生物化学物质代谢联系及调节.ppt

第四部分 物质代谢的联系及调节,一、糖、脂类、核酸、蛋白质代谢的,相互联系,1、,糖代谢与脂类代谢的相互关系,2、,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,3、,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,4、,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,二、代谢调节,1,代谢调节的概念,2、酶水平的调节,（1）,酶定位的区域化,（2）,酶活性的调节,(,共价修饰,，,反馈调节,),（3）,酶合成的调节,（原核生物基因表达的调控-,操纵子学说,）,3、,细胞信号的跨膜转导,物质代谢的联系及其调节,一、,物质代谢的相互联系,二、,代谢调节,思考,三、,基因表达调控,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,糖代谢与脂类代谢的相互联系,糖,乙酰,CoA,，NADPH,脂肪酸,磷酸二羟丙酮,-,磷酸甘油,脂肪,有,氧氧化,酵解,从头合成,脂肪,甘油,磷酸二羟丙酮,糖代谢,脂肪酸,乙酰,CoA,琥珀酸,糖,(植物),乙醛酸循环,-氧化,糖异生,TCA,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,糖,-,酮酸 氨基酸 蛋白质,NH,3,蛋白质 氨基酸,-,酮酸 糖,（,生糖氨基酸,）,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂肪,甘油,磷酸二羟丙酮,脂肪酸,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,脂肪酸,脂肪,（生酮氨基酸）,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如,CoA,、NAD+，NADP+，,cAMP,，,cGMP,）。,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;,核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子;,各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如,ATP,是能量的,“,通货,”,，此外,UTP,参与多糖的合成，,CTP,参与磷脂合成，,GTP,参与蛋白质合成与糖异生作用;,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,（胞液）,（线粒体）,（PEP）,丙酮酸,天冬氨酸,谷氨酸,（,转氨基作用）,糖的,分解代谢和糖异生的关系,糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系,PEP,丙酮酸,生酮氨基酸,-,酮戊二酸,核糖-5-磷酸,甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨,丙氨酸 甘氨酸丝氨酰苏氨酸,半胱氨酸,氨基酸,6-磷酸葡萄糖,磷酸二羟丙酮,乙酰,CoA,甘油,脂肪酸,胆固醇,亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸,笨丙氨酸,异亮氨酸,亮氨酸色氨酸,乙酰乙酰,CoA,脂肪,核苷酸,天冬氨酸天冬酰氨,天冬氨酸苯丙酰氨,酪氨酸,异亮氨酸甲硫酰氨,苏氨酸缬氨酸,琥珀酰,CoA,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,乙醛酸,蛋白质,淀粉、糖原,核酸,生糖氨基酸,谷氨酰氨,组氨酸脯氨酸精氨酸,谷氨酸,延胡索酸,琥珀酸,丙二单酰,CoA,1-磷酸葡萄糖,一、,代谢调节的概念,二、,细胞区域化调节,四、,激素调节,代 谢 调 节,三、,酶水平的调节,代谢调节,生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。,代谢调节的四级水平：,酶水平调节,细胞水平调节,激素水平调节,神经水平调节,多细胞整体水平调节,1、,酶原激活,2、,酶的别构效应,酶活性的前馈和反馈调节,3、,酶的共价修饰与级联放大机制,酶水平的调节,4、,辅因子对已有酶活性的调节,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,（2）,反馈抑制,（4）,前馈和反馈调节中酶活性调节的机制,酶活性的前馈和反馈调节,（1）限速步骤和标兵酶,（3）,前馈和反馈激活,前馈（,feedforward,）,和反馈（,feedback）,是来自电子工程学的术语，前者的意思是,“,输入对输出的影响,”,，后者的意思是,“,输出对输入的影响,”,，这里分别借用来说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这种调节作用是通过酶的,变构效应,来实现的,。,酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或脱去，引起酶分子构象的改变，使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰（,Covalent,moldification,）。,目前已知有六种修饰方式：,磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化,（,S-S）,/,还原,(2,SH)。,激酶,ATP,ADP,磷酸化酶,（无活性）,磷酸化酶,P,（有活性）,磷酸酯酶,-,OH,H,2,O,P,例：糖原磷酸化酶的共价修饰,共价修饰,酶,级,联系统调控示意图,意义,：,由于,酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。,肾上腺素或胰高血糖素,1,、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（活性）,2,、,ATP,cAMP,R、,cAMP,3,、蛋白激酶（无活性）,蛋白激酶（活性）,4,、磷酸化酶激酶（无活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5,、磷酸化酶,b（,无活性）,磷酸化酶,a（,活性）,6,、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,肾上腺素或胰高血糖素,1,3,2,10,2,10,4,10,6,10,8,葡萄糖,ATP,ADP,ATP,ADP,4,5,6,由代谢终产物作为,变构剂,来抑制在此产物合成过程中某一酶（通常为限速酶）活性的作用，称为反馈抑制。