第八章生物化学过程的调控
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生物化学第八章糖代谢
§2 糖的分解代谢
主要有以下途径: (一)糖的无氧酵解 (二)糖的有氧氧化 (三)乙醛酸循环 (四)戊糖磷酸途径
途径具体过程
提示
反应实质 个酶作用 进程变化 学习途径时要重点注意噢！
温馨提示
加油！！！
• 酵解过程要学好
• 首条途径很重要 • 总结经验找规律 • 后边学习基础牢
• 举一反三相比较 • 触类旁通有参照 • 事半功倍学的巧 • 一路轻松兴趣高
甘油酸-3-磷酸
磷酸甘油8反酸应变图位酶
甘油酸-2-磷酸
9、2-磷酸甘油酸脱水烯醇化
甘油酸-2-磷酸
烯醇化9反酶应图
磷酸烯醇式丙酮酸
9、2-磷酸甘油酸的脱水生成磷酸烯醇式丙 酮酸
烯醇化酶（enolase） 这一步反应也可看作分子内氧化还原反应，分子 内能量重新分布，又一次产生了高能磷酯键。
反应可以被氟离子抑制，取代天然情况下酶分 子上镁离子的位置，使酶失活。
细胞核
内质网 溶酶体
细胞膜
动物细胞
植物细胞
细胞壁 叶绿体
有色体 白色体 液体 晶体
葡萄糖的主要代谢途径
糖异生
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖 （有氧或无氧）
（无氧） 丙酮酸
糖酵解
（有氧）
乳酸 乙醇
乙酰 CoA
磷酸戊糖 途径
三羧酸 循环
第八章：糖代谢
§1 多糖和底聚糖的酶促降解 §2 糖的分解代谢 §3 糖的合成代谢
⑹氧化脱氢，产生 NADH+H+ （磷酸化，使用无机磷酸）
甘油醛-3-磷酸
无机磷酸
甘油醛-3-磷酸 脱氢酶
1,3-二磷酸甘油酸
产生 的 NADH+H+ 的氢，条件不同， H的去向不同，走进的途径不同。
《生物化学》-第八章
➢ 与前述操纵子的基本组成一样，乳糖操纵子也是由结构基因和调控区组成的 ➢ 乳糖操纵子包括Z、Y和A三个结构基因 ➢ Z结构基因编码β-半乳糖苷酶，催化乳糖转变为别乳糖 ➢ Y结构基因编码半乳糖透过酶，促使半乳糖透过酶进入细菌内 ➢ A结构基因编码乙酰转移酶，催化半乳糖形成乙酰半乳糖 ➢ 调控区包括调节基因（I）、启动子（P）、操纵基因（O）及启动子上游的一个CAP结合位点，
第一节 基因表达的调控
二、基因表达调控的概念和意义
（一）基因表达调控的概念
➢ 基因表达调控是指细胞或生物体在接收内外环境信号刺激 或适应环境变化的过程中，在基因表达水平上所做出的应 答，即基因组内的基因如何被表达、表达多少等
➢ 基因表达调控大致可以在5个层次上进行，即转录前、转 录、转录后、翻译和翻译后
➢ 基因表达是指在一定的调节机制的控制下，基因组DNA经 转录、翻译等一系列过程，合成具有特异生物学功能的蛋 白质的过程
➢ 并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA编码 基因转录生成功能型RNA的过程也属于基因表达
第一节 基因表达的调控
一、基因表达的概念、特点及方式
（二）基因表达的特点--时间特异性
5′-侧上游，主要控制整个结构基因群的转录
第一节 基因表达的调控
三、原核生物基因表达的调控
（一）操纵子的基本组成
➢ 3．操纵基因 ➢ 操纵基因是指能被阻遏蛋白特异性识别并结合
的一段DNA序列，常与启动子邻近或与启动子 序列重叠 ➢ 当阻遏蛋白结合在操纵基因上，阻遏蛋白会阻 碍RNA聚合酶与启动子结合或使RNA聚合酶 不能沿DNA链向前移动，从而阻遏转录的进行
（一）操纵子的基本组成
➢ 1．结构基因 ➢ 操纵子中被调控的编码蛋白质的基因称为结构基因 ➢ 一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达20个以上 ➢ 各结构基因头尾衔接、串联排列，组成结构基因群
生物化学第八章 核苷酸代谢
嘌呤碱从头合成的元素来源
Gly
CO2
Asp N 1
6
5
N 7
一碳单位 2
甲酰-FH4
3 N
4
9 N
8
一碳单位 甲炔-FH4
Gln
• 从头合成途径 (1)IMP(次黄嘌呤核苷酸)的合成 (2)AMP（腺苷酸）和GMP（鸟苷酸）的生成
(1)、IMP的生成
PRPP
AMP ATP
（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP合成酶
小结
1、嘌呤核苷酸补救合成定义、发生组织。 2、补救合成的生理意义。 3、脱氧核苷酸是在核苷二磷酸水平上进行的。 4、嘌呤代谢的终产物是尿酸、痛风病的致病 原因、治疗机制。
第三节 嘧啶核苷酸的代谢
嘧啶核苷酸的结构
