酸化酶激酶
The hormone-activated enzymatic cascade that leads to activation of glycogen phosphorylase.
糖原磷酸化酶
甘油
脂肪 脂肪酸
丙酮酸
乙酰CoA
乙Hale Waihona Puke Baidu酸循环
- 酮酸
aa
（植物、微生物）
生糖aa 蛋白质 生酮生糖aa 生酮aa
丙酮酸
甘油 脂肪酸 脂 肪
乙酰CoA
四、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
饥饿： 乙酰CoA羧化酶降解速度 乙酰CoA羧化酶含量 脂肪合成
二、细胞水平的调节
——隔离分室效应（真核细胞）
不同分室进行不同的代谢过程，使代谢高效进行，互不干扰， 并有利于代谢调节。 细胞核：DNA、 RNA的合成
线粒体： TCA；电子传递链； 氧化磷酸化；脂肪酸-氧化；
aa分解代谢 细胞质： EMP； 糖异生； 糖原、脂肪酸和aa合成； Pu、Py分解 核糖体 ：蛋白质的合成
3）核苷酸类化合物对代谢途径的影响 ATP、ADP、AMP等可影响EMP、TCA和 氧化磷酸化等产能途径，从而调节细胞能量代谢。
• ATP系统的质量作用比： [ATP] / [ADP] [ Pi]
大：三者皆减慢
小：三者皆加快
2. 酶的共价化学修饰调节
某种酶可由于其它酶对其结构进行共价化学修饰， 从而使其在活性形式与非活性形式之间相互转变。
• 负反馈
G + ATP
己糖激酶
-
G-6-P + ADP
直接产物抑制
Thr
E1(Thr脱氨酶)
-
Ile
终产物抑制
2）酶分子的解离和聚合
G G-6-P F-6-P
磷酸果糖激酶
F-1,6-2P PEP 丙酮酸
乙酰CoA羧化酶
-
脂肪酸
TCA 柠檬酸
乙酰CoA
+
丙二酸单酰 CoA
柠檬酸促进乙酰CoA羧化酶亚基间的聚合，使之表现为催化 活力。
乙酰CoA
从头合成
脂肪酸
脂肪
糖
酵解
磷酸二羟丙酮 磷酸二羟丙酮
-氧化
α -磷酸甘油 糖代谢
糖异生
甘油 脂肪 脂肪酸
乙酰CoA
TCA
乙醛酸循环
琥珀酸 (植物)
糖
二、糖、蛋白质代谢的相互关系
糖 糖代谢中间物
（-酮酸）
还原氨基化
转氨基作用
非必需aa
蛋白质
蛋白质
生糖aa
-酮酸等
草酰乙酸
糖
三、脂、蛋白质代谢的相互关系