物质代谢的相互关系及调节精选PPT.ppt

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1、关于物质代谢的相互关系及调节第1页，讲稿共54张，创作于星期二 所有的生物细胞都是由糖类、脂类、蛋白质所有的生物细胞都是由糖类、脂类、蛋白质和核酸四类生物大分子以及一些小分子、无机盐和核酸四类生物大分子以及一些小分子、无机盐和水所组成。在动物体的这些物质的代谢与能量和水所组成。在动物体的这些物质的代谢与能量转换、信息传递相伴随，构成了一个完整的化学转换、信息传递相伴随，构成了一个完整的化学过程，并且存在复杂的调节机制。糖、脂和蛋白过程，并且存在复杂的调节机制。糖、脂和蛋白质之间代谢活动的相互关系和相互影响是物质代质之间代谢活动的相互关系和相互影响是物质代谢调节的基础。谢调节的基础。第2页，讲稿

2、共54张，创作于星期二 动物机体物质代谢的基本要略和调节方式动物机体物质代谢的基本要略和调节方式基本要略：基本要略：产生通用能量货币产生通用能量货币ATP 产生还原力产生还原力NADPH 产生生物合成的前体分子产生生物合成的前体分子第一节第一节第3页，讲稿共54张，创作于星期二第4页，讲稿共54张，创作于星期二第5页，讲稿共54张，创作于星期二 调节方式：酶的区室化酶活性的调节酶含量控制第6页，讲稿共54张，创作于星期二n酶的区室化导致许多代谢反应，尤其酶的区室化导致许多代谢反应，尤其是合成途径与分解途径常常彼此分开，是合成途径与分解途径常常彼此分开，相对独立地进行。相对独立地进行。第7页，讲

3、稿共54张，创作于星期二第8页，讲稿共54张，创作于星期二n细胞内进行的错综复杂的代谢过程及生细胞内进行的错综复杂的代谢过程及生理变化，主要是通过酶的调节来实现的。理变化，主要是通过酶的调节来实现的。n实际上，激素的调控作用也是通过对酶实际上，激素的调控作用也是通过对酶的影响（酶的产生和酶的活性）而实现的影响（酶的产生和酶的活性）而实现的。的。第9页，讲稿共54张，创作于星期二n酶除了具有催化功能外，还具有调节和酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制各类生物化学反应速度、方向和途控制各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。径的功能。n酶水平的调节作用主要有两种方式：一酶水平的调节作用主要有两种

4、方式：一是通过激活或抑制酶的活性；二是通过是通过激活或抑制酶的活性；二是通过影响酶的合成或降解速度，即改变细胞影响酶的合成或降解速度，即改变细胞内酶的含量。这种酶水平的调节作用是内酶的含量。这种酶水平的调节作用是生物调控最重要的形式。生物调控最重要的形式。第10页，讲稿共54张，创作于星期二1 1变构调节作用变构调节作用n有有些些酶酶分分子子除除了了具具有有活活性性中中心心（结结合合部部位位和和催催化化部部位位）外，还存在一个特殊的调控部位，即变构中心。外，还存在一个特殊的调控部位，即变构中心。n变变构构中中心心虽虽然然不不是是酶酶活活性性中中心心的的组组成成部部分分，但但它它可可以以与与某某

5、些些化化合合物物（称称为为变变构构剂剂）发发生生非非共共价价结结合合，引引起起酶酶分分子子构构象象的的改改变变，对对酶酶起起到到激激活活或或抑抑制制的的作作用用。这这类类酶酶通通常常称称为为变变构构酶酶，由由于于变变构构剂剂与与变变构构中中心心的的结结合合而而引引起起酶酶活性改变的现象则称为变构调节作用。活性改变的现象则称为变构调节作用。（1 1）变构酶和变构调节作用）变构酶和变构调节作用第11页，讲稿共54张，创作于星期二n目目前前已已知知的的变变构构酶酶均均为为寡寡聚聚酶酶，含含两两个个或或两两个个以以上上的的亚亚基基，一一般般分分子子量量较较大大，而而且且具具有有复复杂杂的的空空间结构。

6、间结构。n大大多多数数由由变变构构酶酶催催化化的的反反应应不不遵遵守守米米氏氏方方程程，由由变变构构剂剂所所引引起起的的抑抑制制作作用用也也不不服服从从典典型型的的竞竞争争性性或或非非竞争性抑制作用的数量关系。竞争性抑制作用的数量关系。第12页，讲稿共54张，创作于星期二变构剂可以分为两类变构剂可以分为两类n激激活活变变构构剂剂：变变构构剂剂与与酶酶分分子子结结合合后后，酶酶的的构构象象发发生生了了变变化化，这这种种新新的的构构象象有有利利于于底底物物分分子子与与酶酶的结合，使酶促反应速度提高。的结合，使酶促反应速度提高。n抑抑制制变变构构剂剂：变变构构剂剂与与酶酶分分子子结结合合所所引引起起