一、嘧啶核苷酸的从头合成 （一）嘧啶核苷酸的从头合成
• 定义
嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核 糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物 质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶 核苷酸的途径。
很少能活至20岁，
补救合成的生理意义
补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基 酸的消耗。
体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行 补救合成。
HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综 合征。
（四）脱氧核苷酸的合成代谢
在核苷二磷酸水平上进行
（N代表A、G、U、C等碱基）
脱氧核苷酸的生成
核糖核苷酸还原酶，Mg2+
第八章
核苷酸代谢
Metabolism of Nucleotides
第一节、核苷酸的功能及消化与吸收 一、核苷酸的功能
是核酸的基本组成单位，合成核酸的原料 能量的利用形式，ATP是重要能量货币； 参与代谢和生理调节，cAMP是第二信使； 参与生物活性物质组成，NAD、 FAD、 CoA等； 其衍生物是许多生化反应的中间供体 ，如UDPG 、
生物化学——第八章 氨基酸代谢
2021/1/8
氨基酸代谢概况
食物蛋白质
组织蛋白质
消化吸收
合成 分解
脱羧基作用
氨基酸代谢库
转变
(metabolic pool)
合成 脱氨基作用 其他含氮化合物
胺类 CO2 NH3
α- 酮酸
2021/1/8
尿素 糖
氧化供能 酮体
第二节 氨基酸的分解代谢
H R C COOH
NH2 氨基酸
O H R C COOH
主要是酸性pH下活化的小分子蛋白酶,水解长寿命蛋白质和 外来蛋白。 2、泛肽系统： 水解短寿命蛋白和反常蛋白
2021/1/8
（三）细胞内蛋白质降解的意义
1）及时降解清除反常蛋白的产生 有些可恢复为正常蛋白
2）短寿命的蛋白在生物体的特殊作用 经常是一些代谢限速酶，便于通过基因表达和降解对其含量 加以调控。
3）氨基甲酰磷酸经环化化→二氢乳清酸→尿苷酸→嘧啶 类化合物
2021/1/8
四、α-酮酸的代谢
1、合成氨基酸（合成代谢占优势时）
α-酮酸 + NH3
氨基化
α-氨基酸
氨基化
α-酮戊二酸 + NH3
谷氨酸
其余氨基酸是通过Glu与α-酮酸的转氨作用合成。 是合成非必需氨基酸的途径之一。
2021/1/8
2、进入三羧酸循环分解成CO2 + H2O 3、转变成糖及脂肪
特点：a. 可逆，受平衡影响 b. 氨基大多转给了α-酮戊二酸
2021/1/8
谷丙转氨酶和谷草转氨酶
谷丙转氨酶 （GPT）
谷草转氨酶 (GOT)
2021/1/8
2021/1/8
正常成人各组织中GOT和GPT活性
氨基酸代谢概况
食物蛋白质
组织蛋白质
消化吸收
合成 分解
脱羧基作用
氨基酸代谢库
转变
(metabolic pool)
合成 脱氨基作用 其他含氮化合物
胺类 CO2 NH3
α- 酮酸
2021/1/8
尿素 糖
氧化供能 酮体
第二节 氨基酸的分解代谢
H R C COOH
NH2 氨基酸
O H R C COOH
主要是酸性pH下活化的小分子蛋白酶,水解长寿命蛋白质和 外来蛋白。 2、泛肽系统： 水解短寿命蛋白和反常蛋白
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（三）细胞内蛋白质降解的意义
1）及时降解清除反常蛋白的产生 有些可恢复为正常蛋白
2）短寿命的蛋白在生物体的特殊作用 经常是一些代谢限速酶，便于通过基因表达和降解对其含量 加以调控。
3）氨基甲酰磷酸经环化化→二氢乳清酸→尿苷酸→嘧啶 类化合物
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四、α-酮酸的代谢
1、合成氨基酸（合成代谢占优势时）
α-酮酸 + NH3
氨基化
α-氨基酸
氨基化
α-酮戊二酸 + NH3
谷氨酸
其余氨基酸是通过Glu与α-酮酸的转氨作用合成。 是合成非必需氨基酸的途径之一。
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2、进入三羧酸循环分解成CO2 + H2O 3、转变成糖及脂肪
特点：a. 可逆，受平衡影响 b. 氨基大多转给了α-酮戊二酸
2021/1/8
谷丙转氨酶和谷草转氨酶
