第十一章 物质代谢的相互联系和代谢调节
生物化学代谢部分课件-物质代谢的调节及代谢网络3
与酶之间的相互作用；
• 有机分子与酶或蛋白质受体之间的相互作用； • 底物与酶分子之间的识别以及相互作用； • 无机金属离子与生物大分子之间的相互作用，如金
属离子与酶或蛋白质之间的络合及与生物小分子 （辅酶、ATP等）之间的络合作用。
激素可改变酶的催化活性或含量，也可改变 细胞内代谢物的浓度，从而影响代谢反应的速 度--激素水平的调节。高等动物不仅有完整的 内分泌系统，还有功能复杂的神经系统。在中 枢神经的控制下，或者通过神经递质对效应器 直接发生影响，或通过改变某些激素的分泌来 调节某些细胞的功能状态，并通过各种激素的 互相协调对整体代谢进行综合调节--整体水平 的调节。
A.
B.
疫
蛋泛 白素
泛 素
内 源
酶化 蛋 性
体的 白 抗
降内 解源 成性 肽抗
酶 体 降 解
原 在 胞
段原 途 内
被径的 28 降
S
免解
酶原的激活
• 有些酶在生物体内合成出来的是它的无活性前 体--酶原。一定的条件下，这些酶原水解去除 一部分肽链，使酶的构象发生变化，形成有活 性的酶分子—酶原激活。酶原从无活性状态转 变成有活性状态的过程是不可逆的。属于这种 类型的酶有消化系统的酶（如胰蛋白酶、胰凝 乳蛋白酶和胃蛋白酶等）以及凝血酶等。
（1）被修饰的酶可以有两种互变形式，一种为 活性形式（具有催化活性），另一种为非活性 形式（无催化活性）。正反两个方向的互变均 发生共价修饰反应，且都将引起酶活性的变化。
（2）共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活 现象，具有信号放大效应。例如肾上腺素引起 糖原分解过程中的一系列磷酸化激活步骤，其 结果将激素的信号逐级放大了约300万倍。
第十一章 核苷酸代谢
续；
叶酸结构类似物
阅读：
氨甲蝶呤是一类重要的抗肿瘤药物，对急性白血病、绒 毛膜上皮癌等有一定疗效。这类药物能够抑制肿瘤细胞 核酸的合成，但对正常细胞亦有影响，故毒性较大，限 制了临床上的运用；
作为二氢叶酸还原酶特异抑制剂，在实验室可用于配制
选择培养基，筛选抗性基因或鉴定胸腺嘧啶核苷激酶基
因，十分有用。
UMP是胞苷酸（CMP）和胸苷酸（TMP）的前体； 合成嘧啶核苷酸时首先形成嘧啶环（与嘌呤核苷酸不
同），再与PRPP结合成为UMP；
关键中间化合物 —— 乳清酸；
生物利用CO2、NH3、Asp、PRPP首先合成尿苷酸(UMP)
P240图11-9
UMP是胞苷酸（CMP）和胸苷酸（TMP）的前体
P240图11-10194 Nhomakorabea年 结论：DNA是生命的遗传物质
更有说服力的噬菌体实验
1952 年 ， Hershey 和 Chase 病毒（噬菌体） 放射性同位素 35S标记病毒 的蛋白质外壳， 32P标记病 毒的DNA内核，感染细菌。 新复制的病毒，检测到了 32P标记的DNA，没有检测到 35S标记的蛋白质， DNA在病毒和生物体复制或 繁殖中的关键作用。 8年的时间
结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种特 殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺炎球 菌转化为有害的S型肺炎球菌 这种生物分子或遗传物质是什么呢？
纽约洛克非勒研究所
Avery
从加热杀死的S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、脂 类分离出来，分别加入到无害的R型肺炎球菌中，
