《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 教 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 目 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 袋 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 讲授结合多媒休课件 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，如各种能源物质的生物 氧化，都是为了合成T:有此目的是相反的，如糖原的修解与合成、糖球解与糖是生、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 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、苯丙氯酸、酪氨酸都来自 于莽苹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，有条不素呢？ 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+++p公解合 能量代谢 DP一ATP低能状态高能状态 信息代期 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)，而上述查化总是受着信息《贵传信息、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+能量代谢 ·信息代诊 三方协调，细胞的生命活动有序进行，关系一旦破坏，生命便异带甚至终结。 例上述任何一方祓抑制，都可杀死细胞， 放线茵素D结合DNA双链使之不能解开，不能转录】 链霉素、四环素阻止30S亚基功能发挥，不能译 氟化物 不能呼吸 璞胺药抗叶酸合减 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) (一)物质代谢的原则和方略 将各类物质分别纳入各自的共同代谢途径，以少数种类的反应（氧化、还原、转移.加 脱、异构等)转化种类警多的分子。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。 关能中向产物6磁酸萄萄糖、丙审酸、乙酥铺酸A 重要中间产物 磷酸二羟丙酮、磷酸烯醇式丙酮酸、草酰乙酸、á丽戊二酸、磷 酸核掂等 乙碰Cd是翻，脂.氨基酸代谢共有的重要中间代谢物，三发酸循坏是二 大背莽物最终代谢途径，是转化的帆纽
相五联系（代树络）示意图见P540图1 (一)物后代谢的相万联系 1、代谢与脂肪代谢的关系 可以转变成脂防 二羟丙蘭障酸经甘油磷酸脱红催化变成甘 ·-磷酸：丙丽酸氣化脱度变成乙酰辅脖A,再合成双数饯原子的脂防酸。 在动物和人，脂肪转变成推量很少。甘油可祭游异生变成辅原，但脂防酸代谢的乙 發被A不能转李成丙酮酸，人能异华成。拉然甘油、万贺和雨疑CM可以转座成， 其量微不足道 枝物体内有乙酸循不途，所以，脂防转变成惟量大 多糖一单糖一碎酸二羟丙酮→甘油→了脂 一→乙酰辅悔A→脂肪酸一门肪 !微生物、油料种子 糖一草酰乙酸 2、糖代谢与蛋白质代谢的关系 多糖一单糖一嗣酸等一非必需氨基酸一蛋白质 蛋白质·生酷氨基酸·单糖·多糖 不能转变成蛋白质，而蛋白质可转变成。代谢产生的-酶酸（丙酶酸、 戊二酸，草酰乙酸)氨基化和转氨生成应的非必需氨基酸.蛋白质分解的20种氯基酸〔另 氨酸、氨酸除外)，均可生成-酸转变为猫 3、脂肪代谢和蛋白质代谢的关系 脂不能转交为琴白质，而蛋白质可转枣为脂举，因为脂防酸转枣成窥基酸风限于公窥酸 且需草乙酸存在（来糖人 氯酸代谢可生成乙府合成时脂的原 4、核酸和其他物质代谢的关系 蛋白质 类 脂肪 ①1↓2 ③↑1④ ⑤1↓@ 酸 核酸 核酸 ①信息表达，ATP,GTP 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 核酸和其他物质代的关系帝切。核酸通过惊制蛋白质的合成影啊翻胞的组成成分利 代谢类型，德酸代谢离不开游使调节蛋日。 许多核甘酸在物质代训中起重要作用，TP金与的合成，CTP叁与障脂的合成，C7P 为置白质合成所必需。许多铺南为核苷酸生物。氨基酸及其代谢产生的一碳单位，代谢 酸成途产生的腾酸是合成模苷酸的原料。 三、分解与合成关系（熟悉）
单向独立进行 关键博的单向性导致 有利于代谢调 G+ATP=6- -C+AD 6-p-G+H20-G+P1 葡萄糖经酵解转化为乳酸，乳酸经槽异生转化为葡萄糖 四、ATP、NADPH的作用（掌握） 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→ATP+NADPH 无机营养物一一一→自身物质 异养牛物 营养物一组成单位一分解代 谢 详见P543图5 ATP+NADPH构造单元 自身物质 第二节酶活性调节 代谢调节概述 生物界代谢的调节，可分为4个水半：牌水半调节、细胞水半调节、激素水平调节、 神经水平调节。 酶活性变化 别构作用、共价修饰、蒋原激活、双关 悔含最变化 合成、降解 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 细胞间代谢平衡 神经水平 直接作用间接作用 细胞间代谢平衡 一、别构调节（熟悉） 变构剂与蔗的调节亚基或调节部位非共价结合，引起酶分子构象改变，从而改变撼活性。 受调节的潮称为变构喇或别构酶。变构剂有底物、产物、代谢途径终产物及小分子核甘震类 物质。变构效应有变构激活和变构柳制。变构调节主要以反锁方式控制的活性，反微柳制 (负反)普存在 1、前馈与反馈 正（激活、负（抑制）