7、的的酶酶的的构构象象变变化化不不利利于于与与底底物物的的结结合合，表表现现出出一一定定程程度度的的抑抑制作用。制作用。n实实验验发发现现，在在变变构构酶酶中中起起催催化化作作用用，称称为为催催化化亚亚基基；与变构剂结合的对反应起调节作用，称为调节亚基。与变构剂结合的对反应起调节作用，称为调节亚基。第13页，讲稿共54张，创作于星期二举例：举例：ATCaseATCase的反馈抑制调节嘧啶的合成的反馈抑制调节嘧啶的合成 天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCaseATCase）催化氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成N-氨甲酰天冬氨酸的反应，这个反应是嘧啶生物合成的第一步。第14页，讲稿共54张，创作于星期二氨甲酰磷酸氨

8、甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸三磷酸三磷酸 胞苷胞苷氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸第15页，讲稿共54张，创作于星期二第16页，讲稿共54张，创作于星期二 E.ColiE.ColiATCaseATCase的亚基组成为的亚基组成为C C6 6R R6 6，C C和和R R分别代表分别代表其催化亚基和调节亚基。据其催化亚基和调节亚基。据射线结构表明，射线结构表明，ATCaseATCase的催化亚基排成两组三聚体（的催化亚基排成两组三聚体（C C3 3），与三组），与三组调节亚基二聚体（调节亚基二聚体（R R2 2）组成复合物。）组成复合物。两个具有催化活性的三聚体可与底物结合，但不两个具有催化活性的三聚体

9、可与底物结合，但不能结合能结合CTPCTP；三个具有调节活性的二聚体，无催化；三个具有调节活性的二聚体，无催化活性，但能和活性，但能和ATPATP或或CTPCTP结合。结合。第17页，讲稿共54张，创作于星期二 E.coli的的ATCase的亚基排列的亚基排列第18页，讲稿共54张，创作于星期二ATCase半分子半分子（C3R3)的结构的结构第19页，讲稿共54张，创作于星期二ATCase是一个典型的变是一个典型的变构酶。动力学研究表明，构酶。动力学研究表明，在氨甲酰磷酸饱和浓度在氨甲酰磷酸饱和浓度下，下，ATCase初始速度对初始速度对天冬氨酸作图，对照（不天冬氨酸作图，对照（不加加CTP和

10、和ATP）中表现出）中表现出典型的典型的S形曲线。加入形曲线。加入ATP时，时，S形曲线性质减形曲线性质减弱，加入弱，加入CTP时，时，S形曲形曲线变得更加线变得更加S形。形。第20页，讲稿共54张，创作于星期二n激活剂激活剂ATPATP优先结合到优先结合到ATCaseATCase的活化态的活化态（R R态），而抑制剂态），而抑制剂CTPCTP优先结合到酶的优先结合到酶的非活化态（非活化态（T T态），不反应的双底物类似态），不反应的双底物类似物物N-N-磷酸乙酰磷酸乙酰-L-L-天冬氨酸（天冬氨酸（PALAPALA）紧紧）紧紧结合于结合于R R态的态的ATCaseATCase，但不与，但不与

11、T T态态ATCaseATCase结合。在结合。在T T态态 R R态转变中，其构象发态转变中，其构象发生变化。生变化。第21页，讲稿共54张，创作于星期二第22页，讲稿共54张，创作于星期二 ATCase催化链的别构过渡作用催化链的别构过渡作用第23页，讲稿共54张，创作于星期二第24页，讲稿共54张，创作于星期二2.2.共价修饰调控共价修饰调控n某某些些酶酶分分子子上上的的基基团团可可以以在在另另一一种种酶酶催催化化下下发发生生共共价价修修饰饰作作用用（例例如如磷磷酸酸化化或或去去磷磷酸酸化化作作用用），从从而而引引起起酶酶活活性性的的激激活活或或抑抑制制。这这种种作作用用称称为为共共价价

12、修修饰饰作作用用。这这类类酶酶则则称称为为共共价价调调节节酶酶。有如下两个特点：有如下两个特点：n（1 1）被被修修饰饰的的酶酶可可以以有有两两种种互互变变形形式式，即即一一种种为为活活性性形形式式（具具有有催催化化活活性性），另另一一种种为为非非活活性性形形式式（无无催催化化活活性性）。正正反反两两个个方方向向的的互互变变均均发发生生共共价价修修饰饰反反应应，并并且且都都将将引引起起酶活性的变化。酶活性的变化。n（2 2）共共价价修修饰饰调调节节作作用用可可以以产产生生酶酶的的连连续续激激活活现现象象，所所以以具具有有信信号号放放大大效效应应。例例如如肾肾上上腺腺素素引引起起糖糖原原分分解解

