生物化學-物質代謝的聯(lián)系及調節(jié)

1、第四部分 物質代謝的聯(lián)系及調節(jié),,一、糖、脂類、核酸、蛋白質代謝的相互聯(lián)系,1、糖代謝與脂類代謝的相互關系2、糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系3、脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系4、核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系,二 、 代謝調節(jié),1 代謝調節(jié)的概念2、酶水平的調節(jié)（1） 酶定位的區(qū)域化（2） 酶活性的調節(jié)(共價修飾，反饋調節(jié))（3） 酶合成的調節(jié)（原核生物基因表達的調控-操縱子學說）3、細胞信號的跨膜轉導,,物質代謝的聯(lián)系

2、及其調節(jié),一、 物質代謝的相互聯(lián)系,二、 代謝調節(jié),思考?,三、 基因表達調控,物質代謝的相互聯(lián)系,,,,一、糖代謝與脂類代謝的相互關系二、糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系三、脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系四、核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系,糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系,糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系,糖 →→ α-酮酸 氨基酸 蛋白質,,NH3,,蛋白質 氨基

3、酸 α-酮酸 糖,,,,（生糖氨基酸）,脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系,脂肪,,甘油,,磷酸二羥丙酮,脂肪酸,,乙酰CoA,,氨基酸碳架,,氨基酸,,蛋白質,,蛋白質,,氨基酸,,酮酸或乙酰CoA,,脂肪酸,,脂肪,（生酮氨基酸）,核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系,?核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。,? 核酸是細胞內重要的遺傳物質，控制著蛋白質的合成，影響細胞

4、的成分和代謝類型;,? 核酸生物合成需要糖和蛋白質的代謝中間產物參加，而且需要酶和多種蛋白質因子;,? 各類物質代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質合成與糖異生作用;,脂肪代謝和糖代謝的關系,延胡索酸,琥珀酸,蘋果酸,草酰乙酸,3-磷酸甘油,,,,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸,,植物或微生物,（胞液）,（線粒體）,（PEP）,糖的分解代謝

5、和糖異生的關系,糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系,一、代謝調節(jié)的概念,二、細胞區(qū)域化調節(jié),四、激素調節(jié),,代 謝 調 節(jié),三、酶水平的調節(jié),代謝調節(jié),生命是靠代謝的正常運轉維持的。生命有限的空間內同時有那麼多復雜的代謝途徑在運轉，必須有靈巧而嚴密的調節(jié)機制，才能使代謝適應外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調節(jié)失靈便會導致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進化歷程中，機體的結構、代謝和生理功能越來越復雜，代謝調節(jié)

6、機制也隨之更為復雜。,1、酶原激活,2、酶的別構效應 ? 酶活性的前饋和反饋調節(jié),3、酶的共價修飾與級聯(lián)放大機制,,酶水平的調節(jié),4、輔因子對已有酶活性的調節(jié),酶定位的區(qū)域化,線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);?-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化,細胞質:酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;,細胞核:核酸合成,內質網(wǎng):蛋白質合成;磷脂合成,（2）反饋抑制,（4）前饋和反饋調節(jié)中酶活性調節(jié)的機制,酶活性的前饋和反饋調節(jié),（1）限

7、速步驟和標兵酶,（3）前饋和反饋激活,前饋（feedforward ）和反饋（feedback ）是來自電子工程學的術語，前者的意思是“輸入對輸出的影響”，后者的意思是“輸出對輸入的影響”，這里分別借用來說明底物和代謝產物對代謝過程的調節(jié)作用。這種調節(jié)作用是通過酶的變構效應來實現(xiàn)的。,酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價結合或脫去，引起酶分子構象的改變，使其活性得到調節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾（Covalent moldif

8、ication ）。目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙?；佘挣；?去腺苷酰化，尿苷?；?去尿苷?；谆?去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。,,,,例：糖原磷酸化酶的共價修飾,共價修飾,酶級聯(lián)系統(tǒng)調控示意圖,意義：由于酶的共價修飾反應是酶促反應，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效應。這種調節(jié)方式快速、效率極高。,腎上腺素或胰高血糖素

9、,1、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）,腺苷酸環(huán)化酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（無活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（無活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶 b（無活性）,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,腎上腺素或胰高血糖素,,,,,,,,1,,,,,4,5,6,,,由代謝終產物作為變構劑來抑制在此產物合成過程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱為反饋抑

10、制。這是一種負反饋機制，多數(shù)情況下控制合成代謝。,類型：順序反饋抑制 協(xié)同反饋抑制 累積反饋抑制 同工酶反饋抑制,反饋抑制,順序反饋抑制示意圖,A,,B,G,F,J,D,C,,,,,,,H,,,,,,,,E1,E3,E2,,,芳香族氨基酸合成的順序反饋調節(jié),協(xié)同調節(jié)示意圖,A,,B,G,F,J,D,C,,,,,,,H,,,,,,E1,E3,E2,賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調節(jié),同工酶反饋抑制示意圖,A,

