第13章--物质代谢的相互联系和调节控制PPT课件

1、一、物质代谢的相互联系一、物质代谢的相互联系（一）糖代谢与脂类代谢的相互关系糖可以在生物体内变成脂肪。脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。第1页/共47页糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有氧氧化酵解从头合成脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循环 -氧化糖异生TCA糖代谢与脂类代谢的相互关系糖代谢与脂类代谢的相互关系第2页/共47页脂肪代谢和糖代谢的相互关脂肪代谢和糖代谢的相互关系系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸

2、甘油三羧酸三羧酸循环循环乙醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微植物或微生物生物第3页/共47页（二）糖代谢与蛋白质代谢的相互关系糖可以转变为非必需氨基酸。蛋白质可以转变为糖。第4页/共47页糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 NH3蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸）第5页/共47页（三）脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系 由脂肪合

3、成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。蛋白质间接地转变为脂肪。 第6页/共47页脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系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）第7页/共47页（四）核酸与其他物质代谢的相互关系 蛋白质代谢为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料；糖类产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的来源。 许多核苷酸在代谢中起着重要的作用。核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质的合成影响细胞的组成成分和代谢类型。 核酸及其衍生物和多种物质代谢有关。但脂类代谢除供应CO2外，和核酸代谢并无明显的关

4、系。第8页/共47页 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。核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的相互联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的相互联系 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。第9页/共47页糖糖类类脂脂类类氨氨基基酸酸和和核核苷苷酸酸之之间间的的代代谢谢联联系系PEP丙酮酸生酮氨基酸

5、 -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CoA1-磷酸葡萄糖第10页/共47页（五）代谢的基本要略（五）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

6、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11页/共47页脂肪 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生物氧化的三个阶段段NADPH第12页/共47页生物系统中的能流生物系统中的能流第13页/共47页( (一一) )代谢调节的概念代谢调节

7、的概念( (二二) )酶水平的调节酶水平的调节( (三三) )细胞膜结构对代谢的调节和控制作用细胞膜结构对代谢的调节和控制作用(四)激素调节和跨膜信号转导激素调节和跨膜信号转导( (五五) )神经的调节神经的调节二二、代代 谢谢 调调 节节第14页/共47页( (一一) )代谢调节的概代谢调节的概念念 生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间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

8、需要。调节失灵便会导致代谢障碍，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。也随之更为复杂。代谢调节的四级水平：代谢调节的四级水平： 酶水平调节酶水平调节 细胞水平调节细胞水平调节 激素水平调节激素水平调节 神经水平调节神经水平调节多细胞整体水平调节多细胞整体水平调节第15页/共47页1 1、酶活性的调节、酶活性的调节 1 1）酶的别构效应）酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节酶活性的

9、前馈和反馈调节 2 2）产能反应与需能反应的调节）产能反应与需能反应的调节 3 3）酶的共价修饰与级联放大机制）酶的共价修饰与级联放大机制2 2、基因表达的调节、基因表达的调节 1 1）原核生物基因表达调节）原核生物基因表达调节 2 2）真核生物基因表达调节）真核生物基因表达调节( (二二) )酶水平的调节酶水平的调节 许多关键酶都是调节酶如别构酶、共价修饰酶、同工酶、多功能酶等。酶许多关键酶都是调节酶如别构酶、共价修饰酶、同工酶、多功能酶等。酶的调节主要是通过控制关键酶的活性和浓度来调节。的调节主要是通过控制关键酶的活性和浓度来调节。 酶活性调节是快速调节，在几分钟到几十分钟内完成。酶活性调

10、节是快速调节，在几分钟到几十分钟内完成。 通过控制酶浓度的调节要牵涉到基因、通过控制酶浓度的调节要牵涉到基因、mRNAmRNA、蛋白质的生物合成，所以这、蛋白质的生物合成，所以这种调节是一种慢调节，在几小时或几天内才能完成。种调节是一种慢调节，在几小时或几天内才能完成。 第16页/共47页酶浓度的调节酶浓度的调节： 酶浓度的调节 诱导阻遏终产物的阻遏分解代谢产物阻遏诱导作用（诱导作用（induction）：）： 指用诱导物（inducer）来促进酶的合成，这种作用称诱导作用。 阻遏作用（阻遏作用（repression）：）： 指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成，这种作用称阻遏作

11、用。 第17页/共47页1 1、酶活性的调节、酶活性的调节 1 1）酶的别构效应）酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节酶活性的前馈和反馈调节第18页/共47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（feedforwardfeedforward）和反馈（）和反馈（feedbackfeedback）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“输入对输出的影输入对输出的影响响”，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，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。这借用来说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用

12、。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的通过酶的别构效应别构效应来实现的。来实现的。S0SnS2S1E0E1En-1或+或或+反馈反馈前馈前馈第19页/共47页反馈调节中酶活性调节的机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第20页/共47页6-6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原合成酶ATP ADP UTP UDPG 第21页/共47页葡萄糖丙酮酸羧化酶乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖草酰乙酸 -酮戊二酸拧檬酸天冬氨酸氨基酸蛋白

