《生物化学》教案 授课题目 学时安排 第十九章 代谢关系与调控 6学时 学握物、能、信息三大代谢关系：代谢相互关系（网 络)：代谢的基本要略：前馈与反馈：产能反应与需能反 学 应的调节：酶的共价修饰与连续激活：原核生物基因表 达的调节：真核生物基因表达的调节。 的 熟悉分解与合成的的单向性：ATP与NADPH的作 和 用：细胞结构和酶的空间分布：细胞结构对酶的调控作 用：激素和递质受体的信号传导系统。 求 了解蛋白质的定位控制：门空离子通道与神经信号 的传导。 代谢网络 教学 反馈、共价修饰 重点 原核生物基因表达 教学 代谢网络 难点 基因表达 教学 讲授结合多媒体课件 过程 作业 P579习题之1、2、3、4、5、6、12、17
教学内容 导言 上面我们分别讨论了糖类、脂质、蛋白质、核酸的分解与合成。这些代谢就像前面所 说的各自独立进行吗？ 一个小小的细胞内有如此多的代谢过程，有些目标是相同的，如各种能添物质的生物 氧化，都是为了合成ATP:有些目的是相反的，如糖原的降解与合成、糖酵解与糖异生、脂 肪酸的B氧化与从头合成：有些是有先后顺序的，如转录与翻译；有些是殊途同归的，知各 种途径产生的氢，都进入呼吸链：有些是同途殊归的，如色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸都未自 于莽草酸途径产生的分枝酸：等等等等。可谓多种多样，错综复杂， 如何才能使其相互沟通，有条不紊呢？ 第十九章代谢关系及调控 第一节细胞代谢的调节网络（关系） 一、物、能、信息三大代谢关系（掌握） 物质代谢 S一一→一→一P分解合成 能量代谢 ADP→ATP低能状态高能状态 信息代谢 遗传信息的传递，表达 信息分子的合成、运输、灭活 三者关系任何物质代谢总有能量变化，而能量变化总是伴随者物质秩序的变化（熵 变，而上述变化总是受着信息（遗传信息、信息分子）的调节控制，而信息物质的合成总 是离不开物质原料和能量消耗，即 物质代谢十能量代谢·→信息代谢 三方协调，细胞的生命活动有序进行，关系一旦破坏，生命便异常芒至终结。 例上述任何一方被抑制，都可杀死细胞 放线菌素D结合DNA双铁使之不能解开，不能转录 链霉素、四环素阻止30S亚基功能发挥，不能翻译 氯化物、C0不能呼吸 磺胺药杭叶酸合成 每一种药物只抑制其一的一个代谢环节，但都是要命的。 二、代谢相互关系（网络）（重点难点） 脱、异构等)转化种类繁多的分子。不同途径中的共同中何产物互通使各途径得以沟通，形 成经济有效、运转良好的代谢网络。 关能中立物6腾酸萄萄、丙围移、乙碰铺A 重要中间产物 磷酸二羟丙酮、酸烯醇式丙酮酸、草酰乙酸、á丽戊二酸、磷 酸核裤等 乙酰C1是糖、脂、氨基酸代湖共有的重要中间代物，三羧酸循坏是- 大背养物最终代湖途径，是转化的解组
