代谢调控2上传.pptx

细胞的区域化分隔代谢整体网络化酶合成水平的调控酶活性水平的调控代 谢 调 控第1页/共56页一、代谢途径的相互联系1.细胞水平的分隔调控;2.由少数中间代谢物沟通各代谢途径；并使各个途径的相互转化成为可能;3.由少数不可逆反应决定代谢特点：方向、水平;（限速酶/关键酶）二、酶水平的调控是代谢调控 的基础第2页/共56页二、酶水平的调控是代谢调控的基础：合成水平的调控；活性水平的调控。第3页/共56页 1、酶合成水平的调控 转录水平的调控。原核生物基因表达的原核生物基因表达的调控：调控：操纵子模型操纵子模型JacobJacob和和MonodMonod，19611961年。年。（原核转录调控）（原核转录调控）第4页/共56页真核生物基因表达调控DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解调节调节翻译后加工翻译后加工的调节的调节核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 转录后加工的调节转录后加工的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后加工的调节翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控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转录因子的相互作用控制转录第5页/共56页二、酶水平的调控是代谢调控的基础：合成水平的调控；活性水平的调控。第6页/共56页（1）酶原的激活（2）酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节（3）产能反应与需能反应的调节（4）酶的共价修饰与级联放大机制2、酶活性水平的调节第7页/共56页酶活性调节的别构效应代谢物代谢物别别构构中中心心活性活性中心中心第8页/共56页酶活性的前馈和反馈调节酶活性的前馈和反馈调节 前馈（前馈（feedforward）和反馈（）和反馈（feedback）是来自）是来自电子工程学的术语，前者的意思是电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响输入对输出的影响”，后者的意思是，后者的意思是“输出对输入的影响输出对输入的影响”，这里分别借，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。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的过酶的变构效应变构效应来实现的。来实现的。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反馈反馈前馈前馈第9页/共56页6-6-磷酸葡萄糖对糖原合成的磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用前馈激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原糖原糖原 合成酶合成酶ATP ADP UTP UDPG 第10页/共56页同功酶反馈抑制第11页/共56页协同反馈抑制第12页/共56页顺序反馈抑制第13页/共56页累积反馈抑制谷氨酰氨谷氨酰氨合成酶合成酶第14页/共56页反馈抑制：同功酶反馈抑制协同反馈抑制顺序反馈抑制累积反馈抑制是一种准确而经济的调控方式第15页/共56页葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸羧羧化化酶酶乙酰乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸拧檬酸拧檬酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核酸核酸 氨甲酰氨甲酰天冬氨酸天冬氨酸+磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应的调节控制第16页/共56页细胞能量状态指标细胞能量状态指标能荷能荷=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP 产能反应与需能反应的调节第17页/共56页糖酵解与三羧酸循环途径的能量信号调节糖酵解与三羧酸循环途径的能量信号调节丙酮酸丙酮酸 G细胞液细胞液柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸 线粒体线粒体 G-6-P F-6-P F-1.6-2P 磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶 PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP NADH O2ATPATP ADP+PiADP+PiAMP+ATP 2ADPAMP+ATP 2ADP PiPiPiPi PEP 羧激酶羧激酶+-+-己糖激酶己糖激酶 丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶 柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶-酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶脱氢酶第18页/共56页又称辅因子对酶活的调控 能荷及能荷的调控 NAD（P）H/NAD(P)比值的调控 金属离子的调控第19页/共56页 酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以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。