第十一章

物質代謝的聯系及其調節第一節代謝途徑的相互聯系一、糖代謝與脂類代謝的相互聯系

糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解從頭合成糖可以在生物體內變成脂肪。脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循環

-氧化糖異生脂肪不能大量轉變為糖，除了油料作物種子。TCA糖代謝和脂類代謝的關系延胡索酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循環乙醛酸循環甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸

氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物二、糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白質

NH3糖可以轉變為蛋白質。蛋白質氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）蛋白質可以轉變為糖。三、脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯系

脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質蛋白質氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）由脂肪合成蛋白質的可能性是有限的。蛋白質間接地轉變為脂肪。四、核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯系

核酸是細胞內重要的遺傳物質，控制著蛋白質的合成，影響細胞的成分和代謝類型

核酸生物合成需要糖和蛋白質的代謝中間產物參加，而且需要酶和多種蛋白質因子。各類物質代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質合成與糖異生作用。核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。

五、糖、脂類、蛋白質和核酸之間的代謝聯系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖在分解代謝中，大分子化合物分三個階段逐步降解，在第一階段它們降解為單體；在第二階段這些單體又轉變成更簡單的中間代謝物（乙酰CoA）；最后第三階段是乙酰CoA和其它產物氧化成水和CO2。合成代謝則經歷反向三個階段，首先是小分子作為起始原料合成簡單有機物；第二階段是簡單有機物進一步合成構造大分子所需的單體；第三階段是由單體合成大分子化合物。第二節代謝調節

代謝調節是生物長期進化過程中為適應環境的變化而形成的一種適應能力。在正常情況下，各種代謝途徑幾乎全部按照生理的需求，有節奏、有規律地進行，同時，為適應體內外環境的變化，及時地調整反應速度，保持整體的動態平衡。可見，體內物質代謝是在嚴密的調控下進行的。一、代謝調節的四級水平（層次）

進化程度越高的生物，其代謝調節的機制越復雜。

酶水平：酶的活性和酶的調節，細胞內局部細胞水平：代謝物變化改變多種酶之間的相互作用關系，

激素水平：分泌細胞產生激素對其它細胞進行調節，高等多細胞生物。神經水平：整體水平調節，高等動物。代謝調節的四級水平細胞水平調節酶水平調節單細胞生物激素水平調節植物

動物神經水平調節二、酶量的調節酶含量的調節就是通過改變酶的合成和降解速度，來調節細胞內酶的含量，進而影響代謝速度。（一）酶合成的調節(基因表達水平的調節)酶合成的調節是通過酶的有無或多少（酶濃度）的變化來調節代謝速率，屬“粗調”。是基因表達水平上的作用。酶合成的調節分為三個水平：轉錄水平、轉錄后水平和翻譯水平調節

兩種方式：酶合成的誘導酶合成的阻遏。（1）、酶合成的誘導

在有誘導物存在時大量產生的酶稱誘導酶。通常底物就是誘導物，酶也可誘導自身的合成。e.g.水稻在含硝酸鹽的溶液中，誘導形成硝酸還原酶，在培養液中不含硝酸鹽，幼苗中就不含這種酶。NO3-

→NH4+

誘導的實質是：開啟酶合成相關基因的表達。1、轉錄水平的調節（2）、酶合成的阻遏

代謝反應的終產物阻遏酶的合成。如色氨酸積累可阻止大腸桿菌中色氨酸合成酶的生成。

阻遏的實質是：阻遏物關閉了合成酶的基因表達。e.g.大腸桿菌培養在只含無機鹽及單一碳源的培養基中細胞內可以測出色氨酸合成的酶系，能利用C源和無機分子合成色氨酸；如果在培養基中加入色氨酸，大腸桿菌中色氨酸合成的酶系就明顯降低。（3）、酶合成調節的遺傳機理：操縱子學說

Jacob和Monod在研究大腸桿菌的β-半乳糖苷酶合成的遺傳基礎上,1961提出了控制基因表達的操縱子學說。1965獲NoblePrize.

操縱子（Operator):是指在轉錄水平上調控基因表達的協同單位，它包括啟動子、操縱基因以及在功能上彼此相關的幾個結構基因。遺傳學上一般將決定某種蛋白質的某一段DNA成為某基因。按照基因產物的性質，基因可分為結構基因、調節基因和沒有基因產物的基因。結構基因的產物是酶、結構蛋白、抗原蛋白等；調節基因的產物是阻遏蛋白或誘導蛋白。啟動子和操縱基因則是沒有基因產物的基因。啟動子是在轉錄合成mRNA時RNA聚合酶附著的位置，操縱基因是阻遏蛋白的結合位置。