谷丙转氨酶 （GPT）
谷草转氨酶 (GOT)
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正常成人各组织中GOT和GPT活性
生物化学第三版 习题答案 第八章
生物化学第三版习题答案第八章第八章糖代谢自养生物分解代谢糖代谢包括异养生物自养生物合成代谢能量转换（能源）糖代谢的生物学功能物质转换（碳源）可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸。
糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、F AD、DNA、RNA、A TP。
分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最终氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。
合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。
分解代谢和合成代谢，受神经、激素、别构物调整掌握。
第一节糖酵解glycolysis一、酵解与发酵1、酵解glycolysis （在细胞质中进行）酵解酶系统将Glc降解成丙酮酸，并生成A TP的过程。
它是动物、植物、微生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径。
在好氧有机体中，丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被彻底氧化成CO2和H2O，产生的NADH经呼吸链氧化而产生A TP 和水，所以酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。
若供氧不足，NADH把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵）。
2、发酵fermentation厌氧有机体（酵母和其它微生物）把酵解产生的NADH上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸，则称乳酸发酵。
若NAPH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵。
、视网膜。
二、糖酵解过程（EMP）Embden-Meyerhof Pathway ，1940在细胞质中进行1、反应步骤P79 图13-1 酵解途径，三个不行逆步骤是调整位点。
（1）、葡萄糖磷酸化形成G-6-P反应式此反应基本不行逆，调整位点。
△G0= - 4.0Kcal/mol使Glc活化，并以G-6-P形式将Glc限制在细胞内。
催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。
激酶：催化A TP分子的磷酸基（r-磷酰基）转移究竟物上的酶称激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象好像是激酶的共同特征。
生物化学过程的调控.pdf
第二节 生物调控的信号物质
1．生物调控信号传递的基本过程
在多细胞组织中，对各个细胞的代谢调控是通过外部信息，即细 胞间信息传递实现的。在动物体内，这种细胞间信息传递由中枢 神经系统与内分泌系统共同完成。中枢神经系统通过神经网络将 信息传递给内分泌系统，再由内分泌系统合成化学信息物质，即 激素。不同的内分泌系统分泌具有不同结构和功能的激素。激素 通常也称为第一信使。
二、含氮激素
1．氨基酸衍生物激素
（1）甲状腺激素
甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的 三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性约为 甲状腺素的5－10倍。二者的结构如下：
I HO
I
I
O -CH2-CH-COOH
I
NH2
甲状腺素
I HO
I
O -CH2-CH-COOH
I
NH2
三碘甲腺原氨酸
天然的甲状腺素是酪氨酸的衍生物，均为L-构 型。
幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状 腺时，将引起发育迟缓，身材矮小，行 动呆笨而缓慢；
成年动物甲状腺机能减退时，出现厚皮 病，心博减慢，基础代谢降低，性机能 低下。
反之，甲状腺机能亢进，动物眼球突 出，心跳加快，基础代谢增高，消瘦， 神经系统兴奋性提高，表现为神经过敏 等.
