1、代謝的相互聯絡及調控代謝的相互聯絡及調控一、整體性一、整體性 糖糖類類 脂類脂類蛋白質蛋白質水水 無機鹽無機鹽維生素維生素各種物質代謝之間互有聯絡，相互依存。各種物質代謝之間互有聯絡，相互依存。 消化吸收消化吸收中間代謝中間代謝廢物排泄廢物排泄物質代謝的特點物質代謝的特點二、代謝調理二、代謝調理機體有精細的調理機體有精細的調理機制，調理代謝的機制，調理代謝的強度、方向和速度強度、方向和速度內外環境內外環境不斷變化不斷變化影響機體代謝影響機體代謝順應環境順應環境的變化的變化三、各組織、器官物質代謝各具特征三、各組織、器官物質代謝各具特征構造不同構造不同酶系的種類、酶系的種類、含量不同含量不同不同

2、的組不同的組織、器官織、器官代謝途徑不同、代謝途徑不同、功能各異功能各異是機體物質代謝的樞紐。是機體物質代謝的樞紐。在糖、脂、蛋白質、水、鹽及維生素代謝中均具在糖、脂、蛋白質、水、鹽及維生素代謝中均具有獨特而重要的作用。有獨特而重要的作用。肝肝合成、儲存糖原合成、儲存糖原分解糖原生成葡萄糖，釋放入血分解糖原生成葡萄糖，釋放入血是糖異生的主要器官是糖異生的主要器官肝在糖代謝中的作用肝在糖代謝中的作用如如肝在維持血糖穩定中起重要作用。肝在維持血糖穩定中起重要作用。酮體酮體乳酸乳酸 游離脂酸游離脂酸葡萄糖葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能為主。以葡萄糖有氧氧化供能為主。心臟心臟耗能大，耗氧多。耗能大，耗氧多

3、。葡萄糖為主要能源。葡萄糖為主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供應缺乏時，利用酮體。不能利用脂酸，葡萄糖供應缺乏時，利用酮體。 腦腦合成、儲存糖原；合成、儲存糖原；通常以脂酸氧化為主要供能方式；通常以脂酸氧化為主要供能方式； 猛烈運猛烈運動時，以糖酵解為主。動時，以糖酵解為主。肌肌 肉肉能量主要來自糖酵解。能量主要來自糖酵解。紅紅細細胞胞合成及儲存脂肪的重要組織；合成及儲存脂肪的重要組織；將脂肪分解成脂酸、甘油，供機體其他組織利用。將脂肪分解成脂酸、甘油，供機體其他組織利用。 脂肪組織脂肪組織也可進展糖異生和生成酮體；也可進展糖異生和生成酮體；腎髓質主要由糖酵解供能；腎皮質主要由脂酸、腎髓質主要由

4、糖酵解供能；腎皮質主要由脂酸、酮體有氧氧化供能。酮體有氧氧化供能。腎臟腎臟四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池例如例如各各種種組組織織 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解糖異生糖異生血血糖糖五、五、ATPATP是機體能量利用的共同方式是機體能量利用的共同方式營養物營養物分分 解解釋放釋放能量能量ADP+PiATP直直接接供供能能六、六、NADPHNADPH是合成代謝所需的復原當量是合成代謝所需的復原當量復原性有機物復原性有機物 氧化產物氧化產物復原性生物合成產物復原性生物合成產物 氧化前體氧化前體NADPH+H+NADP+復原性生物合成反響復原性

5、生物合成反響分解代謝分解代謝七、代謝的根本要略在于構成七、代謝的根本要略在于構成ATPATP、復原力和、復原力和構造單元用于生物合成構造單元用于生物合成三大營養素三大營養素共同中間共同中間產物產物共同最終代共同最終代謝通路謝通路糖糖脂肪脂肪蛋白質蛋白質乙酰乙酰CoACoATAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCO2CO2第一節代謝途徑的相互聯絡第一節代謝途徑的相互聯絡從能量供應的角度看，三大營養素可以相互替從能量供應的角度看，三大營養素可以相互替代，并相互制約。代，并相互制約。普通情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節約普通情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節約蛋白質的耗費。蛋白質的耗費。脂肪分解

6、加強脂肪分解加強ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物質的代謝占優勢，常能抑制和節約任一供能物質的代謝占優勢，常能抑制和節約其他物質的降解。其他物質的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑被抑制制糖分解代謝限速酶之一糖分解代謝限速酶之一例如例如一、糖一、糖 脂脂1. 攝入的糖量超越能量耗費時攝入的糖量超越能量耗費時 葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪脂肪組織脂肪組織合成糖原儲存肝、肌肉合成糖原儲存肝、肌肉磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮2. 脂肪的甘油部分能在體內轉變為糖脂肪的甘油部分能在體內轉變為糖脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘

7、油甘油甘油激酶甘油激酶肝、腎、腸肝、腎、腸磷酸磷酸- -甘油甘油葡葡萄萄糖糖動物體內動物體內3. 脂肪的分解代謝受糖代謝的影響脂肪的分解代謝受糖代謝的影響饑餓、糖供應缺乏或糖代謝妨礙時饑餓、糖供應缺乏或糖代謝妨礙時高酮血癥高酮血癥草酰乙酸草酰乙酸相對缺乏相對缺乏糖缺乏糖缺乏脂肪大量發動脂肪大量發動酮體生成添加酮體生成添加氧化受阻氧化受阻二、糖二、糖 蛋白質蛋白質1. 大部分氨基酸脫氨基后，生成相應的大部分氨基酸脫氨基后，生成相應的-酮酸，可轉變為糖酮酸，可轉變為糖(生糖氨基酸生糖氨基酸)。2. 糖代謝的中間產物可氨基化生成某些糖代謝的中間產物可氨基化生成某些 非必需氨基酸非必需氨基酸三、脂三、

8、脂 蛋白質蛋白質氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪 1. 蛋白質可以轉變為脂肪蛋白質可以轉變為脂肪 2. 氨基酸可作為合成磷脂的原料氨基酸可作為合成磷脂的原料絲氨酸絲氨酸磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸膽胺膽胺腦磷脂腦磷脂膽堿膽堿卵磷脂卵磷脂 但不能說，脂類可轉變為氨基酸。但不能說，脂類可轉變為氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油- -磷酸甘油磷酸甘油糖酵解途徑糖酵解途徑丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸3. 脂肪的甘油部分可轉變為非必需氨基酸脂肪的甘油部分可轉變為非必需氨基酸四、核酸與糖、脂和蛋白質四、核酸與糖、脂和蛋白質.核酸是細胞的遺傳物質，控制蛋白質的合成，影響細胞的成分核酸

9、是細胞的遺傳物質，控制蛋白質的合成，影響細胞的成分和代謝類型；和代謝類型；.核酸本身受其它物質如蛋白質的作用和控制；核酸本身受其它物質如蛋白質的作用和控制；嘌呤環的合成需求嘌呤環的合成需求Gly,Asp,Gln等等核酸的合成需求酶及多種蛋白因子核酸的合成需求酶及多種蛋白因子.各類物質的代謝需具有高能磷酸鍵的各種核苷酸各類物質的代謝需具有高能磷酸鍵的各種核苷酸;ATP是通用的能量載體是通用的能量載體UTP用于多糖的合成用于多糖的合成CTP參與磷脂的合成參與磷脂的合成GTP參與蛋白質合成和糖異生作用參與蛋白質合成和糖異生作用4.許多重要輔酶含核苷酸許多重要輔酶含核苷酸,如如CoA,NAD,NADP

10、,FMN,FAD等等. 代謝網絡 p540 代謝調理普遍存在于生物界，是生物的代謝調理普遍存在于生物界，是生物的重要特征。重要特征。主要經過細胞內代謝物濃主要經過細胞內代謝物濃度的變化，對酶的活性及含量度的變化，對酶的活性及含量進展調理，這種調理稱為原始進展調理，這種調理稱為原始調理或細胞程度代謝調理。調理或細胞程度代謝調理。單細胞生物單細胞生物 第二節第二節 代謝的調理與控制代謝的調理與控制高等生物高等生物 三級程度代謝調理三級程度代謝調理細胞程度代謝調理細胞程度代謝調理激素程度代謝調理激素程度代謝調理高等生物在進化過程中，出現了專司調理功能的內高等生物在進化過程中，出現了專司調理功能的內分

11、泌細胞及內分泌器官，其分泌的激素可對其他細胞發分泌細胞及內分泌器官，其分泌的激素可對其他細胞發揚代謝調理作用。揚代謝調理作用。整體程度代謝調理整體程度代謝調理在中樞神經系統的控制下，或經過神經纖維及神經在中樞神經系統的控制下，或經過神經纖維及神經遞質對靶細胞直接發生影響，或經過某些激素的分泌來遞質對靶細胞直接發生影響，或經過某些激素的分泌來調理某些細胞的代謝及功能，并經過各種激素的相互協調理某些細胞的代謝及功能，并經過各種激素的相互協調而對機體代謝進展綜合調理。調而對機體代謝進展綜合調理。激素和神經的調理是生物進化開展而完善起激素和神經的調理是生物進化開展而完善起來的調理機制，經過細胞程度和分