结果发现，惟独只有核酸可以使无害的R型肺炎球菌转 化为有害的S型肺炎球菌。
6-磷酸果糖激酶 - 生物化学与分子生物学教研室
脂类、氨基酸合成代谢
非糖物质
脂肪、氨基酸
氨基酸代谢概况
尿素 营养非必需AA 氧化供能 糖、脂
食物蛋白质 α-酮酸 组织 蛋白质
分解 合成 代谢转变
氨
氨基酸 代谢库
胺类
体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)
其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)
目录
食物
肝
体内合成
（乙酰CoA）
睾丸
雄激素
Vit D3
皮肤
7-脱氢 胆固醇
甘油激酶 肝、肾、肠
甘油
磷酸-甘油
葡萄糖
脂 肪
脂酸 乙酰CoA 葡萄糖
3.脂肪的分解代谢受糖代谢的影响
• 饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时 脂肪动员↑↑ 糖↓ 草酰乙酸↓
酮体生成↑↑
TCA↓ 高酮血症
脂肪代谢和糖代谢的关系
3-磷酸甘油 三酰甘油 脂肪酸
糖原（或淀粉） 1，6-二磷酸果糖
甘油
磷酸二羟丙酮
磷酸戊糖途径
辅酶H2 三羧酸循环 甘油 α-酮戊二酸 乙醛酸循环 磷脂 储存脂肪 丝 CO2 氨基酸 甲硫 组织蛋白质 食 物 蛋 白 质
磷酸戊糖 ATP
辅酶H2
甲酸 ADP CO2 NH3 核酸 H2 O 基因
呼 吸 链
ATP
生糖 氨基酸
NH
3
ATP 尿素
酶
甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺
没有孤立的代谢生化反应，所有都是生化反应网络中的节点。
• 整体水平代谢调节
---在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网络。
一、细胞水平的代谢调节
细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。
细胞内酶呈隔离分布。
代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key
第十一章非营养物质代谢
第十一章非营养物质代谢一、内容提要肝是人体多种物质代谢的重要器官，它不仅在蛋白质、氨基酸、糖类、脂类、维生素、激素等代谢中起着重要作用，同时还参与体内的分泌、排泄、生物转化等重要过程。
（一）肝的物质代谢特点1．肝的糖、脂类、蛋白质代谢特点（1）糖代谢肝通过肝糖原的合成、分解与糖异生作用来维持血糖浓度的相对恒定。
确保全身各组织，特别是脑和红细胞的能量供应。
（2）脂类代谢肝在脂类的消化、吸收、分解、合成及运输等过程中均起着重要的作用。
肝将胆固醇转化为胆汁酸，以协助脂类物质及脂溶性维生素的消化、吸收；肝是进行脂肪酸β–氧化、脂肪合成、改造及合成酮体的主要场所；肝是合成磷脂、胆固醇、脂肪酸的重要器官，并以脂蛋白的形式转运到脂肪组织储存或其它组织利用。
（3）蛋白质代谢肝在人体蛋白质合成、分解和氨基酸代谢中起着重要作用。
除γ-球蛋白外，几乎所有的血浆蛋白质均来自肝，包括全部的清蛋白、部分球蛋白、大部分凝血因子、纤维蛋白原、多种结合蛋白质和某些激素的前体等；肝含有丰富的氨基酸代谢酶类，氨基酸在肝内进行转氨基作用、脱氨基作用和脱羧基作用；氨基酸代谢产生的氨主要在肝生成尿素。
2．肝在维生素、激素代谢的特点（1）维生素代谢肝在维生素的吸收、储存、运输及代谢中起重要作用，肝是人体内含维生素A、K、B1、B2、B6、B12、泛酸与叶酸最多的器官；肝可将很多B族维生素转化为相应辅酶或辅基。