(2)．肾上腺素
第八章 生物化学过程的调控
第一节 生物调控的概念
生命现象是生物体内发生的极其复杂的生物化学过程 的综合结果。
为了保证生命活动（如生长、发育、分化、繁殖、代 谢和运动等）能够有条不紊地进行，所有生物体内发 生的生物化学过程都必须受到有效的调控。
生物化学过程,从本质上看,基本上是酶催化的各种生 物化学反应。生物调控实际上是对酶以及酶的调控物 质的种类、数量或活性进行调节而实现的。
生物化学第八章碳水化合物的合成与分解
2. 羟乙基被氧化形成乙醛基并发生转移；
丙酮酸氧化脱羧的步骤2
3. 转移乙酰基到辅酶A上，形成乙酰辅酶A；
4. 产生还原力FADH2； 5. 转移还原力到NADH+H+。
丙酮酸脱氢酶系催化的反应
三羧酸循环（TCAC）
TCAC是从乙酰辅酶A进入循环开始的，需 要8步反应，完成一个循环，并产生能量生 成ATP。 TCAC的反应步骤 TCAC的催化酶 TCAC的总循环图 TCAC的总反应式
以上3步可以成功逆转后，糖异生作用可以完成。在动 物饥饿的时候，氨基酸等物质可以通过糖异生过程生成糖， 维持正常生理过程。
第三节
三羧酸循环
三羧酸循环，也叫做Krebs循环或者柠檬酸循 环，是因为三羧酸循环代谢环中有几个代谢产 物具有3个羧基，尤其是柠檬酸，故而得名， 英文缩写为TCAC。 一． 丙酮酸的氧化脱羧 二． 三羧酸循环（TCAC） 三． TCAC的化学计量 四． TCAC的生物学功能 五． TCAC的调节机制 六． TCAC中OAA的补充来源
8. 转移高能磷酸键 3-PGA →2-PGA
10. 丙酮酸生成 PEP+ADP →EPA+ATP
EPA →PA
糖酵解过程中的酶和影响因素
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 己糖激酶：催化G活化，镁离子是催化剂，本反应是消耗 ATP，ADP可以抑制反应，不可逆。 磷酸葡萄糖异构酶：此反应是可逆的。 磷酸果糖激酶：消耗ATP，反应不可逆，是典型的变构 酶，也叫做标兵酶和定步酶，限制了糖酵解的速度，高 浓度的ATP可以抑制该酶反应。 醛缩酶 磷酸丙糖异构酶：此反应的酶作用十分迅速。 3-磷酸甘油酸脱氢酶：这是形成高能磷酸键的一步，同时 生成还原力，碘乙酸和碘乙酰胺可以抑制酶活性。 磷酸甘油酸激酶：生成ATP的过程，镁离子是激活剂。 烯醇化酶： 丙酮酸激酶：本反应不可逆，通过底物水平磷酸化作用 合成ATP，丙氨酸对其有抑制作用，PEP、FDP是激活剂。 也是一个变构酶。
生物化学基础第08章 物质代谢的联系与调节
糖 ▲生酮氨基酸
脂肪
三
○生糖兼生酮氨基酸 未标记为生糖氨基酸
磷酸丙糖 α —磷酸甘油 脂肪酸
、
三
磷酸烯醇式丙酮酸
大 物 质
丙氨 酸 半胱氨酸 甘氨 酸 苏氨 酸 ○ 色氨酸
丙酮酸 乙酰CoA
▲亮氨酸 ○ 异亮氨酸 酮体 ○ 色氨酸
乙酰 乙酰CoA
代
天冬酰胺 天冬氨酸
草酰乙酸
谢
柠檬 酸
▲亮氨酸 ▲赖氨酸 ○ 异亮氨酸
之
间
○ 苯丙氨酸 ○ 酪氨酸
延胡索酸 三羧酸循环
○ 色氨酸 ○ 苯丙氨酸 ○ 酪氨酸
的
联
缬氨 酸 苏氨酸
系
蛋氨酸 ○ 异亮氨酸
琥珀酰CoA
α—酮戊二酸
谷氨 酸 谷氨 酰胺 精氨 酸 组氨 酸 脯氨 酸
四、核酸与其他物质代谢的联系
氨基酸是体内合成核酸的重要原料:
氨基酸
（蛋、丝、组、甘、色）
分解代谢
主要通过神经-体液途径对代谢进行整体调节。 整体调节中，中枢神经系统起主导作用，它可
直接影响组织、器官代谢，如运动神经兴奋时， 肌细胞内ADP与无机磷酸浓度增加，促进糖氧 化分解。
饥饿的整体调节
1～3天不进食，肝糖原减少，血糖趋于降低， 胰岛素分泌减少和胰高血糖素分泌增加。
由此引起肌蛋白分解加快，糖异生作用增强， 脂肪动员和分解增加，酮体生成增多。肌蛋白分 解的氨基酸增多，其中大部分转变为丙氨酸和谷 氨酰胺，成为糖异生的主要原料。脂肪动员的脂 肪酸约有25%在肝生成酮体，脂肪酸和酮体成为 心肌、骨骼肌和肾皮质的重要燃料。
《生物化学基础》
电子课件
鄂东职业技术学院医药学系 湖北省黄 冈 卫 生学校
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Metabolic networks
细胞胞液
肝
线粒体
分解代谢过程
（2）酶活性的调控
• 酶的两种功能 (Two kinds of functions of enzymes)
生物催化剂 (Biocatalyst as a regulated unit) 调控代谢的速度、方向和途径 ( rate, direction, pathway)
5. 药物分子的设计
------分子识别理论和酶活性的化学调控机制