目前已知有六种修饰调节，这种方式称为酶的共价修饰。目前已知有六种修饰方式：方式：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙酰化去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，去甲基化，氧化氧化（S-SS-S）/还原还原(2SH)(2SH)。激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶a P（有活性）（有活性）磷酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰例：糖原磷酸化酶的共价修饰共价修饰第20页/共56页糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控 糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为糖原限速酶分别为糖原磷酸化酶磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。但其效果相反。糖原合成酶糖原合成酶 a (有活性有活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b (无活性无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b (无活性无活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a (有活性有活性)PP第21页/共56页酶酶级联系统级联系统调控示意图调控示意图意义意义：由于由于酶的共价修饰酶的共价修饰反应是酶促反反应是酶促反应，只要有少应，只要有少量信号分子量信号分子（如激素）存（如激素）存在，即可通过在，即可通过加速这种酶促加速这种酶促反应，而使大反应，而使大量的另一种酶量的另一种酶发生化学修饰，发生化学修饰，从而获得放大从而获得放大效应。这种调效应。这种调节方式快速、节方式快速、效率极高。效率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化腺苷酸环化酶（无活性）酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456第22页/共56页（1）酶原的激活（2）酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节（3）产能反应与需能反应的调节（4）酶的共价修饰与级联放大机制2、酶活性水平的调节第23页/共56页二、酶水平的调控是代谢调控的基础：合成水平的调控；活性水平的调控。第24页/共56页细胞的区域化分隔代谢整体网络化酶活性水平的调控酶合成水平的调控代 谢 调 控第25页/共56页生命即为受集成和受调控的各代谢途径的网络系统。第26页/共56页 第第 二二 章章 蛋白质化学蛋白质化学 第第 三三 章章 核酸化学核酸化学 第四第四/五章五章 酶学酶学/维生素与辅酶维生素与辅酶 第第 六六 章章 生物膜生物膜第第 七七 章章 代谢概述代谢概述第八第八/九章九章 糖类代谢糖类代谢/生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化第第 十十 章章 脂类代谢脂类代谢第十一章第十一章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢第十二章第十二章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸的酶促降解和核苷酸代谢第十三第十三/十四章十四章 DNA/RNADNA/RNA的生物合成的生物合成第十五第十五/十六章十六章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成/重组重组DNADNA技术技术第27页/共56页第第 七七 章章 代谢概述代谢概述第八第八/九章九章 糖类代谢糖类代谢/生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化第第 十十 章章 脂类代谢脂类代谢第十一章第十一章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢第十二章第十二章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸的酶促降解和核苷酸代谢第十三第十三/十四章十四章 DNA/RNADNA/RNA的生物合成的生物合成第十五第十五/十六章十六章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成/重组重组DNADNA技术技术新陈代谢：新陈代谢：第28页/共56页蛋白质 核酸 碳水化合物 脂类 生物大分子氨基酸 核苷酸 葡萄糖 脂肪酸/甘油 构件分子 6-磷酸-葡萄糖 丙酮酸 共同降解物 乙酰COA 电子传递链 氧化磷酸化 代谢终产物含氮终产物 ADP ATP TCA循环 H+e-o2+H2OCO2尿素循环第29页/共56页生物大分子的降解并非简单的逐一降解，而是先降解成共同的小的片段，再由小片段按一定的代谢途径最终降解。