6-磷酸果糖激酶---生物化学与分子生物学教研室

概念部位代谢途径关键酶及催化的反应代谢调节代谢章节:糖代谢概况葡萄糖乳酸、氨基酸、甘油糖原淀粉磷酸戊糖途径糖原合成肝糖原分解消化与吸收糖异生ATP丙酮酸H2O+CO2有氧氧化乳酸糖酵解ATP核糖+NADPH+H+磷酸戊糖途径第九章房娜生物化学与分子生物学教研室物质代谢的联系与调节MetabolicInterrelationshipsandRegulation§1.物质代谢的特点§2.物质代谢的相互联系在能量代谢上的相互联系糖、脂和蛋白质之间的相互联系§3.组织、器官的代谢特点及联系§4.代谢调节细胞水平的代谢调节激素水平的代谢调节整体水平的代谢调节主要内容代谢的基本要略代谢的基本要略在于形成ATP、还原力和构造单元以用于生物合成。由ATP、还原力和构造单元可合成各类生物分子，并进而装配成生物不同层次的结构。生物合成和生物形态建成是一个耗能和增加有序结构的过程，需要由物质流、能量流和信息流来支持。第一节物质代谢的特点TheSpecialtyofMetabolism整体性代谢调节具有组织器官特异性具有各自共有的代谢池（动态平衡）ATP是机体能量利用的共同形式NADPH是合成代谢所需的还原当量一、整体性糖类脂类蛋白质水无机盐维生素*各种物质代谢之间互有联系，相互依存。消化吸收中间代谢废物排泄二、代谢调节机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度内外环境不断变化影响机体代谢适应环境的变化三、具有组织器官特异性结构不同酶系的种类、含量不同不同的组织、器官代谢途径不同、功能各异血糖食物糖消化，吸收肝糖原分解非糖物质糖异生氧化分解CO2+H2O糖原合成肝（肌）糖原磷酸戊糖途径等其它糖脂类、氨基酸合成代谢脂肪、氨基酸例如四、具有各自共有的代谢池氨基酸代谢库食物蛋白质组织蛋白质分解体内合成氨基酸(非必需氨基酸)氨基酸代谢概况营养非必需AA糖、脂氧化供能胺类α-酮酸氨尿素代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成目录胆固醇体内合成（乙酰CoA）食物雄激素孕酮、雌激素肾上腺皮质激素排出体外胆汁酸胆盐7-脱氢胆固醇VitD3肝睾丸卵巢肾上腺皮质随胆汁经过肠道皮肤五、ATP是机体能量利用的共同形式营养物分解释放能量ADP+PiATP直接供能生物系统中的能流六、NADPH是合成代谢所需的还原当量例如乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径第二节物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships在能量代谢上的相互联系糖、脂和蛋白质之间的相互联系糖脂肪蛋白质三大营养物乙酰CoA共同中间产物TAC2H+2e+呼吸链ATPCoA共同最终代谢通路一、在能量代谢上的相互联系●三大营养素可在体内氧化供能。脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成基本结构单位生物氧化的三个阶段NADPH脂肪分解↑ATP↑ATP/ADP↑●从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。●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。糖分解↓6-磷酸果糖激酶-1（糖分解代谢限速酶之一）例如（一）（一）•饥饿时肝糖原分解，肌糖原分解肝糖异生，蛋白质分解以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低1~2天3~4周●一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。（一）糖代谢与脂代谢的相互联系1.摄入的糖量超过能量消耗时二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）2.脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡萄糖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高酮血症草酰乙酸↓糖↓脂肪动员↑↑酮体生成↑↑TCA↓脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸氧化糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物（二）糖与氨基酸代谢的相互联系例如丙氨酸丙酮酸脱氨基糖异生葡萄糖1.大部分氨基酸（除leu,lys外）脱氨基后，生成相应的α-酮酸，可转变为糖。2.糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸糖丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA柠檬酸α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸氨基酸乙酰CoA脂肪1.蛋白质可以转变为脂肪2.氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系H2N－CH2－COOHN5,N10-四烯基四氢叶酸甘氨酸胆胺与胆碱的合成甘油二酯合成途径——但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸其他α-酮酸某些非必需氨基酸3.脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系1.氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶2.磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸。ATP是能量的“通货”UTP参与多糖的合成CTP参与磷脂合成GTP参与蛋白质合成3.核酸与蛋白质、糖、脂的关系糖原食物糖葡糖-6-磷酸酵解中间物磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2乳酸CO2脂肪酸食物脂肪甘油储存脂肪辅酶H2甘油氨基酸NH3CO2ATP尿素组织蛋白质食物蛋白质三羧酸循环乙醛酸循环磷酸戊糖途径辅酶H2呼吸链磷酸戊糖ATPADPATP甲酸CO2NH3核酸H2Oα-酮戊二酸生糖甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺辅酶H2磷脂丝甲硫氨基酸酶基因糖异生发酵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。第三节组织、器官的代谢特点及联系MetabolicSpecialtyandInterrelationshipsofTissuesandApparatus肝糖类脂类蛋白质水无机盐维生素合成、储存糖原糖原分解为葡萄糖提供血糖糖异生——对维持血糖恒定起重要作用糖类酮体乳酸自由脂酸葡萄糖——以有氧氧化途径为主心耗能大，耗氧多。葡萄糖为主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。脑合成并储存糖原；肌糖原分解不能提供葡萄糖；通常以脂酸氧化为主要供能方式；剧烈运动时，以糖酵解为主。