确定药物分子的作用靶
建立靶蛋白的分子模型以及相关数据
Байду номын сангаас
设计药物分子模型
合成药物分子并进行药理、毒性等研究， 进一步对药物分子进行评价或修饰
1. 生物调控的本质及类型
• 是对酶以及酶的调控物质的种类、数 量或活性进行调节而实现的。 生物化学过程调控的三种类型：
1）神经调控作用---- 整体性 2）激素调控作用---- 局部性 3）细胞—酶水平调控作用
生物调控信号传递的基本过程
细胞外
外界的刺激 细胞质膜
细胞内 ATP
产生 PPi
中枢神经系统
反馈调节的化学本质是酶的变构调节
正反馈作用 ---- 激活变构剂 负反馈作用 ---- 抑制变构剂
共价修饰调控 ( Regulation by Covalent Modification )
共价修饰调控 : 某些酶分子上的基团在另一种酶催化下发生 共价修饰，从而引起酶活性的激活或抑制。 如：酶的磷酸化 ------- 酶的去磷酸化
Chapter 8
学过
调
Regulation and control of Biochemical Processe • Connection of metabolic pathways • Regulation of enzymatic activities • Compartmental controlling of cellular structure for metabolic pathways • Regulation of nerve and hormone for cell metabolism • Regulation of gene expression
Information metabolism
多细胞整体水平调节
Multi-cellular whole level
调节机制都是在基因产物蛋白质的作用下进行的 ----- 代谢与基因表达调控有关
各种物质代谢途径交叉形成网络
细胞的四类生物大分子： 多糖、脂类、蛋白质、核酸 分解代谢和合成代谢的单向性 最关键的中间代谢物： 6-磷酸葡萄糖、丙酮酸、乙酰辅酶A
变构酶调控 ( Regulation by Allosteric Enzymes )
变构调节作用：由于变构剂与酶的调节部位结合而引起酶活性改变的现象。
催化部位
调节部位
例如：6-磷酸葡萄糖对 己糖激酶的别构调节作用
激活变构剂 变构剂 抑制变构剂
变构调节----酶的反馈调节机制 反馈调节作用：
在生物代谢过程中，代谢途径的起始物、中间产物 或终产物对反应途径中的某一步反应表现出调控作用。
神经网络
腺苷 酸环 化酶
内分泌系统
合成 特 异 受 体
调控信号物质 cAMP （第二信使）
G 蛋 白 引起酶活性、 细胞通透性变化 以及激素的各种其它效应
化学信息物质 激 素 （第一信使）
信息传导
2. 生物调控的基本物质
• 1. 第一信使—— 激素
----- 是生物体内特定细胞产生的对某些靶细胞具有特殊刺激 作用的微量物质。对代谢过程或生理过程起调控作用
• 酶水平的调控方式 (Regulation at enzyme level)
激活或抑制----酶的活性(activation or inhibition ) 变构调节 (allosteric regulation ) 共价修饰调节 ( covalent modification) 合成与降解----酶的含量 (biosynthesis and degradation) (gene expression).
实现对代谢酶活性的调控
cAMP-依赖蛋白激酶: 2个调节亚基 — R 2个催化亚基 — C
当cAMP与调节亚基结合时，游离出有活性的催化亚基
目标代谢酶分子
活性蛋白激酶
酶磷酸化反应 ATP ADP （抑制或激活）
蛋白磷酸酶
酶去磷酸化 Pi （激活或抑制）
实现对代谢酶活性的调控
3. 酶在细胞内分布的分隔性与膜的通透性
第二信使—— cAMP / cGMP • 2. 鸟嘌呤核苷酸结合蛋白（G –蛋白）
----- 调控cAMP的合成作用
• 3. 钙调蛋白（CaM）
----- 对微量的钙敏感地捕获 活性Ca2+•CaM与靶酶作用方式调控代谢过程
• 4. 一氧化氮（NO）
----- 激活 cGMP环化酶
3',5' -环腺嘌呤核苷一磷酸 主要功能： 是激活cAMP-依赖蛋白激酶
4. 代谢调控的两种主要方式
（1）基因表达调控
（2）酶活性调控
（1）细胞代谢与基因表达调控
物质代谢
细 胞 代 谢
Substance metabolism
能量代谢
Energy metabolism
代 谢 调 节
分子水平调节
Molecular level
细胞水平调节
Cellular level
信息代谢