这样的好处？第30页/共56页生物大分子的降解方式：水解、硫解、磷酸解、焦磷酸解降解产物往往多是一种活化形式，方便后续的彻底分解或合成的再利用。第31页/共56页生物物质的分解方式：降解：构件分子或小分子中间物分解：最简单的无机物（CO2、H2O、NH3、SO2等等）物质分解的作用：获取自身生长的能量和中间物第32页/共56页生命物质合成的特点：自养生物：自养生物：从无到有、从头合成从无到有、从头合成异养生物：异养生物：半合成缩合、聚合半合成缩合、聚合由小到大、由简单到复杂生命物质合成的中心是：光合作用和生物固氮第33页/共56页生命物质代谢的条件：实现酶催化作用的条件就是生命物质代谢所需的条件。酶促反应是生命物质的基本特点第34页/共56页生命物质代谢的互补性生命物质代谢在种属之间的互补性就是一种生态学上的生物链关系。同一生物体内物质代谢的互补性，其实质就是一种内在的相互联系，体现了即联系又独立的整体性。第35页/共56页蛋白质 核酸 碳水化合物 脂类 生物大分子氨基酸 核苷酸 葡萄糖 脂肪酸/甘油 构件分子 6-磷酸-葡萄糖 丙酮酸 共同降解物 乙酰COA 电子传递链 氧化磷酸化 代谢终产物含氮终产物 ADP ATP TCA循环 H+e-o2+H2OCO2尿素循环第36页/共56页呼吸代谢：糖酵解TCA循环电子电子传递链传递链氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质线粒体基质线粒体内膜第37页/共56页呼吸代谢之物质代谢部分：糖代谢第38页/共56页生理功能：1.供应能量的主体；2.有机体重要的碳源；3.有机体重要的结构组分；第39页/共56页生理功能：4.特殊生理功能的糖脂糖蛋白；5.其磷酸化衍生物可形成许多重要的生理活性物质：如NADH、FADH2、ATP、GTP、cAMP等。第40页/共56页糖类的降解与合成：水解、磷酸解：酶的协同作用合成：糖核苷酸的形成及作用第41页/共56页直接能量供体：葡萄糖1.供氧充足时，彻底氧化分解：H2O和CO2；2.缺氧时，糖酵解至丙酮酸再乳酸或乙醇发酵；第42页/共56页直接能量供体：葡萄糖 3.重要的己糖支路：专为有机体自身还原性物质的合成做准备；4.小分子非糖物质经糖异生作用生成葡萄糖以维持血糖稳定。第43页/共56页呼吸代谢之能量代谢部分：生物氧化生成ATP的氧化系统氧化磷酸化作用光合磷酸化、底物水平磷酸化第44页/共56页机体最主要的能量储存和供应物质：甘油三酯的代谢磷酸戊糖途径：还原力、骨架库第45页/共56页甘油三酯的降解1.脂肪动员：由脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸；2.脂肪酶为其关键限速酶，属于共价修饰酶；3.产物去向：甘油（糖酵解或（糖酵解或糖异生）糖异生）；脂肪酸（氧化供能）（氧化供能）第46页/共56页脂肪酸代谢的调控柠檬酸、乙酰CoA羧化酶、丙二酰COA、肉毒碱转移酶；乙醛酸循环脂肪酸向糖的转化第47页/共56页含氮化合物的代谢：氨基酸与核苷酸的代谢一、氮素循环二、生物固氮三、氨的同化第48页/共56页蛋白质 核酸 碳水化合物 脂类 生物大分子氨基酸 核苷酸 葡萄糖 脂肪酸/甘油 构件分子 6-磷酸-葡萄糖 丙酮酸 共同降解物 乙酰COA 电子传递链 氧化磷酸化 代谢终产物含氮终产物 ADP ATP TCA循环 H+e-o2+H2OCO2尿素循环第49页/共56页代谢调控的策略及特点一、物质代谢的特点：整体性、少数的共同代谢中间物、限速酶（关键酶）、（关键酶）、严格调控、区域化（各代谢途径严格（各代谢途径严格的细胞内定位）的细胞内定位）、共同的能量载体（ATP、NADH、FADH2、NADPH）第50页/共56页 物质代谢的相互联系 三大营养物质糖、脂和蛋白质，乙酰CoA是其共同代谢中间物，TCA循环是其碳骨架最后分解的共同代谢途径，一般情况下，优先糖和脂质供能以节约蛋白质的消耗。第51页/共56页酶水平的调控是代谢调控的基础：合成水平的调控；活性水平的调控。第52页/共56页功能型生物信息大分子的组装功能型生物信息大分子的组装 中心法则中心法则 DNA 是是主要的遗传物质主要的遗传物质 复制复制 转录转录 翻译翻译DNARNA蛋白质蛋白质第53页/共56页第第 七七 章章 代谢概述代谢概述第八第八/九章九章 糖类代谢糖类代谢/生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化第第 十十 章章 脂类代谢脂类代谢第十一章第十一章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢第十二章第十二章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸的酶促降解和核苷酸代谢第十三第十三/十四章十四章 DNA/RNADNA/RNA的生物合成的生物合成第十五第十五/十六章十六章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成/重组重组DNADNA技术技术新陈代谢：新陈代谢：第54页/共56页共享生命敬重生命探 究 生 命第55页/共56页第56页/共56页