酶的誘導或阻遏是在調節基因產物阻遏蛋白的作用下，通過操縱基因的表達或開閉控制結構基因或結構基因組的轉錄而進行的。誘導型操縱子：大腸桿菌乳糖操縱子

調節基因表達產物為阻遏蛋白，乳糖為誘導物調控過程：阻遏蛋白與誘導物結合成復合物→使阻遏蛋白失活→不能與操縱基因結合→操縱基因表達（不被阻遏）→結構基因Z、Y、A表達→半乳糖苷酶、半乳糖苷通透酶、半乳糖苷轉乙酰基酶能合成。大腸桿菌乳糖操縱子模型

誘導型操縱子：乳糖操縱子模型有誘導物，基因表達。

無乳糖（誘導物）→阻遏蛋白與操縱基因結合→轉錄受阻→基因Z、Y、A不表達阻遏型操縱子：色氨酸合成酶操縱子

含5個結構基因，編碼合成Trp的全部酶系。控制方式：調節基因表達的產物阻遏蛋白無活性→Trp存在時與其結合→阻遏蛋白激活→與操縱基因結合，阻止RNA聚合酶前進→結構基因不轉錄→無酶合成。ABCDEopLatrpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpAE.coli色氨酸操縱子模型Trp合成途徑還存在色氨酸操縱子中衰減子所引起的衰減調節。2、轉錄后的調節主要包括1）、真核生物mRNA轉錄后的加工：5’加帽子；3’加PolyA；內含子切除；外顯子拼接核內部甲基化。2）、轉錄產物由細胞核向胞質運輸：一旦成熟，由核孔運到胞漿。3）、mRNA在胞質中定位：只有運輸到目的地后才用于蛋白質的合成。3、翻譯水平的調節（1）、原核生物mRNA翻譯水平的調節主要受控于5’端與核糖體的結合部位，該部位通常位于AUG上游約10個核苷酸的地方（SD序列）。凡是由強控制部位結構特征的mRNA，翻譯起始頻率就高；反之就低。（2）、真核生物在翻譯水平上的調節主要是控制mRNA的穩定性和有選擇進行翻譯。（二）酶降解的調節

近年來研究表明，蛋白質的壽命與其成熟的蛋白質N末端的氨基酸有關。當N末端為M（Met）、S（Ser）、A（Ala）、I（Ile）、V（Val）和G（Gly）氨基酸時，成為穩定的長壽蛋白質，而N末端為精氨酸（Arg）和天冬氨酸（Asp）時，則很不穩定。改變N末端氨基酸可以明顯改變其降解的半壽期。真核細胞內普遍存在一種泛肽（ubiquitin），一旦泛肽與蛋白質結合，蛋白水解酶即能識別并降解蛋白質。三、酶分子的活性調節

酶活性調節稱“微調”。指酶的含量水平基本恒定時通過酶分子的修飾而改變其活性。屬于快速調節類型（酶量調節屬于緩慢調節類型）。酶活性調節包括：

1、酶原激活：無活性變為有活性。

2

、共價調節3、酶分子的變構調節等

變構酶對調節物濃度變化的敏感性，調節其活性。通過對產物或底物的反饋調節進行變構反應。

1、酶原激活

1）酶原：酶的無活性前體。

2）酶原激活（不可逆的共價修飾）：某些酶先以無活性的酶原形式合成或分泌，然后在到達作用部位時由其它酶作用，形成有活性酶分子的過程。3）酶原激活的實例

胰凝乳蛋白酶原的激活

胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶（245AA殘基）A鏈+B鏈（1-15）（16-245）C鏈+D鏈+E鏈

（1-13）（16-146）（149-245）

胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶Ser14-Arg15Thr147-Asn148水解芳香族AA羧基形成的肽鍵2、酶的共價修飾和級聯系統（1）.共價修飾（covalentmodification）：指在專一酶的催化下，某些小分子基團共價地結合到被修飾的酶分子上，使被修飾酶的活性發生改變，從而調節酶活性。

a.共價修飾調節酶：即通過共價修飾調節活性的酶叫共價修飾調節酶。b.共價修飾的類型：

磷酸化/去磷酸化（主要存在于高等動、植物細胞中）腺苷酰化/去腺苷酰化；（主要存在細菌中）乙酰化/去乙酰化；尿苷酰化/去尿苷酰化；甲基化/去甲基化；S-S/SH糖原磷酸化酶和糖原合成酶活性的調節

糖原的合成

糖原合成酶a

(脫磷酸化，有活性)

糖原磷酸化酶b

(脫磷酸化，無活性)ATPADPPiH2O糖原合成酶b（磷酸化，無活性)糖原磷酸化酶a（磷酸化，有活性）ATPADPPiH2O糖原的分解（2）.級聯系統（cascadesystem）：連鎖代謝反應中一個酶被激活后，連續地發生其它酶被激活，導致原始信號的放大。這樣的連鎖代謝反應系統叫級聯系統。

實例：腎上腺素作用于膜受體，引起效應器活化，進而引發一系列的胞內連鎖反應（p322）。

腎上腺素的級聯放大作用（介紹級聯反應的意義）（1）使信號（激素信號）放大:（腎上腺素濃度10-8-10-1