12、子程度的來的調理機制，經過細胞程度和分子程度的變化來表達。變化來表達。酶和細胞程度的調理是最根本、最原始的調酶和細胞程度的調理是最根本、最原始的調理方式，為動植物和單細胞生物所共有。理方式，為動植物和單細胞生物所共有。細胞程度的調理包括基因表達的調控、酶活細胞程度的調理包括基因表達的調控、酶活性的調控和細胞區域化調控三個方面。性的調控和細胞區域化調控三個方面。細胞區域化調理細胞區域化調理A真核細胞有復雜的內膜系統和細胞器。各類真核細胞有復雜的內膜系統和細胞器。各類代謝反響的酶定位于不同的細胞區域中，使各代謝反響的酶定位于不同的細胞區域中，使各代謝在空間上彼此隔開，互不干擾，按一定方代謝在空間上

13、彼此隔開，互不干擾，按一定方向進展。向進展。A膜運輸系統的活性也是可調理的，是代謝調膜運輸系統的活性也是可調理的，是代謝調理中一個重要環節。理中一個重要環節。不同酶在細胞內的分布不同酶在細胞內的分布多多酶酶體體系系分分 布布糖糖酵酵解解胞胞液液磷磷酸酸戊戊糖糖途途徑徑糖糖異異生生糖糖原原合合成成三三羧羧酸酸循循環環線線粒粒體體氧氧化化磷磷酸酸化化線線粒粒體體胞胞液液胞胞液液胞胞液液多多酶酶體體系系分分布布線線粒粒體體脂脂酸酸 氧氧化化脂脂酸酸合合成成胞胞液液內內質質網網、胞胞液液膽膽固固醇醇合合成成磷磷脂脂合合成成內內質質網網DNA、RNA合合成成細細胞胞核核不同酶在細胞內的分布不同酶在細胞內

14、的分布 酶的隔離分布的意義酶的隔離分布的意義 防止了各種代謝途徑相互關擾。防止了各種代謝途徑相互關擾。多多 酶酶體體 系系分分 布布蛋蛋 白白質質 合合成成多多 種種水水 解解酶酶溶溶 酶酶體體線線 粒粒體體 、胞胞 液液尿尿 素素合合 成成血血 紅紅素素 合合成成內內 質質網網 、胞胞 液液線線 粒粒體體 、胞胞 液液不同酶在細胞內的分布不同酶在細胞內的分布二二. .酶程度的調理酶程度的調理( (最根本、最普遍的調理方式最根本、最普遍的調理方式) )A生物在生命周期中，基因組的各基因表達隨生長生物在生命周期中，基因組的各基因表達隨生長發育有先有后，并受內外環境影響和誘導。發育有先有后，并受內

15、外環境影響和誘導。A原核和真核生物基因組原核和真核生物基因組A基因包括：基因包括：A編碼蛋白質的基因編碼蛋白質的基因A只轉錄沒有翻譯功能的基因，有只轉錄沒有翻譯功能的基因，有tRNA基因和基因和rRNA基因基因A不轉錄的基因，它對基因表達起調理控制造用，不轉錄的基因，它對基因表達起調理控制造用，包括啟動基因和支配基因控制基因包括啟動基因和支配基因控制基因A基因組基因組(genome)是指含有一個生物體生存、發育、是指含有一個生物體生存、發育、活動和繁衍所需求的全部遺傳信息的整套核酸。活動和繁衍所需求的全部遺傳信息的整套核酸。酶含量的調理基因表達的調理酶含量的調理基因表達的調理原核生物基因組的特

16、點原核生物基因組的特點染色體基因組為一條環狀雙鏈染色體基因組為一條環狀雙鏈DNADNA分子分子基因組小，不編碼的基因組小，不編碼的DNADNA部份所占比例很小部份所占比例很小構造基因普通是單拷貝，但是編碼構造基因普通是單拷貝，但是編碼rRNArRNA的基因的基因往往是多拷貝的往往是多拷貝的功能相關的基因構成支配元，或高度集中，并功能相關的基因構成支配元，或高度集中，并常轉錄成為多順反子的常轉錄成為多順反子的mRNAmRNA有重疊基因、重疊支配元景象有重疊基因、重疊支配元景象真核生物基因組的特點真核生物基因組的特點基因組遠大于原核生物的基因組基因組遠大于原核生物的基因組如人的單倍體基因組有如人的

17、單倍體基因組有3 3109 bp109 bp，大約含有，大約含有3 3萬個萬個基因；基因； 而而E. coliE. coli基因組約基因組約4 4106bp106bp，約有，約有40004000個個基因。基因。DNADNA與組蛋白等構成染色質，被包裹在核膜內，核外與組蛋白等構成染色質，被包裹在核膜內，核外還存在遺傳成分還存在遺傳成分( (如線粒體如線粒體DNADNA等等) )。體細胞普通是二。體細胞普通是二倍體倍體diploiddiploid，即有兩份同源的基因組，即有兩份同源的基因組單順反子單順反子(monocistron)(monocistron)，根本上沒有支配元的構造，根本上沒有支配元