11、,B,G,F,J,D,C,,,,,,,H,,,,,E1,E2,,E3,E4,,,幾種氨基酸的同工酶反饋調節(jié),,累積反饋抑制示意圖,反饋激活和前饋激活示意圖,A?B ? C ? D ? F,A?B ? ? ? ? ? ? ? G,C,D,E,,,E,,,,,,,,,,,例1:糖代謝途徑中丙酮酸積累激活丙酮酸羧化酶，例2：乙酰CoA的積累激活PEP羧化酶,酶的反饋激活,,葡萄糖,,,,,,,草酰乙酸,丙酮酸,羧化酶,乙酰CoA,活

12、化,磷酸烯醇式丙酮酸,,,擰檬酸,?-酮戊二酸,,,,1，6-二磷酸果糖,,,,,,,谷氨酰氨合成酶的累積反饋抑制,反饋調節(jié)中酶活性調節(jié)的機制,,輔因子對已有酶活性的調節(jié),? 能荷對代謝的調節(jié)? [NADH]/[NAD+]對代謝的調節(jié)? 金屬離子濃度對代謝的調節(jié),一、原核和真核基因組,二、原核生物酶合成調節(jié)的遺傳機制 ——操縱子學說,三、真核生物基因表達的調控,基因表達的調控,b、酶合成的誘導和阻遏機理,原核生物

13、酶合成調節(jié)的遺傳機制操縱子學說,實例：誘導型操縱子?乳糖操縱子 阻遏型操縱子 ?色氨酸操縱子（自學）,調節(jié)基因,阻遏蛋白,,誘導物,,,阻遏蛋白,不能阻擋操縱基因,,基因表達,（無活性）,（有活性）,,酶合成的誘導機理,調節(jié)基因,,阻遏蛋白,阻遏物,,,阻遏蛋白,,阻擋操縱基因,基因不表達,（無活性）,（有活性）,實例：大腸桿菌乳糖操縱子（如圖）,,酶合成的阻遏機理,酶的誘導和阻遏操縱子模型,B.有活性阻遏蛋白

14、加誘導劑,A.有活性阻遏蛋白,C.無活性阻遏蛋白,D.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑,乳糖操縱子的負調控,調節(jié)基因,操縱基因,乳糖結構基因,P,LacZ,LacY,Laca,,,,,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,啟動子,O,R,,A、乳糖操縱子的結構,B、乳糖酶的誘導,,阻遏蛋白（有活性）,乳糖操縱子的正調控,R,LacZ,LacY,Laca,,,mRNA,CAP基因,結構基因,T,,CAP,,,,,,,,,,,,,,,,,,

15、,,O,CAP結合部位,RNA聚合酶,T,,,cAMP -CAP,P,,CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）,,使CAP呈失活狀態(tài),真核生物基因表達調控,DNA,轉錄初產物RNA,mRNA,蛋白質前體,mRNA降解物,活性蛋白質,,,,,,,,,DNA水平調節(jié),轉錄水平調節(jié),轉錄后加工的調節(jié),翻譯調節(jié),mRNA降解調節(jié),翻譯后加工的調節(jié),核,細胞質,? 真核基因表達調控的五個水

16、平 DNA水平調節(jié) 轉錄水平調節(jié) 轉錄后加工的調節(jié) 翻譯水平調節(jié) 翻譯后加工的調節(jié)? 真核基因調控主要是正調控? 順式作用元件和反式作用因子? 轉錄因子的相互作用控制轉錄,激 素 調 節(jié) 的 機 制,1、含氮激素作用模式2、甾醇類激素作用模式,甾醇類激素作用原理示意圖,肽類激素通過cAMP-蛋白激酶調節(jié)代謝示意圖,,,,,內在蛋白質的磷酸化作用,改變細胞的生理過程,細

17、胞膜,細胞膜,,,問答題,1、為什么說三羧酸循環(huán)是糖、脂、蛋白質三大物質代謝的共同通路？2、舉例說明核苷酸類化合物在代謝中起的作用。3、試比較變構調節(jié)與化學修飾調節(jié)作用的異同？4、試以大腸桿菌乳糖操縱子說明酶合成的誘導和阻遏。5、寫出天冬氨酸在體內氧化生成CO2和H2O的主要歷程，注明其中脫氫反應的酶，并計算所產生的ATP數(shù)目。6、簡述能荷調節(jié)對代謝的影響及其生物系意義。 

18、 名詞解釋　　反饋抑制　　共價修飾　　第二信使　　　操縱子,糖酵解和葡萄糖異生的關系,A G-6-P磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶,,,脂肪,葡萄糖、其它單糖,三羧酸循環(huán),電子傳遞（氧化）,蛋白質,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間產物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中間物進入三羧酸循環(huán),氧化脫