13、过过程程中中的的一一系系列列磷磷酸酸化化激激活活步步骤骤，其其结结果果将将激激素素的的信信号号被被逐逐级级放放大大了了约约300300万万倍倍。第25页，讲稿共54张，创作于星期二磷酸化酶磷酸化酶n磷磷酸酸化化酶酶 b b。该该酶酶本本身身无无活活性性,当当磷磷酸酸化化酶酶 b b 活活性性中中心心的的丝丝氨氨酸酸残残基基被被磷磷酸酸化化后后，即即形形成成高高活活性性磷磷酸酸化化酶酶 a a。n由由磷磷酸酸化化酶酶 b b 转转化化为为活活化化形形式式 a a 的的反反应应,被被磷磷酸酸化化酶酶激激酶酶所所催催化化,而而磷磷酸酸化化酶酶 a a 去去活活化化（去去磷磷酸酸化化）则由另一种磷酸酶

14、所催化。则由另一种磷酸酶所催化。第26页，讲稿共54张，创作于星期二4 4酶含量的调节酶含量的调节 n酶酶在在细细胞胞内内的的含含量量取取决决于于酶酶的的合合成成速速度度和和分分解解速速度度。细细胞胞根根据据自自身身活活动动需需要要，严严格格控控制制细细胞胞内内各各种种酶酶的的合合理含量，从而对各种生物化学过程进行调控。理含量，从而对各种生物化学过程进行调控。n酶含量调节的化学本质是基因表达的调节。在细酶含量调节的化学本质是基因表达的调节。在细胞内，所合成的酶的种类及数量是由特殊的基因胞内，所合成的酶的种类及数量是由特殊的基因信息决定的。信息决定的。DNADNA所携带的酶蛋白遗传信息，需要所携

15、带的酶蛋白遗传信息，需要通过转录和翻译而合成酶蛋白。在细胞内进行的通过转录和翻译而合成酶蛋白。在细胞内进行的转录或翻译过程都有特定的调节控制机制，其中转录或翻译过程都有特定的调节控制机制，其中转录的调控占主导地位。因此，基因表达的调控转录的调控占主导地位。因此，基因表达的调控主要在转录水平上进行主要在转录水平上进行 第27页，讲稿共54张，创作于星期二诱导酶诱导酶n大大肠肠杆杆菌菌培培养养过过程程中中如如果果缺缺少少乳乳糖糖，细细胞胞中中就就不不含含任何可以代谢乳糖的酶。任何可以代谢乳糖的酶。n但但是是在在培培养养基基中中加加入入乳乳糖糖后后，大大肠肠杆杆菌菌就就能能在在几几分分钟钟内内合合成

16、成出出与与乳乳糖糖水水解解有有关关的的酶酶，使使之之能能利利用用这种营养物质。这种营养物质。n在在此此过过程程中中，乳乳糖糖起起着着诱诱导导物物作作用用。由由乳乳糖糖诱诱导导产产生生的的与与乳乳糖糖水水解解相相关关的的三三种种酶酶：-半半乳乳糖糖苷苷酶酶，-半半乳乳糖糖苷苷透透性性酶酶和和-半半乳乳糖糖苷苷转转乙乙酰酰酶酶，被被称称为为诱诱导酶。导酶。n这这三三个个酶酶蛋蛋白白是是大大肠肠杆杆菌菌DNADNA上上的的三三个个结结构构基基因因经经过转录和翻译而合成的。过转录和翻译而合成的。第28页，讲稿共54张，创作于星期二第二节第二节 动物机体物质代谢的相互关系动物机体物质代谢的相互关系1.1

17、.主要物质代谢途径的相互关系主要物质代谢途径的相互关系糖代谢与蛋白质代谢的关系糖代谢与蛋白质代谢的关系糖代谢与脂类代谢的关系糖代谢与脂类代谢的关系脂类代谢与蛋白质代谢的关系脂类代谢与蛋白质代谢的关系核酸代谢与糖、脂类和蛋白质的关系核酸代谢与糖、脂类和蛋白质的关系第29页，讲稿共54张，创作于星期二丙二酸单酰CoAb-氧化脂肪酸甘油脂肪 乙酰CoATCA葡萄糖G-6-P糖原G-1-P3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮 1,3-二磷酸甘油酸 PEP 丙酮酸糖酵解CO2H2O脂肪酸甘油脂肪脂肪氧化分解脂肪氧化分解糖转化为脂肪糖转化为脂肪第30页，讲稿共54张，创作于星期二乙酰CoA脂肪酸脂肪甘油线粒体脂肪转