肌肉——能量主要来自糖酵解红细胞——合成、储存脂肪脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用脂肪组织肾也可进行糖异生和生成酮体；肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。第四节代谢调节TheRegulationofMetabolism•代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。单细胞生物生物体内的代谢不是孤立，各行其是进行的，即相互联系转化，协调一致，又互相限制与制约。体内代谢能保持这种动态的平衡，应归功于它的精确的调节机构。高等生物——三级水平代谢调节•细胞水平代谢调节---通过对细胞内酶的调节来实现。•激素水平代谢调节•整体水平代谢调节---协调不同细胞、组织与器官之间的代谢。---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(keyenzyme)的活性决定。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。（一）细胞内酶的隔离分布(Compartmentation)代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域。酶定位的区域化线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;细胞核:核酸合成内质网:蛋白质合成;磷脂合成•酶的隔离分布的意义可避免代谢途径之间相互干扰。有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节。区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。①速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶(limitingvelocityenzymes)。②催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。③这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。•关键酶催化的反应具有以下特点：代谢途径关键酶糖原降解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖酵解己糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶糖有氧氧化丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶糖异生丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖双磷酸酶-1脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶胆固醇合成HMG辅酶A还原酶某些重要代谢途径的关键酶•快速代谢•迟缓代谢数秒、数分钟通过改变酶的活性数小时、几天通过改变酶的含量变构调节(allostericregulation)化学修饰调节(chemicalmodification)•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。酶蛋白合成酶蛋白降解1.变构调节的概念小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。（二）关键酶的变构调节使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allostericeffector)被调节的酶称为变构酶或别构酶(allostericenzyme)变构激活剂allostericeffector——引起酶活性增加的变构效应剂。变构抑制剂allostericeffector——引起酶活性降低的变构效应剂。代谢途径变构酶变构激活剂变构抑制剂糖酵解己糖激酶AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶-1FDP柠檬酸丙酮酸激酶ATP，乙酰CoA三羧酸循环柠檬酸合酶AMPATP，长链脂酰CoA异柠檬酸脱氢酶AMP，ADPATP糖异生丙酮酸羧化酶乙酰CoA，ATPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP，G-1-P，PiATP，G-6-P脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶柠檬酸，异柠檬酸长链脂酰CoA氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶ADP，亮氨酸，蛋氨酸GTP，ATP，NADH嘌呤合成谷氨酰胺PRPP酰胺转移酶AMP，GMP嘧啶合成天冬氨酸转甲酰酶CTP，UTP核酸合成脱氧胸苷激酶dCTP，dATPdTTP一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂变构效应剂+酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制）亚基聚合←→亚基解聚疏松←→紧密酶分子多聚化非共价键结合2.变构调节的机制变构酶：包括催化亚基、调节亚基变构效应剂：底物、终产物和其他小分子代谢物蛋白激酶A的变构调节3.变构调节的生理意义①代谢终产物反馈抑制(feedbackinhibition)反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。乙酰CoA乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA长链脂酰CoA②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促进糖的储存③变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化乙酰辅酶A羧化酶促进脂酸的合成（三）酶的化学修饰调节1.化学修饰的概念酶蛋白肽链上某些残基，在酶的催化下发生可逆的共价修饰(covalentmodification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。2.化学修饰的主要方式磷酸化---去磷酸乙酰化---脱乙酰甲基化---去甲基腺苷化---脱腺苷SH与–S—S–互变酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白3.化学修饰的特点①酶蛋白有两种状态,发生共价键改变,在不同酶的作用下,可互相转变。②催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控③具有放大效应，效率较变构调节高。④磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。⑤同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。【例如