例前债意活6一磷酸萄萄德别构激活德原合酶 前债抑制乙酰辅磷A别构抑制乙酰辅酵A羧化酶 为避免代谢途径过分拥挤，转向另一途径 反债薇活TP别构澈活磷酸烯酶式丙酮酸羧化倒 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 单价×馈 (2)有分支代谢 多价×馈 顶子反惯 图 如PEP一草酰乙酸一天冬氨酸·氨甲酰磷酸一一→一UTP 孙同反馈 谷胶 →→+组 甘 色 同工酶反馈图 一赖 如 天冬一天酰磷酸→天冬氨酸B半醛 E2 累积反馈 图 等于 如谷氨酰胺合成酶受甘、丙、色、组、CTP,AMP、磷酸葡糖胺、氨甲 酰磷酸等有谷胺转氨的产物界积反馈抑制 合作反馈图大于 如积聚反馈抑制的一种，较少见 二、产能反应与需能反应的调节（掌握） ATP-→ADP+Pi 质量作用比[ATP][ADP[Pi] 因为某些碑亦受P影响，现在用能荷概念 能荷 常见调节点 磷酸果糖激梅Pi、AMP、ADP薇活；ATP、柠檬酸抑制。 丙酮酸藏酶 ATP、柠檬酸抑制。 柠楼酸合酸 酮戊二酸脱氢系 ADP激活 产能代谢调节位点为什么不在葡萄槽激酶 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-磷酸果糖+ATP→1,6-二磷酸果格+ADP
ATP是底物，又是别构抑制剂，如何理解？ !结合共团和调节基团与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、蚕白酶解对活性的影响两个问题，即为薛原激活，已见酶一章 自习。 三、酶的共价修饰与连续激活（重点） 静分子的某些基团在另一种催化下发生化学共价悠饰（创障酸化/脱磷酸，乙酰化 脱乙酰 使 的构象改变，从而改变摩活性。具有放大 应 以上两种调节相辅棉成。对某一具体的酶而言，可同时受到它们的调节。 共价修饰报念已见酶活性调节一章。 (一)级群反成 几种德顺次连注激活的连锁代射 其通式为 效应物一（转导物一）核甘酸环化酶等一第二信使一酶1一一调节傅一代谢 效应 (二)举例 见藉原代谢调节 (一)级联反应意义 使信号放大 提供史多的调控位点 如©AMP意活蛋白激砖，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 使关键酶史敏感 指把酶修饰后，更易受效应物的别构作用 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） 区城化指晦、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 穿梭作用)进行，结果使代谢反应得以有条不紊、互不干扰，并且相互协调和制约，受到精 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（如穿梭作用就会双向进行）》 极端例子：溶碍体中的碑不区域化，… 2、代谢区域化举例 细胞亚结构 酶系（途径） 核 DNA复制、转录、转录后加工
内质网 蛋白质合成、加工、多糖/糖脂/磷脂/德蛋白胆固醇等合成 细的屈 酵解、p、雄原合成分解、德是生、脂肪酸/核杵险蛋白质合成 线粒体 丙酮酸氧化、 三羧酸循环、氧化研酸化 脂肪酸 氧化 尿素循环 转氨、谷氨酸脱氨、脂肪酸链延长、少数DNA/RNA/蛋白质合成， 溶碑体 大分子物质水解 高尔基体核蛋白、多糖、粘液生成 过氧化物酸体氧化酶、过氧化物酶 质膜 ATP腾 、cAMP跨等 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 如膜的极化、去极化；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、胞搅坛给等 见细胞学 3、内膜系统对代谢的分隔作用 即区化 4、膜与酶的可逆结合 结合后可影响晦活性，这种晦叫双关酶。一般结合态活性高 如己糟激酶、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) 通过改变蘭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。醇合成是受基因表达调节的，可在转买和翻译水半进行。 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 一、原核生物基因表达的调节（重点、难点） 1960-1961年Jcob和Mom0d对大脂杆菌乳鹩发酵过程游的诱导合成及各种究变型研 究后，是出了操创子模型。操纵子是原疲生物基因表达的协调逆位，一般含26个基因。操 织子型的横心是对原生物基因的划分，以后为基因结构分析证实并丰常谈到，还发理 色氨酸操纵子 半乳操纵子等。转天的志始是基因表达的基本控点 (一)操纵子模型 1961年Jacab和Monod