（2）激素代谢许多激素在发挥其作用后，主要在肝内被分解转化、降低或失去其生物活性，此过程称为激素的灭活。
（二）肝的生物转化1．生物转化的概念非营养物质经过氧化、还原、水解和结合反应，使其毒性降低、水溶性和极性增强或活性改变，易于排出体外的这一过程称为生物转化作用。
2．生物转化的物质①内源性：系体内物质代谢产物，如氨、胺、胆红素等，以及发挥作用后有待灭活的激素、神经递质等；②外源性：系有外界进入体内的各种异物，如药物、毒物、色素、食品添加剂、环境污染物等。
第11章 脂代谢
第三步：HMG-CoA在HMG-CoA裂解 酶催化下裂解，形成乙酰-CoA和乙酰 乙酸 自动脱羧形 成丙酮 D-β-羟丁酸脱 氢酶作用下形 成D-β-羟丁酸
（二）酮体的分解 在肝外组织中，D-β-羟丁酸被D-β羟丁酸脱氢酶催化，氧化成为乙酰 乙酸。乙酰乙酸与CoA相连接而被 活化，这一步反应是由柠檬酸循环 中间产物琥珀酰CoA供给CoA。乙 酰乙酰CoA被硫解酶裂解，生成两 个分子的乙酰CoA（见图11-25）， 进入柠檬酸循环，由此给肝外组织 功能。
碳链的第二轮延伸反应
总反应： 8乙酰-CoA+14NADPH+14H++7ATP+H2O→ 软脂酸+14NADP++8CoA-SH+7ATP+7Pi
（二）线粒体酶系合成途径——饱和脂肪酸碳链延长途径
动物体中脂肪酸合成停止在16碳脂肪酸即软脂酸而终止，这 是正常的脂肪酸合酶的作用终点。更长的脂肪酸，或不饱和 脂肪酸都是把软脂酸作为前体，需要另外的酶反应形成。
相变温度：膜从液态向固态转变的温度称为相变温度。
胆固醇对膜的流动性也有影响。 （二）膜脂和膜蛋白的运动
b)
人-鼠细胞融合实验
（三）膜结构的不对称性 1. 膜蛋白分布的两侧不对称性； 2. 膜脂分布的两侧不对称性。 （四）膜蛋白-脂质相互作用
（五）生物膜结构模型
二、物质的运输 （一）不耗能转运（被动运输） 单纯扩散：溶质和水在内外溶液浓度梯度下可渗透 通过生物膜。不需要蛋白质载体参与。 易化扩散：基本原理与简单扩散相似，但需要蛋白 质载体帮助扩散。
2.饱和奇碳脂肪酸的β-氧化降解
具有17个碳的直链脂肪酸可经正 常的β-氧化途径产生7个乙酰-CoA 和一个丙酰-CoA。 丙酰-CoA经三步转变为琥珀酰CoA，琥珀酰-CoA可以进入柠檬 酸循环进一步进行代谢。
物质代谢的联系
\任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节 约其他物质的降解。
\
物质代谢的联系
物质代谢的相互联系
一、糖代谢与脂类代谢的相互关系 二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系 四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系
一、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系
（一）糖代谢与脂代谢的相互联系
糖变脂
摄糖过多
合成糖原储存（肝、肌肉）
甘油
乙酰辅酶A↑
柠檬酸↑ATP↑
肥胖
及血TG ↑
变构 乙酰辅酶A
+ 羧化酶↑
储脂 ↑
合成
脂肪酸↑
脂肪的甘油部分能在体内转变为糖， 但脂酸不能转变为糖
脂肪 动员 脂肪分解代谢
甘油↑ 脂肪酸 ↑
α-磷酸甘油↑ （少）
糖异生
××
有赖于糖代谢 正常进行
高酮血症
乙酰CoA↑↑ （多）
糖↑（少）
糖代谢 ↓
草酰乙酸 ↓
三羧酸 循环