这是一种负反馈机制，多数情况下控制合成代谢。,类型：,顺序反馈抑制,协同反馈抑制,累积反馈抑制,同工酶反馈抑制,反馈抑制,顺序反馈抑制示意图,A,B,G,F,J,D,C,H,-,-,-,E,1,E,3,E,2,芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节,协同调节示意图,A,B,G,F,J,D,C,H,-,E,1,E,3,E,2,-,-,-,赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节,同工酶反馈抑制示意图,A,B,G,F,J,D,C,H,-,-,-,-,E,1,E,2,E,3,E,4,几种氨基酸的同工酶反馈调节,累积反馈抑制示意图,反馈激活和前馈激活示意图,AB C D F,AB,G,C,D,E,E,+,+,+,例1:糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶，例2：,乙酰,CoA,的积累激活,PEP,羧化酶,酶的反馈激活,葡萄糖,草酰乙酸,丙酮酸,羧化酶,乙酰,CoA,活化,磷酸烯醇式丙酮酸,拧,檬酸,-,酮戊二酸,1，6-二磷酸果糖,谷氨,酰氨合成酶的累积反馈抑制,反馈调节中酶活性调节的机制,代谢物,别构中心,活性中心,辅因子对已有酶活性的调节,能荷对代谢的调节,NADH/NAD,+,对代谢的调节,金属离子浓度,对代谢的调节,一、原核和真核基因组,二、原核生物酶合成调节的遗传机制,操纵子学说,三、,真核生物基因表达的调控,基因表达的调控,a、,操纵子基因表达的协同单位,操纵子,结构基因（编码蛋白质，,S）,控制部位,操纵基因（,operator,O）,启动子（,premotor,P）,b、,酶合成的诱导和,阻遏,机理,原核生物酶合成调节的遗传机制,操纵子学说,实例：诱导型操纵子,乳糖操纵子,阻遏型操纵子,色氨酸操纵子（自学）,调节基因,阻遏蛋白,诱导物,阻遏蛋白,不能阻挡操纵基因,基因表达,（无活性）,（有活性）,酶合成的诱导机理,调节基因,阻遏蛋白,阻遏物,阻遏蛋白,阻挡操纵基因,基因不表达,（无活性）,（有活性）,实例：大肠杆菌乳糖操纵子（,如图,）,酶合成的阻遏机理,酶的,诱导和阻遏操纵子模型,B.,有活性阻遏蛋白加诱导剂,A.,有活性阻遏蛋白,C.,无活性阻遏蛋白,D.,无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂,操纵基因,启动基因,调节基因,结构基因,阻遏蛋白(有活性),阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达,诱导物,诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达,酶蛋白,mRNA,阻遏蛋白不能跟操纵基因结合,结构基因可以表达,阻遏蛋白(无活性),酶蛋白,mRNA,代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达,代谢产物,乳糖操纵子的负调控,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,P,LacZ,LacY,Laca,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,基 因 关 闭,启动子,O,R,P,LacZ,LacY,Laca,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,启动子,O,R,mRNAZ,mRNAY,mRNAa,阻遏蛋白（无活性）,基 因 表达,mRNA,A、,乳糖操纵子的结构,B、,乳糖酶的诱导,乳糖,阻遏蛋白（有活性）,乳糖操纵子的正调控,R,LacZ,LacY,Laca,mRNA,mRNAZ,mRNAY,mRNAa,基 因 表达,CAP,基因,结构基因,T,CAP,O,CAP,结合部位,RNA,聚合酶,T,cAMP,-CAP,P,葡萄糖,分解代谢产物,腺苷酸环化酶,磷酸二酯酶,ATP,cAMP,5-AMP,抑制,激活,葡萄糖降解物与,cAMP,的关系,cAMP,CAP：,降解物基因活化蛋白（,catabolic gene activation protein）,降低,cAMP,浓度,使,CAP,呈失活状态,真核生物基因表达调控,DNA,转录初产物,RNA,mRNA,蛋白质前体,mRNA,降解物,活性蛋白质,DNA,水平调节,转录水平调节,转录后加工的调节,翻译调节,mRNA,降解,调节,翻译后加工的调节,核,细胞质,真核基因表达调控的五个水平,DNA,水平调节,转录水平调节,转录后加工的调节,翻译水平调节,翻译后加工的调节,真核基因调控主要是正调控,顺式作用元件和反式作用因子,转录因子的相互作用控制转录,激 素 调 节 的 机 制,1、,含氮激素,作用模式,2、,甾醇类激素作用模式,甾醇类激素作用原理示意图,肽类激素通过,cAMP,-,蛋白激酶调节代谢示意图,ATP,c,ATP,+,PPi,内在蛋白质的磷酸化作用,改变细胞的生理过程,细胞膜,细胞膜,c,R,蛋白激酶（无活性）,c,+,R,c,ATP,蛋白激酶（有活性）,受体,环化酶,激素,G,蛋白,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？,2、举例说明核苷酸类化合物在代谢中起的作用。,3、,试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？,4、试以大肠杆菌乳糖操纵子说明酶合成的诱导和阻遏。,5、写出天冬氨酸在体内氧化生成,CO,2,和,H,2,O,的主要历程，注明其中脱氢反应的酶，并计算所产生的,ATP,数目。,6、简述能荷调节对代谢的影响及其生物系意义。,名词解释,反馈抑制共价修饰第二信使操纵子,糖酵解和葡萄糖异生的关系,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖,丙酮酸,草酰乙酸,天冬氨酸,磷酸二羟丙酮,3-,P-,甘油醛,-,酮戊二酸,乳酸,谷氨酸,丙,氨酸,TCA,循环,乙酰,CoA,PEP,G-6-P,F-6-P,F-1.6-P,丙酮酸,草酰乙酸,谷氨酸,-,酮戊二酸,天冬氨酸,3-,P-,甘油,甘油,A,B,C,1,C,2,A G-6-P,磷酸酯酶,B F-1.6-P,磷酸酯酶,C,1,丙酮酸羧化酶,C,2,PEP,羧激酶,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,CoA,e,-,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,H,2,O,，,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,