18、的構造大量反復序列大量反復序列斷裂基因斷裂基因原核生物基因表達調控原核生物基因表達調控基因表達包括：基因表達包括：基因經轉錄、翻譯產生有生物活性的蛋白質基因經轉錄、翻譯產生有生物活性的蛋白質的過程。的過程。rRNA或或tRNA的基因經轉錄和加工產生成熟的基因經轉錄和加工產生成熟的的rRNA或或tRNA的過程。的過程。原核生物基因表達的調理主要轉錄程度原核生物基因表達的調理主要轉錄程度1930 H.Karstrom提出：誘導酶與組成酶提出：誘導酶與組成酶Jacob和和Monod等人等人1961年提出乳糖支配元年提出乳糖支配元(lac operon)學說學說支配元構造支配元構造支配子的調控模型乳糖

19、支配子模型乳糖支配子模型乳糖誘導的負調控乳糖誘導的負調控CAP-cAMPCAP-cAMP對轉錄的正調控對轉錄的正調控 cAMP的作用腺苷酸環化酶腺苷酸環化酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶大腸桿菌二階段生長景象大腸桿菌二階段生長景象大腸桿菌色氨酸支配子有有TrpTrp存在時存在時無無TrpTrp存在時存在時大腸桿菌色氨酸支配子大腸桿菌色氨酸支配子-衰減子模型衰減子模型前導序列前導序列UUUUU真核生物基因表達調控真核生物基因表達調控不同層次不同層次(p571)DNA和染色體程度的調控和染色體程度的調控基因擴增、基因喪失、基因重排、基因修飾、基因封基因擴增、基因喪失、基因重排、基因修飾、基因封鎖等。鎖等。轉

20、錄程度的調控轉錄程度的調控轉錄的起始、延伸的弱化、終止等。轉錄的起始、延伸的弱化、終止等。轉錄后轉錄后RNA前體加工及轉運的調控前體加工及轉運的調控真核基因在細胞核中轉錄，在胞漿中翻譯，轉錄后的真核基因在細胞核中轉錄，在胞漿中翻譯，轉錄后的加工包括剪切、拼接、編輯、修飾和轉運等。加工包括剪切、拼接、編輯、修飾和轉運等。翻譯程度的調控翻譯程度的調控翻譯后程度的調控翻譯后程度的調控mRNA降解的調控降解的調控細胞內有控制細胞內有控制mRNA壽命的機制。壽命的機制。真核生物基因表達調控的能夠環節真核生物基因表達調控的能夠環節真核基因轉錄程度的調控真核基因轉錄程度的調控A真核生物基因組中無支配元構造A

21、轉錄調控是經過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用實現的A順式作用元件(cis-acting elements)A 順式作用元件是對同一條DNA鏈上的基因表達起調控作用的DNA序列，它們與特定的功能基因連鎖在一同，可與許多蛋白因子結合而調控轉錄。包括啟動子(promoter)、加強子(enhancer)以及起負性調控作用的沉默子(silencer)。A反式作用因子trans-acting factorsA 與順式作用元件結合而影響轉錄的可分散蛋白稱為反式作用因子。酶活性的調理酶活性的調理酶原激活酶的變構調理前饋與反響作用酶的共價修飾級聯絡統1 1、酶原的激活、酶原的激活 某些酶先以無活性的

22、酶原方式合成或分泌，某些酶先以無活性的酶原方式合成或分泌，然后在到達作用部位時由其它酶作用，使然后在到達作用部位時由其它酶作用，使其斷裂或失去部分肽段從而構成或暴露活其斷裂或失去部分肽段從而構成或暴露活性中心、構成有活性酶分子的過程。性中心、構成有活性酶分子的過程。2、酶的別構效應、酶的別構效應別構效應效應物： 專門合成的效應劑(體外) 底物、產物或代謝途徑的最終產物 與該代謝酶系有關的輔酶和核苷酸類化物。前饋與反響前饋與反響限速酶限速酶(標兵酶標兵酶)反響抑制類型單價反響抑制單價反響抑制二價或多價反響抑制二價或多價反響抑制順序反響抑制順序反響抑制累積反響抑制累積反響抑制累積反響抑制實例累積反響抑制實例協同反響抑制協同反響抑制同工酶調理同工酶調理氨基酸合成的同工酶調理氨基酸合成的同工酶調理3、酶的共價修飾、酶的共價修飾酶的共價修飾：酶的共價修飾：磷酸化磷酸化/ /去磷酸化；去磷酸化；乙酰化乙酰化/ /去乙酰化；去乙酰化；腺苷酰化腺苷酰化/ /去腺苷酰化；去腺苷酰化；尿苷酰化尿苷酰化/ /去尿苷酰化；去尿苷酰化；甲基化甲基化/ /去甲基化；去甲基化；氧化氧化(SS)/(SS)/復原復原(2SH)(2SH)。酶的磷酸化與脫