糖代谢与脂类代谢的相互联系
糖原（或淀粉） 1，6-二磷酸果糖
磷酸二羟丙酮 磷酸烯醇丙酮酸
草酰乙酸 苹果酸 延胡索酸 琥珀酸
（二）糖代谢与氨基酸代谢的相互联系
除生酮AA（Leu和Lys）外，其余AA均可 生成α-酮酸，并循糖异生途径转变为糖 \糖代谢中间产物可氨基化转变为非必需
AA（但不能转变成8种必需AA） \食物中蛋白质能代替糖、脂供能 \但食物中糖、脂不能代替蛋白质
脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系
脂肪
甘油 脂肪酸
磷酸二羟丙酮 乙酰CoA 氨基酸碳架
氨基酸
蛋白质
蛋白质 氨基酸 酮酸或乙酰CoA （生酮氨基酸）
《生物化学》-物质代谢的调节与控制
1.酶量调节机理
酶量调节的两种基本调节机制是诱导和阻遏
诱导：一些分解代谢的酶类只在有关的底物或底物 类似物存在时才被诱导合成。依赖于诱导物才能合 成的酶称为诱导酶。
阻遏：对于合成代谢的酶类，在产物或产物类似物 足够量存在时，其合成被阻遏。（反馈阻遏）
共价修饰调节是酶蛋白中的活性基团（-OH、SH、-COOH、-NH2）在其他酶的作用下发生共价 修饰，从而改变酶的活性。
共价修饰调节具有级联放大作用，效率高。
（三）酶量变化对代谢的调节（基因表达的调节控制）
细胞内酶浓度的改变也可以改变代谢速度。
主要是通过调节酶蛋白的合成过程实现的。 （1）活化基因则合成相应的酶，酶量增加； （2）钝化基因则停止酶的合成，酶量降低。
柠檬酸
+
–
乙酰辅酶A羧化酶 6-磷酸果糖激酶
促进脂酸的合成 抑制糖的氧化
2.共价修饰调节
（1）有些酶，在其它酶的催化下，其分子结构中的某 些基团，如：Ser、Thr或Tyr 的-OH 基，能与特殊的 化学基团，如ATP分子上脱下的磷酸基或腺苷酰基 (AMP)，共价结合或解离，从而使酶分子活性形式发生 改变。这种修饰作用称为共价修饰调节。这种被修饰 的酶称为共价调节酶。
葡萄糖
分解代 谢产物
变构调节的生理意义
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。
乙酰CoA
丙二酰CoA
乙酰CoA羧化酶
长链脂酰CoA
②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。
G-6-P
+
–
糖原合酶
糖原磷酸化酶
代谢和代谢调控总论习题与参考答案
第十一章代谢和代谢调控总论一、名词解释1.新陈代谢：是机体与外界环境不断进行物质交换的过程；2.同化作用：从外界环境摄取营养物质，通过消化吸收并在体内进行一系列复杂而有规律的化学变化，转化为自身物质，就是同化作用；3.异化作用：机体自身原有的物质也不断转化为废物而排出体外的作用；4.基础代谢：指人体处于适宜温度以及清醒而安静的状态中，同时没有食物消化与吸收活动的情况下，所消耗的能量称为基础代谢；5.抗代谢物：指在化学结构上与天然代谢物类似，进入人体可与正常代谢物相拮抗，从而影响正常代谢的物质；6.代谢激活剂：指能激活机体代谢某一反应或某一过程的物质；7.代谢抑制剂：指能抑制机体代谢某一反应或某一过程的物质；8.激素：指体内的某一细胞、腺体、或者器官所产生的可以影响机体内其他细胞活动的化学物质。
二、填空题1.生物体内物质代谢的特点主要有整体性、途径多样性、阻止特异性、可调节性。
2.体内能量的直接利用形式是ATP 。
在生物体内可产生能量的物质有糖、脂肪、蛋白质等。
3.常用的物质代谢研究方法主要有利用正常机体方法、使用病变动物方法、器官切除法、立体组织器官法、组织切片或匀浆法、酶及其抑制剂法、同位素示踪法、使用亚细胞成分的方法、致突变法、分子生物法。