13、质嘧啶核苷酸核酸 氨甲酰天冬氨酸+磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应的调节控羧化反应的调节控制制+第22页/共47页氨基酸合成的反馈调控氨基酸合成的反馈调控反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸分支酸分支酸脱氧庚酮糖酸脱氧庚酮糖酸-7-磷酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸脱氢奎尼酸脱氢奎尼酸莽草酸莽草酸谷氨酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 预苯酸预苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛高丝氨酸高丝氨酸氨基苯甲酸氨基苯

14、甲酸第23页/共47页 2 2）产能反应与需能反应的调节）产能反应与需能反应的调节第24页/共47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+AMPATPATP ADPATP系统质量作用比=第25页/共47页糖酵解与三羧酸循环途径的调节糖酵解与三羧酸循环途径的调节丙酮酸 G细胞液柠檬酸乙酰CoA柠檬酸草酰乙酸 -酮戊二酸乙酰CoA丙酮酸 线粒体 G-6-P F-6-P F-1.6-2P 磷酸果糖激酶 PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP NADH O2ATP ADP+PiATP ADP+PiAMP + AT

15、P 2ADPAMP + ATP 2ADP PiPiPiPi PEP 羧激酶+-+- 己糖激酶丙酮酸脱氢酶柠檬酸合成酶 -酮戊二酸 脱氢酶第26页/共47页 3 3）酶的共价修饰与级联放大机制）酶的共价修饰与级联放大机制第27页/共47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，这种方式称为酶的到调节，这种方式称为酶的共价修饰共价修饰（Covalent Covalent moldificationmoldification ）。目前已知有）。目前已知有

16、7 7种种修饰方式：修饰方式：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，去腺苷酰化，尿苷酰化尿苷酰化/ /去尿苷酰化，去尿苷酰化，ADP-ADP-核糖基化，甲基化核糖基化，甲基化/ /去甲基去甲基化，氧化（化，氧化（S-SS-S）/ /还原还原(2SH)(2SH)。激酶ATPADP磷酸化酶 b（无活性）磷酸化酶a P（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰共价修饰共价修饰第28页/共47页酶级联系统调控示意图意义意义：由于：由于酶的酶的共价修饰反应是共价修饰反应是酶促反应，只要酶促反应，只要有少量信号分子有少

17、量信号分子（如激素）存在，（如激素）存在，即可通过加速这即可通过加速这种酶促反应，而种酶促反应，而使大量的另一种使大量的另一种酶发生化学修饰，酶发生化学修饰，从而获得放大效从而获得放大效应。这种调节方应。这种调节方式快速、效率极式快速、效率极高。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、ATPcAMPR、cAMP3、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132 102 104 106 108葡萄糖ATP ADP

18、ATP ADP456第29页/共47页cAMPcAMP激活蛋白激活蛋白激酶的作用机理激酶的作用机理第30页/共47页糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控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，其限速酶分别为糖原磷酸化酶和糖原合成酶。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，但其效果相反。糖原合成酶 a ( 有活性)糖原磷酸化酶 b ( 无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶 b ( 无活性)糖原磷酸化酶 a ( 有活性)PP第31页/共47页2 2、基因表达的调节、基因表达的调节 1

19、 1）原核生物基因表达调节）原核生物基因表达调节 酶浓度的调节 诱导阻遏终产物的阻遏分解代谢产物阻遏诱导作用（诱导作用（induction）：）： 指用诱导物（inducer）来促进酶的合成，这种作用称诱导作用。 阻遏作用（阻遏作用（repression）：）： 指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成，这种作用称阻遏作用。 第32页/共47页 操纵子操纵子原核基因表达的协同单位原核基因表达的协同单位操纵子结构基因（编码蛋白质，S S）控制部位操纵基因（operator, Ooperator, O）启动子（premotor, Ppremotor, P） 酶诱导和阻遏的操纵子模型酶诱导

20、和阻遏的操纵子模型 合成途径操纵子的衰减子作用合成途径操纵子的衰减子作用原核生物酶合成调节的遗传机制原核生物酶合成调节的遗传机制第33页/共47页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第

21、34页/共47页乳糖大肠杆菌乳糖操纵子模型调节基因操纵基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白（有活性）基 因 关 闭启动子ORPLacZLacYLaca调节基因操纵基因乳糖结构基因启动子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白（无活性） 基 因 表达mRNAA、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导 阻遏蛋白（有活性）第35页/共47页乳糖操纵子的降解物阻遏乳糖操纵子的降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基 因 表达CAP基因结构基因TCGP(CAP)OCAP结合部位 RNA聚合酶TcAMP -CAPP葡萄糖分解代谢产物腺苷酸环化酶磷酸

22、二酯酶ATPcAMP5-AMP抑制激活葡萄糖降解物与cAMP的关系cAMP CGP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein） CAP：环腺苷酸受体蛋白（cycilic AMP receptor protein）降低cAMP浓度使CAP呈失活状态第36页/共47页大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制111232233444核糖体核糖体转录继续转录终止C. 高浓度色氨酸使核糖体到达2部位， 3与4 碱基配对，转录终止。A. 游离mRNA中1与2以及3与4碱基配对。B. 低浓度色氨酸使核糖体停留在1部位，转录得以完成。Trp密码子第37页/共47页2 2）真核生物基因表达调控）真核生物基因表达调控DNA转录初产物RNAmRNA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