生物化學(xué)-物質(zhì)代謝的聯(lián)系及調(diào)節(jié)

1、第四部分 物質(zhì)代謝的聯(lián)系及調(diào)節(jié),,一、糖、脂類、核酸、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,1、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系2、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系3、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系4、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,二 、 代謝調(diào)節(jié),1 代謝調(diào)節(jié)的概念2、酶水平的調(diào)節(jié)（1） 酶定位的區(qū)域化（2） 酶活性的調(diào)節(jié)(共價(jià)修飾，反饋調(diào)節(jié))（3） 酶合成的調(diào)節(jié)（原核生物基因表達(dá)的調(diào)控-操縱子學(xué)說）3、細(xì)胞信號(hào)的跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo),,物質(zhì)代謝的聯(lián)系

2、及其調(diào)節(jié),一、 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,二、 代謝調(diào)節(jié),思考?,三、 基因表達(dá)調(diào)控,物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,,,,一、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系三、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系四、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)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(zhì)代謝的相互聯(lián)系,糖 →→ α-酮酸 氨基酸 蛋白質(zhì),,NH3,,蛋白質(zhì) 氨基

3、酸 α-酮酸 糖,,,,（生糖氨基酸）,脂類代謝與蛋白質(zhì)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(zhì),,蛋白質(zhì),,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(zhì)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(xì)胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細(xì)胞

4、的成分和代謝類型;,? 核酸生物合成需要糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要酶和多種蛋白質(zhì)因子;,? 各類物質(zhì)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(zhì)合成與糖異生作用;,脂肪代謝和糖代謝的關(guān)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(guān)系,糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系,一、代謝調(diào)節(jié)的概念,二、細(xì)胞區(qū)域化調(diào)節(jié),四、激素調(diào)節(jié),,代 謝 調(diào) 節(jié),三、酶水平的調(diào)節(jié),代謝調(diào)節(jié),生命是靠代謝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同時(shí)有那麼多復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)轉(zhuǎn)，必須有靈巧而嚴(yán)密的調(diào)節(jié)機(jī)制，才能使代謝適應(yīng)外界環(huán)境的變化與生物自身生長(zhǎng)發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會(huì)導(dǎo)致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)

6、機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。,1、酶原激活,2、酶的別構(gòu)效應(yīng) ? 酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié),3、酶的共價(jià)修飾與級(jí)聯(lián)放大機(jī)制,,酶水平的調(diào)節(jié),4、輔因子對(duì)已有酶活性的調(diào)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(xì)胞質(zhì):酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;,細(xì)胞核:核酸合成,內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成;磷脂合成,（2）反饋抑制,（4）前饋和反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制,酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié),（1）限

7、速步驟和標(biāo)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(xué)的術(shù)語(yǔ)，前者的意思是“輸入對(duì)輸出的影響”，后者的意思是“輸出對(duì)輸入的影響”，這里分別借用來說明底物和代謝產(chǎn)物對(duì)代謝過程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)作用是通過酶的變構(gòu)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。,酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催化下，可以共價(jià)結(jié)合或脫去，引起酶分子構(gòu)象的改變，使其活性得到調(diào)節(jié)，這種方式稱為酶的共價(jià)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?；?去乙酰化，腺苷?；?去腺苷酰化，尿苷?；?去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。,,,,例：糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾,共價(jià)修飾,酶級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖,意義：由于酶的共價(jià)修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少量信號(hào)分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應(yīng)，而使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)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(wú)活性）,腺苷酸環(huán)化酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（無(wú)活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（無(wú)活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶 b（無(wú)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(chǎn)物作為變構(gòu)劑來抑制在此產(chǎn)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(fù)反饋機(jī)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(diào)節(jié),協(xié)同調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制,,輔因子對(duì)已有酶活性的調(diào)節(jié),? 能荷對(duì)代謝的調(diào)節(jié)? [NADH]/[NAD+]對(duì)代謝的調(diào)節(jié)? 金屬離子濃度對(duì)代謝的調(diào)節(jié),一、原核和真核基因組,二、原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制 ——操縱子學(xué)說,三、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控,基因表達(dá)的調(diào)控,b、酶合成的誘導(dǎo)和阻遏機(jī)理,原核生物

13、酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制操縱子學(xué)說,實(shí)例：誘導(dǎo)型操縱子?乳糖操縱子 阻遏型操縱子 ?色氨酸操縱子（自學(xué)）,調(diào)節(jié)基因,阻遏蛋白,,誘導(dǎo)物,,,阻遏蛋白,不能阻擋操縱基因,,基因表達(dá),（無(wú)活性）,（有活性）,,酶合成的誘導(dǎo)機(jī)理,調(diào)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(dá),（無(wú)活性）,（有活性）,實(shí)例：大腸桿菌乳糖操縱子（如圖）,,酶合成的阻遏機(jī)理,酶的誘導(dǎo)和阻遏操縱子模型,B.有活性阻遏蛋白

14、加誘導(dǎo)劑,A.有活性阻遏蛋白,C.無(wú)活性阻遏蛋白,D.無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑,乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控,調(diào)節(jié)基因,操縱基因,乳糖結(jié)構(gòu)基因,P,LacZ,LacY,Laca,,,,,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,啟動(dòng)子,O,R,,A、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu),B、乳糖酶的誘導(dǎo),,阻遏蛋白（有活性）,乳糖操縱子的正調(diào)控,R,LacZ,LacY,Laca,,,mRNA,CAP基因,結(jié)構(gòu)基因,T,,CAP,,,,,,,,,,,,,,,,,,

15、,,O,CAP結(jié)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(dá)調(diào)控,DNA,轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNA,mRNA,蛋白質(zhì)前體,mRNA降解物,活性蛋白質(zhì),,,,,,,,,DNA水平調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié),翻譯調(diào)節(jié),mRNA降解調(diào)節(jié),翻譯后加工的調(diào)節(jié),核,細(xì)胞質(zhì),? 真核基因表達(dá)調(diào)控的五個(gè)水

16、平 DNA水平調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié) 翻譯水平調(diào)節(jié) 翻譯后加工的調(diào)節(jié)? 真核基因調(diào)控主要是正調(diào)控? 順式作用元件和反式作用因子? 轉(zhuǎn)錄因子的相互作用控制轉(zhuǎn)錄,激 素 調(diào) 節(jié) 的 機(jī) 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(diào)節(jié)代謝示意圖,,,,,內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用,改變細(xì)胞的生理過程,細(xì)

17、胞膜,細(xì)胞膜,,,問答題,1、為什么說三羧酸循環(huán)是糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)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(gòu)調(diào)節(jié)與化學(xué)修飾調(diào)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(dǎo)和阻遏。5、寫出天冬氨酸在體內(nèi)氧化生成CO2和H2O的主要?dú)v程，注明其中脫氫反應(yīng)的酶，并計(jì)算所產(chǎn)生的ATP數(shù)目。6、簡(jiǎn)述能荷調(diào)節(jié)對(duì)代謝的影響及其生物系意義。 

18、 名詞解釋　　反饋抑制　　共價(jià)修飾　　第二信使　　　操縱子,糖酵解和葡萄糖異生的關(guān)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(zhì),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(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