相互联系（代谢树络）示意图见P540图1 (二)物质代谢的相五联系 1、糖代谢与脂肪代谢的关系 可以转变成脂 障脂和加固醇 二羟丙蘭碎酸经甘油磷酸脱氢催化变成甘泌 口-磷酸：丙弱酸氣化脱按变成乙酰辅脖A,再合成双数碳原子的脂防酸。 在动物和人，脂防转变成推量很少。甘油可经潮异生变成糖原，但脂防酸代谢的乙 藏铺整A小能转变成丙弱酸，木能异生成。数然甘、丙丽和丙藏CM可以转变成指， 比量微不足道 枝物体内有乙酸循坏途径，所以，脂防转变成惟最大 多糖一单糖一碎酸二羟丙酮→甘油→」脂 →乙酰辅牌A→脂肪酸一肪 !微生物、油料种子 糖·草酰乙酸 2、糖代谢与蛋白质代谢的关系 多糖→单糖一酮酸等一非必需氨基酸一蛋白质 蛋白质→生糖氨基酸一单糖→多糖 梦不能转变成蛋白质，而蛋白质可转变成。代谢产生的▣-酶酸（丙蘭酸、▣醇 戊二藏，草赞乙截)氨基化和转氨生成应的非必需氨基酸。蛋白质分解的20种氨基酸（亮 氨酸、 茵氨酸除外，均可生成·酸转变为脑 3、脂肪代谢和蛋白质代谢的关系 脂不能转交为蛋白质，而蛋白质可转变为脂类因为脑防酸转变成氯基酸仅限于谷氛酸， 且需草屁乙酸存在（来源糖人 氨基酸代谢可生成乙酰CA合成脂的原料 4、核酸和此他物质代谢的关系 蛋白质 糖类 脂肪 ①1↓② ③↑↓④ ⑤1↓@ 核移 核酸 酸 ①信息表达，AP、GP等 ②德、氨基酸、能源等。 ③核糖、ATP、UTP等。 ④核糖、能源等。 ⑤ATP,CTP等 ⑥能源等 核酸和其他物质代湖的关系切。核酸通过制蛋白质的合成影胞的组成成分和 代谢类型，痰酸代谢璃不开萄收调节蛋。 许多核甘酸本物质代训中起承要作用，TP叁与被的合成，CTP叁与障脂的合成，CTP 为蛋白质合成所必需。许多铺南为核甘酸衍生物。氨基酸及具代谢产生的一碳单位，糖代谢 酸成船途径产牛的磷酸是合成核甘酸的原料。 三、分解与合成关系（熟悉）
单向独立进行 关韩纯的单向性导数 有利于代谢调控 知G+ATP-6-P-G+ADP 6-P-G+H20-G+Pi 葡萄糖经酵解转化为乳酸，乳酸经糖异生转化为葡萄糖 四、ATP、NADPH的作用（掌握） ATP是能量我体、中转物、传递者 NADPH是还原力 五、代谢的基本要略（掌握） 形成ATP、还原力和构造单元，用以合成生物大分子。 构建自身 自养生物 光一△TP+NDPH 无机营养物一一 一一自身物质 异生：物 营养物一组成单位一分 解 代谢 详见P543图5 ATP十NADPH构造单元 自身物质 第二节酶活性调节 代谢调节据述 生物界代的调节，可分为4个水半：神水半调节、细胞水半调节、激素水半调节 神经水平调节。 牌水平 酶活性变化 别构作用、共价修饰、原激活、南双关 梅含量变化合成、降钢 调节一个代谢途径 细胞水平 酶区域化 细胞内代谢平衡 激素水平膜上受体介导膜内受体介导 细胞间代谢Ψ衡 神经水平 直接作用间接作用 细胞代谢华衡 、别构调节（熟悉） 变构剂与牌的调节亚基或调节部位非共价结合，引起酶分子构象改变，从而改变嫩活性。 受涸节的游称为变构喇成别构傅。变构剂有底物、产物、代谢途径终产物及小分子甘酸类 物质。变构效应有变构激活和变构制。变构调节主要以反方式控制的活性，反抑 (负反敛)普存布 1、前馈与反馈 正（激活）、负（抑制）