18、化为糖的过程细胞质磷酸二羟丙酮 葡萄糖丙酮酸乙酰CoA第31页，讲稿共54张，创作于星期二天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸缬氨酸苏氨酸谷氨酸精氨酸组氨酸脯氨酸谷氨酰胺脂肪酸苯丙氨酸酪氨酸赖氨酸亮氨酸色氨酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA糖异生葡萄糖丙氨酸甘氨酸丝氨酸色氨酸半胱氨酸丙酮酸第32页，讲稿共54张，创作于星期二糖转化为氨基酸3-磷酸甘油酸葡萄糖PEP丙酮酸磷酸戊糖途径色氨酸酪氨酸苯丙氨酸5-磷酸核糖组氨酸谷氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酰胺丝氨酸甘氨酸半胱氨酸天冬氨酸天冬酰胺赖氨酸蛋氨酸苏氨酸异亮氨酸缬氨酸亮氨酸丙氨酸糖酵解a-酮戊二酸草酰乙酸三羧酸循环4-磷酸赤藓糖莽草酸第33页，讲稿共

19、54张，创作于星期二脂肪脂肪脂肪脂肪蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质脂肪酸甘油磷酸二羟丙酮乙酰CoA三羧酸循环氨基酸丙酮酸生酮氨基酸脂肪酸脂肪与蛋白质的互变脂肪与蛋白质的互变第34页，讲稿共54张，创作于星期二核酸甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺核苷酸核苷酸ATPGTPCTPUTP磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径磷酸核糖ADPGGDPGUDPG糖与核酸的互变第35页，讲稿共54张，创作于星期二第36页，讲稿共54张，创作于星期二2.代谢关键中间产物的去向葡萄糖-6-磷酸第37页，讲稿共54张，创作于星期二丙酮酸和 乙酰CoA第38页，讲稿共54张，创作于星期二第三节动物机体中主要物质代谢途径的调节

20、 1.1.糖代谢的调节糖代谢的调节 葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖丙酮酸丙酮酸脱氢酶系乙酰CoA TCA循环异柠檬酸脱氢酶柠檬酸合成酶-酮戊二酸脱氢酶系糖原己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶酶糖原合成酶磷酸化酶第39页，讲稿共54张，创作于星期二2，6-二磷酸果糖是一个极有力的PFK的变构活化剂和FBP酶的变构抑制剂。2，6-二磷酸果糖的调节第40页，讲稿共54张，创作于星期二果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸PFKFBPase高血糖PFK-2增加F2，6P激活激活第41页，讲稿共54张，创作于星期二 丙酮酸激酶的调节第42页，讲稿共54张，创作于星期二 丙酮酸脱氢酶系的调节第

21、43页，讲稿共54张，创作于星期二丙酮酸脱氢酶系催化的反应：丙酮酸 乙酰CoA(去向）丙酮酸脱氢酶系的调控主要从三方面进行：1）产物抑制（乙酰CoA和NADH的反馈抑制）2）核苷酸反馈控制（GTP抑制，AMP激活）3）磷酸化作用控制（酶磷酸化而失去功能）CO2+H2O脂肪酸第44页，讲稿共54张，创作于星期二 糖原合成与分解的调节第45页，讲稿共54张，创作于星期二糖原磷酸化酶活性的调节第46页，讲稿共54张，创作于星期二质膜1受体糖原G-1-P蛋白激酶（有)（无）肾上腺素（有）PPPP2ba糖原磷酸化酶ATPADPP（无)（有)磷酸化酶激酶ATPADP110211041106ATPcAMP腺

22、苷酸环化酶（无）1102肾上腺素激活肝糖原分解的级联系统第47页，讲稿共54张，创作于星期二2.脂肪酸代 谢的调节第48页，讲稿共54张，创作于星期二3.氨基酸的降解与尿素合成的调节第49页，讲稿共54张，创作于星期二尿素合成的调节1）食物中蛋白质水平的影响高蛋白饲料使尿素合成速度加快；反之，尿素合成速度减慢。2）氨甲酰磷酸合成酶（CPS）的调节 CPS催化的氨甲酸磷酸生成反应是调节尿素合成的重要步骤。乙酰谷氨酸是该酶的变构激活剂。3）其他物质的代谢对尿素合成的调节 鸟氨酸循环与三羧酸循环密切联系，可相互转变，因此，体内其他物质代谢可改变鸟氨酸循环中间产物的浓度。4）酶的区室化控制第50页，讲稿共54张，创作于星期二脑、脂肪组织、肌肉和肝脏中的代谢及相互关系脂肪组织脑肌肉肝脏第51页，讲稿共54张，创作于星期二乳酸-葡萄糖循环第52页，讲稿共54张，创作于星期二葡萄糖-丙氨酸循环第53页，讲稿共54张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第54页，讲稿共54张，创作于星期二