4.细胞或酶水平的调节方式有两种：一种是酶活力的调节，属快调节；另一种是酶含量的调节，属慢调节。
三、简答题1.简述蛋白质与糖代谢的相互联系。
答：①糖是蛋白质合成的碳源和能源：如糖代谢过程中，产生的许多α-酮酸，通过氨基化或者转氨作用可以生成对应氨基酸；②蛋白质分解产物进入糖代谢：组成蛋白质的20种氨基酸除亮氨酸和赖氨酸外，均可产生糖异生的中间产物，经糖异生作用生成糖。
2.简述糖与脂类代谢的联系。
答：①糖转变为脂肪：如乙酰CoA是唐分解的重要中间产物，正是合成脂肪酸与胆固醇的主要原料；②脂肪转变为糖：脂肪分子中的甘油可通过糖的异生作用转变为糖；③能量的相互利用。
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第十一章 物质代谢的相互联系和代谢调节
一、选择题
1、糖酵解中，下列（ ）催化的反应不是限速反应。
A、丙酮酸激酶 B、磷酸果糖激酶 C、己糖激酶 D、磷酸丙糖异构酶
2、磷酸化酶通过接受或脱去磷酸基而调节活性，因此它属于（ ）。
A、别（变）构调节酶 B、共价调节酶 C、诱导酶 D、同工酶
3、下列与能量代谢有关的途径不在线粒体内进行的是（ ）。
A、三羧酸循环 B、脂肪酸β氧化 C、氧化磷酸化 D、糖酵解作用
4、关于共价修饰调节酶，下列（ ）说法是错误的。
A、这类酶一般存在活性和无活性两种形式，
B、酶的这两种形式通过酶促的共价修饰相互转变
C、伴有级联放大作用
D、是高等生物独有的代谢调节方式
5、阻遏蛋白结合的位点是（ ）。
A、调节基因 B、启动因子 C、操纵基因 D、结构基因
6、下面哪一项代谢是在细胞质内进行的（ ）。
A、脂肪酸的β-氧化 B、氧化磷酸化
C、脂肪酸的合成 D、TCA
7、在乳糖操纵子模型中，操纵基因专门控制（ ）是否转录与翻译。
A、结构基因 B、调节基因 C、起动因子 D、阻遏蛋白
８、有关乳糖操纵子调控系统的论述（ ）是错误的。
A、大肠杆菌乳糖操纵子模型也是真核细胞基因表达调控的形式
B、乳糖操纵子由三个结构基因及其上游的启动子和操纵基因组成
C、乳糖操纵子有负调节系统和正调节系统
D、乳糖操纵子负调控系统的诱导物是乳糖
９、下列有关阻遏物的论述（ ）是正确的。
A、阻遏物是代谢的终产物
B、阻遏物是阻遏基因的产物
C、阻遏物与启动子部分序列结合而阻碍基因转录
D、阻遏物与RNA聚合酶结合而阻碍基因转录
10、脊椎动物肌肉组织中能储存高能磷酸键的是（ ）。
A、ATP B、磷酸肌酸 C、ADP D、磷酸精氨酸
11、下列不属于高能化合物的是（ ）。
A、磷酸肌酸 B、乙酰辅酶A
C、磷酸烯醇式丙酮酸 D、3-磷酸甘油酸
12、下面柠檬酸循环中不以NAD+为辅酶的酶是（ ）。
A、异柠檬酸脱氢酶 B、α-酮戊二酸脱氢酶
C、苹果酸脱氢酶 D、琥珀酸脱氢酶
13、下面（ ）主要存在于肝中，而肌肉中没有。
A、巳糖激酶 B、磷酸葡萄糖异构酶
C、糖原磷酸化酶 D、乳酸脱氢酶
14、葡萄糖和脂肪酸代谢的共同代谢中间物是（ ）。
A、草酰乙酸 B、乳酸 C、乙醇 D、乙酰CoA
15、脂肪酸的合成中，每次碳链的延长都需要（ ）直接参加。
A、乙酰CoA B、草酰乙酸 C、丙二酸单酰CoA D、甲硫氨酸
16、在线粒体中进行的反应是（ ）。
A、脂肪酸β-氧化 B、脂肪酸合成 C、EMP途径 D、乙醛酸循环
17、下列代谢中以磷酸二羟丙酮为交叉点的是（ ）。
A、糖代谢与蛋白质代谢 B、糖代谢与脂肪酸代谢
C、糖代谢与甘油代谢 D、糖代谢与核酸代谢