例前馈激活6一磷酸葡萄糖别构激活德原合酶 前债抑制乙酰辅磷A别构抑制乙酰辅碑A羧化鹂 为避免代谢途径过分拥挤，转向另一途径 反债 TP别构瀲活磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 反债抑制天冬氨酸别构抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 2、类型 (1)无分支代谢 单价×馈 简单反情 图 (2)有分支代谢 多价×馈 顾序反惯 如PEP一草酰乙酸一天冬氨酸+氨甲酰磷酸一→·一UTP 协同反馈 如谷 谷胺一一一组 甘 色 同工酶反馈图 一赖 如 上 天冬一天酰磷酸→天冬氨酸B半醛 E2￥ 苏 累积反馈 图 等于 如谷氨酰胺合成酶受甘、丙、色、组、CTP,AM、磷酸葡糖胺、甲 酰磷酸等有谷胺转氨的产物累积反馈抑制 合作反馈图大于 如积累反馈抑制的一种，较少见 二、产能反应与需能反应的调节（掌握） ATP-→ADP+P 质量作用比[ATP]/[ADP[P时] 因为某些碑亦受AP影响，现在用能荷概念： 能荷ATP+12[ADP]/[ATP][ADPI[AMP] 0 小、滋活：大、抑制 常见调节点 磷酸果糖微梅 Pi、AMP、ADP激活；ATP,柠檬酸抑制 丙酮酸滋酶 ATP、柠檬酸抑制. 柠檬酸合酸 ATP抑制 丽戊二酸脱氢系 ADP渤活 产能代谢调节位点为什么不在葡萄槽激 因为该反应不仅仅是产能代谢。6磷酸葡萄糖是许多代谢的原料 6-藓酸果糖+ATP→1,6-二磷酸果槽+ADP
ATP是底物，又是别构抑制剂，如何理解？ !结合基田和调节基田与ATP亲和力不 前者大，后者小 只有ATP浓度较高时才与调节基团结合，) 特异激活剂与抑制剂、蛋白酶解对醉活性的影响两个问题，即为酶原澈活，已见酶一章， 自习。 三、酶的共价修饰与连续激活（重点） 分子的某些基团在另一种催化下发生化学共价饰(磷酸化/脱磷酸，乙酰化 脱乙，甲基化脱甲基等)，使脖的构象改变，从而改变活性。 具有放大效应 以上两种调节用能成。对某一具体的梅而言，可同附受到它们的调节。 共价修饰概念已见酶活性调节一章。 (一)级联反应 几种酶顺次连续滋活的连锁代谢， 此通式为 效应物（转导物一）核酸环化酶等一第二信使→傅1→悔一调节酶代谢 效应 (二)举例 见蓓原代谢调节 (一)级联反应意义 使信号放大 提供史多的调控位点 如cAMP激活蛋白激酶，细胞内相关蛋白都祓磷酸化，各种相关代谢都被 调节：糖原合成停止、降解开始、胎肪合成停止，糖异生开始等等 使关键梅出敏感 指把酶修饰后，更易受效应物的剔构作用 第三节细胞结构对代谢途径的分隔控制 (区域化调节) 一、区域化（熟悉） 亚绑胞结构区域，本细胞内有一定的分 区城化指酶、底物、产物等在细胞内的局部性分布，或物质在细胞内的定位。 1、区域化意义 使细胞内代谢按一定速度（如线粒体内ATP浓度低，有利于磷酸化）、一定方向（如 绛梭作用)讲行，结果使代谢反应得以有条不斋，百不干扰，并目相互协话和制约，受到特 确的调节。如果没有区域化，代谢就会混乱无秩序（如脂肪酸合成与氧化就会循环进行）， 代谢物就不会定向转移（如穿棱作用就会双向进行）。 极端例子：溶酶体中的酶不区域化，…… 2、代谢区域化举例 细胞亚结构 酶系（途径） DNA复制、转录、转录后加工
