第十五章 代谢调节

　　细胞代谢包括物质代谢和能量代谢。细胞代谢是一个完整统一的网络，并且存在复杂的调节机制，这些调节机制都是在基因表达产物(蛋白质或RNA)的作用下进行的。本章重点是：物质代谢途径的相互联系，酶活性的调节。

　　物质代谢途径的相互联系

　　细胞代谢的基本原则是将各类物质分别纳入各自的共同代谢途径，以少数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途径可以通过交叉点上关键的中间物而相互转化，其中三个关键的中间物是乙酰CoA 、G-6-P、丙酮酸。

　　一、 糖代谢与脂代谢的联系

　　1、 糖转变成脂

　　糖经过酵解，生成磷酸二羟丙酮及丙酮酸。磷酸二羟丙酮还原为甘油，丙酮酸氧化脱羧转变成乙酰CoA，合成脂肪酸。

　　2、 脂转变成糖

　　甘油经磷酸化为3-磷酸甘油，转变为磷酸二羟丙酮，异生为糖。

　　在植物、细菌中，脂肪酸转化成乙酰CoA，后者经乙醛酸循环生成琥珀酸，进入TCA，由草酰乙酸脱羧生成丙酮酸，生糖。

　　动物体内，无乙醛酸循环，乙酰CoA进入TCA氧化，生成CO2和H2O。

　　脂肪酸在动物体内也可以转变成糖，但此时必需要有其他来源的物质补充TCA中消耗的有机酸(草酰乙酸)。

　　糖利用受阻，依靠脂类物质供能量，脂肪动员，在肝中产生大量酮体(丙酮、乙酰乙酸、β-羟基丁酸)。

　　二、 糖代谢与氨基酸代谢的关系

　　1、 糖的分解代谢为氨基酸合成提供碳架

　　糖 → 丙酮酸 → α-酮戊二酸 + 草酰乙酸

　　这三种酮酸，经过转氨作用分别生成Ala、Glu和Asp。

　　2、 生糖氨基酸的碳架可以转变成糖

　　凡是能生成丙酮酸、α—酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸的a.a，称为生糖a.a。

　　Phe、Tyr、Ilr、Lys、Trp等可生成乙酰乙酰CoA，从而生成酮体。

　　Phe、Tyr等生糖及生酮。

　　三、 氨基酸代谢与脂代谢的关系

　　氨基酸的碳架都可以最终转变成乙酰CoA，可以用于脂肪酸和胆甾醇的合成。

　　生糖a.a的碳架可以转变成甘油。

　　Ser可以转变成胆胺和胆碱，合成脑磷脂和卵磷脂。

　　动物体内脂肪酸的降解产物乙酰CoA，不能为a.a合成提供净碳架。

　　脂类分子中的甘油可以转变为丙酮酸，经TCA进一步转变为草酰乙酸、α—酮戊二酸，这三者都可以转变成氨基酸。

　　四、 核苷酸代谢与糖、脂、氨基酸的关系

　　核苷酸不是重要的碳源、氮源和能源。

　　各种氨基酸，如Gly 、Asp 、Gln是核苷酸的合成前体。

　　有些核苷酸在物质代谢中也有重要作用：

　　ATP 供能及磷酸基团。

　　UTP 参与单糖转变成多糖(活化单糖)。

　　CTP 参与卵磷脂合成。

　　GTP 为蛋白质合成供能。

　　五、 物质代谢的特点：

　　1、 TCA是中心环节

　　代谢途径交叉形成网络，主要联系物：丙酮酸、乙酰CoA、柠檬酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸。