转录单位 一转录华位 P调节51P探纵基因结构/基因 ↓ ↓ mRNA mRNA 阻遏蛋白 酶1酶23 1、诱导 一般水解醇类 环境中无底物时，胞内无水解该底无的酶，因为 阻過蛋白与操纵基因结合，燥纵子关闭 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燥纵基因结合，操纵子开启 2、阻遏 一般合成碍类 环境中无产物时，跑内有合成该产物的酶，因为 阻過蛋白不与燥纵基因结合，操 子开用 环境中有产物时，跑内无合成该产物的碑，因为产物与阻遏蛋白结合的复合物能与 操纵基因结合，导致操织基因关闭。 能与阻遏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 乳神操纵子（见P563图22） 图 B半乳糖苷酶（水解乳糖，B半乳糖昔透性酶（转位，阝半乳禧苷转乙酰酶（不清） 究脑操纵子(Lactose operon.)山一组功能相关的结构基因a,y,a),探纵基因(o), 启动基因(p),调节基因)组成。三个结构基因“开放”"可转买同一条mRN4,再翻泽 出3种利用乳猫的。 乳鹅操纵子“开”与“关”是在独立的，负调节因子作用下完成的 阻遏蛋白是负调节因子，cAP-CAP是正调书因与 如色氨酸操纵子图 无论诱导还是阻湖，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)降解途径燥纵子的促进作用（降解物阻遏）
节 P调节凶：P樑纵了1P操纵了2P操纵子31■ 促进启动 mRNA CAP+cAMP 葡萄糖降解产物x促cAMP水解，抑cAMP合成 CAP/CRP (降解物基因活化蛋白/环腺甘酸受体蛋白) 这里调节蛋白为正词节作用，即促 但它的活性需cAMP,而©AMP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 细南数 萄萄糖+乳糖 简萄糖 乳釉 、时间 代谢简萄糖的酶为组成酶 代谢乳糖的膺为诱导制 无乳裤 乳糖操纵子关闭，无代谢乳裤的 只有乳糖时 陆慄纵子开启，合成代期乳糖的海 有乳糖，但也有葡萄糖时 乳糖操纵子开启，但山于有葡萄糖，其代谢产物x 使cAMP浓度下降，启动子不启动，无代谢究糖的悔 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， 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调节外，还有衰减作用，即使已开始的转录停止或减弱 (三)合成途径燥纵子的衰减作用 操纵基因衰减了结/构 衰减子 具有衰诚作用信息的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用 (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肚和转录终止信号
前导肽不能合成或完全合成，终止信号形成： 前导队部分合成，终止信号不形成 图示 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 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 当有其它氨基酸时，前导肽合成企色氨酸密码子，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 寸够用 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NA等的转录来调节的 机理是：构成核糖体的NA及有关蛋白质，转录腾各亚基及有关因子的基因相 互混杂组成0几个操纵子。都受游离核糖体蛋白质的阻遏. 当营养贫乏时，蛋白质合成无法进行，核糖体处于解聚状态，游离核糖体蛋白质 阻上述操纵子 (这种现 称为严紧控制：为节省其 存物降代谢活动降至最低，借以 过艰难时期，等待环境条件的改善。) 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)基因表达的时序调控 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 加以调整 这类基因称为可调基因；他们的产物只有在细胞需要时才表达，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 按一定的时间程序展现 〔如细分 、分 等。不好理解 高等生知 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？) 这样的基因称为管家基因；其表达产物大致以恒定水平始终存在于细胞内，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，早期基因产物活中期基因，中期基因产 物激活晚期基因。 (六)翻译水华的调节 L、不同mRNA翻泽能力的弟异 mRNA5端起始密码子上游的核糖体结合部位(SD序列)有弱之分： 强的与核糖体结合的机会大，翻译得多： 弱的与核糖体结合的机会小，翻译得少