内质网 蛋白质合成、加工、多糖/德脂/磷胎/糖蛋白甩固醇等合成 细的质 酵解、P叩、糖原合成分解、棺是生、脂肪酸/核苷酸蛋白质合成 线粒体 丙酮酸氧化、三羧酸循环、氧化磷酸化、脂肪酸氧化 尿素循环 转、谷氨酸脱氨、脸肪酸链廷长、少数DNA/RNA/蛋白质合成 溶酶体 大分子物质水解 高尔基体 核蛋白、多慈、粘液生成 过氧化物酶体氧化酶、过氧化物酶 ATP腾、cAMP腾等 3、区域化的实现 膜系分隔 物质定向转移 二、膜结构对代谢的调节作用（熟悉） 1、控制黔膜离子浓度和电位梯度 如膜的板化： 去校化：钾钠不均分布 线粒体、叶绿体内膜内外氢离子浓度梯度等 2、控制细胞和细胞器的物质运输 即内外物质交换、胞膜运给等 见细胞学 3、内膜系统对代谢的分隔作用 即区域化 4,膜与酶的可逆结合 结合后可影响酶活性，这种晦叫双关酶。一般结合态活性高 如己糖激酶、谷氨酸脱氢酶等 三、蛋白质的定位控制（了解） 详见蛋白质合成一章 第四节酶含量调节 (基因表达调节) 通过议变酶的合成或降解以调节细胞内酶的含量，从而调节代谢的速度和强度。属迟 缓调节。酶合成是受基因表达调节的，可在转买和翻译水半逃行。 基因表达指遗传信息的转录和翻译过程，其调节主要在转录水平 、原核生物基因表达的调节（重点、难点） 1960-1961年Jcob和Monod对大腾杆菌乳鹅发酵过程榜的诱导合成及各种突变型研 究后，是出了操纵子模型.操纵子是原核生物基因表达的协调单位，一般合26个基因。操 纵子模型的核心是对原牛物基因的划分，以后为基因结构分析证实并丰富该模型，还发现 色氨酸燥纵子、半乳游燥纵子等。转录的志始是基 表达的基本控制点。 )操纵子模型 1961年Jacab和Monod
转录单位 转录单位 P调节P樑纵基因结构基因■ ↓ mRNA mRNA 阻遏蛋白 1 2牌3 1、诱导 一觳水解酶类 环境中无底物时，胞内无水解该底无的酶，因为 阻谒蛋白与操纵基因结合，燥烈纵子关闭 环境中有底物时，胞内有水解该底物的酶，因为底物与阻遏蛋白结合的复合物不能与 操纵基因结合， 导致操纵基因开启 能与阻遏蛋白结合使之失去结合操纵基因能力的化合物称为诱导物。 阻遏蛋白-诱导物复合物个与操纵基因结合，操纵子开启 2、阻過 一般合成类 环境中无产物时，胞内有合成该产物的酶，因为 阻遏蛋白不与操纵基因结合，操纵子开启 环境中有产物时，胞内无合成该产物的碑，因为产物与阻透蛋白结合的复合物能与 操纵基因结合，导致操纵基因关闭。 能与阻燙蛋白结合使之获得结合操纵基因能力的化合物称为共抑物。 阻遏蛋白共抑物复合物与操纵基因结合，操纵子关闭 如乳糖操纵子（见P563图22） B半乳糖苷酶（水解乳糖）.B半乳糖苷透性酶（转位）.B半乳糖苷转乙酰酶（不清） 糖0织子Lactose on on)山一组功能用关的结构基因e、y,a),侯纵基因(o。 启动基 节基因)组成 个结构基因“开放”可转录同一条mRN4,再泽 出3种利用乳猫的颜 乳鹅探纵子“开”与“关”是在独立的石，负调节因子作用下完成的。 阻遏蛋白是负调书因子，cAP-(CAP是正调节因子 如色氨酸操纵子图 无论诱导还是阻遏，阻遏蛋白都是起负调节作用，即阻或不阻。 另有正调节作用，即促或不促 (二)降解途径操纵子的促进作用（降解物阻遏）