　　2、 分解、合成途径往往是分开的，不是简单的逆反应。

　　在一条代谢途径中，某些关键部位的正反应和逆反应，往往由两种不同的酶催化，一种酶催化正反应，另一种酶催化逆反应。

　　3、 ATP是通用的能量载体

　　乙酰CoA进入TCA后，完全氧化生成CO2、H2O，释放的自由能被ADP捕获转运。否则，自由能以热能形式散发到周围环境中。

　　4、 分解为合成提供还原力和能量

　　物质代谢的基本要略在于：生成ATP、还原力和结构单元用于体内生物合成。

　　NADPH专一用于还原性生物合成，NADH和FADH2主要功能是通过呼吸链产生ATP。

　　ATP来源：(1)底物水平磷酸化、(2)绿色植物和光合细菌的光合磷酸化、(3)呼吸链的氧化磷酸化。

　　NADPH来源：

　　(1)植物光合电子传递链

　　(2)磷酸戊糖途径

　　(3)乙酰CoA由线粒体转移到细胞质时伴随有NADH的氧化和NADP+的还原，所产生的NADPH可用于脂肪酸合成

　　有机物分解产生构造草料和能量大致可以分三个阶段：

　　(1)将大分子分解为小分子单元，释放的能量不能被利用。

　　(2)将各种小分子单元分解为共同的降解产物乙酰CoA，产生还原力NADPH和少量ATP。

　　(3)乙酰CoA通过TCA被完全氧化成CO2，脱下的电子经氧化磷酸化产生大量的ATP。

　　5、 分解、合成受不同方式调节

　　单向代谢的反馈调节

　　顺序反馈控

　　分枝代谢的反馈调节 对同工酶的反馈抑制

　　协同反馈抑制

　　代谢调节的三个水平

　　代谢调节是生物长期进化过程中，为适应环境的变化的而形成的一种适应能力。进化程度越高的生物，其代谢调节的机制越复杂、越完善。

　　生物代谢调节在三个水平上进行，即酶水平、细胞水平、多细胞整体水平(神经、激素)。酶和细胞水平的调节，是最基本的调节方式，为一切生物所共有。

　　神经水平调节 ：动物

　　激素水平调节：植物、动物

　　细胞水平调节、酶水平调节：单细胞生物、植物、动物

　　神经调节：整体的、最高级的调节。

　　激素调节：受神经调节控制。第二级调节。

　　酶调节：原始的、基本的调节。第三级调节。

　　酶水平的调节：酶活性调节(酶原激活、别构效应、共价修饰)和酶含量(基因表达调控)

　　一、 酶水平的调节

　　酶水平的调节，主要通过酶定位的区域化、酶活性的调节、酶含量的调节，这三个方面进行。

　　1、 酶定位的区域化

　　酶在细胞内有一定的布局和定位。催化不同代谢途径的酶类，往往分别组成各种多酶体系。多酶体系存在于一定的亚细胞结构区域中，或存在于胞质中，这种现象称为酶的区域化。

　　功能：浓缩效应，防止干扰，便于调节。

　　⑴多酶体系在细胞中区域化，为酶水平的调节创造了有利条件,使某些调节因素可以专一地影响细胞内某一部分的酶活性，而不致影响其它部位酶的活性。

　　⑵此外，酶定位的区域化，使它与底物和辅助在细胞器内一起相对浓缩，利于在细胞局部范围内快速进行各个代谢反应。

　　主要代谢途径酶系在细胞内的分布：

　　胞质：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途径，脂肪酸合成，部分蛋白质合成。

　　线粒体：脂肪酸β氧化，三羧酸循环，呼吸链，氧化磷酸化。

　　细胞核：核酸的合成、修饰。

　　内质网：蛋白质合成，磷脂合成。

　　胞质和线粒体：糖异生，胆固醇合成

　　溶酶体：多种水解酶

　　2、 酶活性的调节

　　调节方式：酶原的激活

　　pH改变，如溶菌酶。pH7，无活性。pH5，活性高。

　　同工酶

　　共价修饰

　　反馈调节(生物体内最重要)

　　特点：调节快速、灵敏，数秒至数分钟可完成。

　　(1)、 共价修饰和级联放大 P430图22-14

　　磷酸化/脱磷酸化

　　腺苷酰化/脱腺苷酰化

　　(2)、 前馈和反馈调节

　　前馈调节：底物对酶活性的调节，一般是前馈激活，但也可能是前馈抑制。当底物浓度过高时可避免该代谢途径的过分拥挤和产物的大量合成，如高浓度的乙酰CoA是乙酰CoA羧化酶的别构抑制剂，可避免丙二酸单酰CoA大量合成。

　　反馈调节：产物对酶活性的调节，一般是反馈抑制，但也有反馈激活。

　　a.反馈抑制 单价反馈抑制

　　多价反馈抑制

　　当序列终产物浓度积累过多时，会抑制初始反应的酶活性，使整个体系反应速度降低。

　　b. 顺序反馈抑制

　　c. 协同反馈抑制

　　d. 累积反馈抑制

　　e. 同工酶反馈抑制

　　f. 反馈激活和前馈激活

　　(3)、 反馈激活：

　　(4)、 前馈激活：

　　如在糖酵解中，1.6—二磷酸果糖，可提高后面丙酮酸激酶的活性，加速磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。

　　如当丙酮酸不能经乙酰CoA进入TCA时，丙酮酸积累，磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸，后者可合成a.a和嘧啶核苷酸。合成出的嘧啶核苷酸，反馈激活磷酸烯醇丙酮酸羧化酶，促进草酰乙酸合成，保证TCA对草酰乙酸的需要。

　　3、 酶合成的调节(基因表达的调节)

　　酶合成调节，是通过酶量的变化来调控代谢速率。

　　二、 细胞水平的调节

　　(1)控制跨膜离子浓度剃度和电位梯度

　　(2)控制跨膜物质运输

　　(3)区隔化：浓缩作用，防止干扰，便于调节

　　(4)膜与酶可逆结合：

　　双关酶：能与膜可逆结合，通过膜结合型和可溶型的互变来调节酶的活性。双关酶大多是代谢途径的关键酶和调节酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷酸果糖激酶，醛缩酶，3-磷酸甘油醛脱氢酶，氨基酸代谢的Glu脱氢酶，Tyr氧化酶：参与共价修饰的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。

　　激素水平的调节(略)