18、 下列哪项不是酶化学修饰调节的主要方式（ ）。
A、乙酰化与去乙酰化 B、甲基化与去甲基化
C、磷酸化与去磷酸化 D、酶蛋白的合成与降解
19、关于酶含量的调节（ ）是错误的。
A、酶含量调节属细胞水平的调节 B、酶含量调节属快速调节
C、底物常可诱导酶的合成 D、产物常阻遏酶的合成
20、反馈调节作用中下列（ ）说法是错误的。
A．有反馈调节的酶都是变构酶 B．酶与效应物的结合是可逆的
C．反馈作用都是使反速度变慢 D．酶分子的构象与效应物浓度有关
二、是非题（在题后括号内打√或×）
1、共价调节是指酶与底物形成一个反应活性很高的共价中间物。
2、在酶的别构调节中，常伴有酶分子亚基的解聚和缔合，这种可逆的解聚/缔合也是肌体
内酶活性调节的重要方式。
3、细胞的区域化在代谢调节上的作用，除了把不同的酶系统和代谢物分隔在特定的区间，
还通过膜上的运载系统调节代谢物、辅酶和金属离子的浓度。
4、操纵基因又称操纵子，如同起动基因又称启动子一样。
5、能荷水平之所以影响一些代谢反应，仅仅因为ATP是一些酶的产物或底物。
6、蛋白质—DNA的相互作用是基因功能精细调节机制的基础。
7、当细胞内cAMP的水平较高时促进乳糖操纵子的转录。
８、阻遏子对操纵基因的调节不受特殊小分子的调节。
9、第二信使的功能是极大地放大原初信号，因此凡是对原初信号有放大效应的分子都可
以称为第二信使。
10、磷酸戊糖途径为还原性生物合成提供NADH。
11、乙醛酸循环在植物中替代了柠檬酸循环。
12、乳糖可以诱导乳糖操纵子的表达，所以乳糖对乳糖操纵子的调控属于正调控系统。
13、操纵子调控系统由结构基因及其下游的启动子和操纵基因组成。
14、阻遏蛋白是能与操纵基因结合从而阻碍转录的蛋白质。
15、细胞代谢的调节主要是通过控制酶的作用而实现的。
16、和蛋白质一样，糖和脂肪的生物合成也受着基因的直接控制。
17、三羧酸循环是糖、脂、氨基酸分解代谢的最终途径。
18、乙酰CoA是糖、脂、氨基酸分解代谢共同的中间代谢物。
19、变构剂只能与酶活性中心以外的某一特定部位结合。
20、启动子和操纵基因是没有基因产物的基因。
三、问答题：
1、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的共同通路？哪些化合物可以被
认为是联系糖、脂、蛋白质和核酸代谢的重要环节？为什么？
2．试述糖代谢、脂类代谢及蛋白质代谢三者之间的相互关系?
3、举例说明核苷酸及其衍生物在代谢中的作用。
4、试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？
5、 分别写出谷氨酸在体内 ①氧化分解生成CO2和H2O ②生成糖 ③生成甘油三酯的主
要历程，•注明催化反应的酶，并计算分解时所产生的ATP数目。
6、简述能荷调节对代谢的影响及其生物学意义。
7、何谓操纵子学说？试以大肠杆菌乳糖操纵子为例说明酶合成的诱导和阻遏。
8、试述基因表达转录起始调节的普遍模式。
四、名词解释
反馈抑制 共价修饰 级联放大系统第二信使 限速酶（标兵酶）
操纵子 操纵子学说 诱导酶 阻遏作用
参考答案
一、选择题
1.D 2.B 3.D 4.D 5.C 6.C 7.A 8.A 9.C 10.B
11.D 12.D 13.C 14.D 15.C 16.A 17.C 18.D 19.B 20.C
二、是非题
1.× 2.√ 3.√ 4. × 5.× 6.√ 7.√ 8.× 9.× 10.×
11.× 12.× 13.× 14.√ 15.√ 16.× 17.√ 18.√ 19.× 20.√