迥 节 子 P调节基1P操纵了1P操纵了2P探纵了31 促进启动 mRNA CAP+cAMP 葡萄糖降解产物x促cAMP水解，抑cAMP合成 (降解物基因活化蛋白/环腺甘酸受体蛋白) 这里调节蛋白为正调节作用，即促 但它的活性需cAMP,而cAMP的浓度受葡萄糖降解产物X影响，所以，有葡萄糖 时，该基因开启，但不转录.这就解释了葡萄糖效应」 解释细菌在葡萄糖及乳糖为碳源的环境中为什么会形成二次生长曲线 细数 葡萄糖十乳糖 简萄掂 乳袖 +时 代谢简萄糖的酶为组成梅 代谢乳糖的啊为诱导膊 无乳裤时 乳糖操纵子关闭，无代谢乳的酶 只有乳神时 乳独操纵子开启，合成代谢乳糖的 有乳糖，但也有葡萄糖时 乳糖操纵子开启，但山于有葡萄糖，其代附产物x 使cAMP浓度下降，启动子不启动，无代谢乳糖的膺 当葡萄糖用尽时，AMP浓度上升，启动子启动，合成代谢乳糖的牌 燥纵基因开启，不一定有该基因产物 可见诱导调节的精细。阻遏调节也同样精细。 如色氨酸操纵子，无色氨酸时，操纵子启动：但若无其它氨基酸，色氨酸合成酶基 因也不转录，称之为衰减作用 即合成途径的酶类除受阻遏调节外，还有衰减作用，即使已开始的转录停止或减骑 (三)合成途径操纵子的衰减作用 操纵基餐减了结构基因 衰减子具有衰减作用信息的DNA序列，位于操纵基因和结构基因之间， 衰减作用使已开始的转录停止或减弱的作 (起作用由衰减子转录产物发挥，所以说衰减子有衰减作用信息) 衰减机制衰减子编码前导肽和转录终止信号
前导肽不能合成或完金合成，终止信号形成： 前导肽部分合成，终止信号不形成 片27 (整条为衰减子转录产物) 有色氨酸时 色氨酸操纵子关闭，无合成色氨酸的南 无色氨酸时 色氨酸保纵子开启，开始转录，翻译 当也无其它氨基酸时，前导肤不能合成，终止信号形成 不需 当有此它氨基酸时，前导合成个色氨酸密码子，终止信号不能形成 当色氨酸浓度高时，前导肽完全合成，终止信号形成 已够用 操纵基因开启，不一定有该基因产物 意义在于更精细底调节，当环境中无色氨酸时，合成酶基因开启，但若无 其它氨基酸，转录产物即浪费。 (四)生长速度的调节 细南在营养状况不同的培养基上表现不同的生长速度 细菌的生长速度是靠通过控制rRWM等的转录来调节的。 机理是：构成核糖体的rA及有关蛋白质，转录酶各亚基及有关因子的基因相 石混杂组成0几个操纵子都乎游离核糖体蛋白质的阳 出节养多 ,蛋白质合成无法进行，核糖体处干解聚状态，游离核糖体蛋白 阻上述操纵子 (这 种现象称为严紧控制：为节省其贮存物降代谢活动降至最低，借以液 过艰难时期，等待环境条件的政善。) 当营养充足时，蛋白质合成大量进行，核糖体处于聚合状态，无游离核糖体蛋白 质，上述基因开启」 (五)基因表达的时 上述调节都是受环境影响的，称为适应调节：基因表达随内外环境条件的变化而 如以调整， 这类基因称为可调基因；他们的产物只有在细随需要时才表达，称为可调型表 达 与可调型基因不同 一些基因的表达不受环境影响，称为时序控制：基因表达 按一定的时同程序展现。（如细电分裂分化等。不好理解，举 高等生物如小麦：萌发、 出土、分莱、拔节、抽穗、开花、结实、成熟、死亡。此过程是不受环境改变的，营养贫乏 就7月开花？营养丰富就3月开花？) 这样的共因称为管家共因：其表达产物大致以框定水平始终存在于匈胞内，称 为组成型表达。如呼吸酶类一时一刻都不可缺 时序控制是基因见相互作用的结果，早期基因产物激活中期基因，中期基因产 物激活晚期基因。 (六)翻译水平的调节 1、不同mRNA翻圣能力的异 mRNA5端起始密子上游的枝糖体结合部位(SD序列)有强弱之分： 强的与核体结合的机会大，翻译得多： 弱的与核糖体结合的机会小，翻译得少