代谢的相互联系及调控ppt课件

1、代谢的相互联络及调控代谢的相互联络及调控一、整体性一、整体性 糖糖类类 脂类脂类蛋白质蛋白质水水 无机盐无机盐维生素维生素各种物质代谢之间互有联络，相互依存。各种物质代谢之间互有联络，相互依存。 消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄物质代谢的特点物质代谢的特点二、代谢调理二、代谢调理机体有精细的调理机体有精细的调理机制，调理代谢的机制，调理代谢的强度、方向和速度强度、方向和速度内外环境内外环境不断变化不断变化影响机体代谢影响机体代谢顺应环境顺应环境的变化的变化三、各组织、器官物质代谢各具特征三、各组织、器官物质代谢各具特征构造不同构造不同酶系的种类、酶系的种类、含量不同含量不同不同

2、的组不同的组织、器官织、器官代谢途径不同、代谢途径不同、功能各异功能各异是机体物质代谢的枢纽。是机体物质代谢的枢纽。在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。有独特而重要的作用。肝肝合成、储存糖原合成、储存糖原分解糖原生成葡萄糖，释放入血分解糖原生成葡萄糖，释放入血是糖异生的主要器官是糖异生的主要器官肝在糖代谢中的作用肝在糖代谢中的作用如如肝在维持血糖稳定中起重要作用。肝在维持血糖稳定中起重要作用。酮体酮体乳酸乳酸 游离脂酸游离脂酸葡萄糖葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能为主。以葡萄糖有氧氧化供能为主。心脏心脏耗能大，耗氧多。耗能大，耗氧多

3、。葡萄糖为主要能源。葡萄糖为主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供应缺乏时，利用酮体。不能利用脂酸，葡萄糖供应缺乏时，利用酮体。 脑脑合成、储存糖原；合成、储存糖原；通常以脂酸氧化为主要供能方式；通常以脂酸氧化为主要供能方式； 猛烈运猛烈运动时，以糖酵解为主。动时，以糖酵解为主。肌肌 肉肉能量主要来自糖酵解。能量主要来自糖酵解。红红细细胞胞合成及储存脂肪的重要组织；合成及储存脂肪的重要组织；将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。 脂肪组织脂肪组织也可进展糖异生和生成酮体；也可进展糖异生和生成酮体；肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、肾髓质主要由

4、糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。酮体有氧氧化供能。肾脏肾脏四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池例如例如各各种种组组织织 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解糖异生糖异生血血糖糖五、五、ATPATP是机体能量利用的共同方式是机体能量利用的共同方式营养物营养物分分 解解释放释放能量能量ADP+PiATP直直接接供供能能六、六、NADPHNADPH是合成代谢所需的复原当量是合成代谢所需的复原当量复原性有机物复原性有机物 氧化产物氧化产物复原性生物合成产物复原性生物合成产物 氧化前体氧化前体NADPH+H+NADP+复原性生物合成反响复原性

5、生物合成反响分解代谢分解代谢七、代谢的根本要略在于构成七、代谢的根本要略在于构成ATPATP、复原力和、复原力和构造单元用于生物合成构造单元用于生物合成三大营养素三大营养素共同中间共同中间产物产物共同最终代共同最终代谢通路谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoACoATAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCO2CO2第一节代谢途径的相互联络第一节代谢途径的相互联络从能量供应的角度看，三大营养素可以相互替从能量供应的角度看，三大营养素可以相互替代，并相互制约。代，并相互制约。普通情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约普通情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的耗费。蛋白质的耗费。脂肪分解

6、加强脂肪分解加强ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。其他物质的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑被抑制制糖分解代谢限速酶之一糖分解代谢限速酶之一例如例如一、糖一、糖 脂脂1. 摄入的糖量超越能量耗费时摄入的糖量超越能量耗费时 葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪脂肪组织脂肪组织合成糖原储存肝、肌肉合成糖原储存肝、肌肉磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘

7、油甘油甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸- -甘油甘油葡葡萄萄糖糖动物体内动物体内3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响脂肪的分解代谢受糖代谢的影响饥饿、糖供应缺乏或糖代谢妨碍时饥饿、糖供应缺乏或糖代谢妨碍时高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对缺乏相对缺乏糖缺乏糖缺乏脂肪大量发动脂肪大量发动酮体生成添加酮体生成添加氧化受阻氧化受阻二、糖二、糖 蛋白质蛋白质1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖酮酸，可转变为糖(生糖氨基酸生糖氨基酸)。2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸非必需氨基酸三、脂三、

8、脂 蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪 1. 蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪 2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂 但不能说，脂类可转变为氨基酸。但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油- -磷酸甘油磷酸甘油糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸四、核酸与糖、脂和蛋白质四、核酸与糖、脂和蛋白质.核酸是细胞的遗传物质，控制蛋白质的合成，影响细胞的成分核酸

9、是细胞的遗传物质，控制蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型；和代谢类型；.核酸本身受其它物质如蛋白质的作用和控制；核酸本身受其它物质如蛋白质的作用和控制；嘌呤环的合成需求嘌呤环的合成需求Gly,Asp,Gln等等核酸的合成需求酶及多种蛋白因子核酸的合成需求酶及多种蛋白因子.各类物质的代谢需具有高能磷酸键的各种核苷酸各类物质的代谢需具有高能磷酸键的各种核苷酸;ATP是通用的能量载体是通用的能量载体UTP用于多糖的合成用于多糖的合成CTP参与磷脂的合成参与磷脂的合成GTP参与蛋白质合成和糖异生作用参与蛋白质合成和糖异生作用4.许多重要辅酶含核苷酸许多重要辅酶含核苷酸,如如CoA,NAD,NADP

10、,FMN,FAD等等. 代谢网络 p540 代谢调理普遍存在于生物界，是生物的代谢调理普遍存在于生物界，是生物的重要特征。重要特征。主要经过细胞内代谢物浓主要经过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量度的变化，对酶的活性及含量进展调理，这种调理称为原始进展调理，这种调理称为原始调理或细胞程度代谢调理。调理或细胞程度代谢调理。单细胞生物单细胞生物 第二节第二节 代谢的调理与控制代谢的调理与控制高等生物高等生物 三级程度代谢调理三级程度代谢调理细胞程度代谢调理细胞程度代谢调理激素程度代谢调理激素程度代谢调理高等生物在进化过程中，出现了专司调理功能的内高等生物在进化过程中，出现了专司调理功能的内分

11、泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发扬代谢调理作用。扬代谢调理作用。整体程度代谢调理整体程度代谢调理在中枢神经系统的控制下，或经过神经纤维及神经在中枢神经系统的控制下，或经过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或经过某些激素的分泌来递质对靶细胞直接发生影响，或经过某些激素的分泌来调理某些细胞的代谢及功能，并经过各种激素的相互协调理某些细胞的代谢及功能，并经过各种激素的相互协调而对机体代谢进展综合调理。调而对机体代谢进展综合调理。激素和神经的调理是生物进化开展而完善起激素和神经的调理是生物进化开展而完善起来的调理机制，经过细胞程度和分

12、子程度的来的调理机制，经过细胞程度和分子程度的变化来表达。变化来表达。酶和细胞程度的调理是最根本、最原始的调酶和细胞程度的调理是最根本、最原始的调理方式，为动植物和单细胞生物所共有。理方式，为动植物和单细胞生物所共有。细胞程度的调理包括基因表达的调控、酶活细胞程度的调理包括基因表达的调控、酶活性的调控和细胞区域化调控三个方面。性的调控和细胞区域化调控三个方面。细胞区域化调理细胞区域化调理A真核细胞有复杂的内膜系统和细胞器。各类真核细胞有复杂的内膜系统和细胞器。各类代谢反响的酶定位于不同的细胞区域中，使各代谢反响的酶定位于不同的细胞区域中，使各代谢在空间上彼此隔开，互不干扰，按一定方代谢在空间上

13、彼此隔开，互不干扰，按一定方向进展。向进展。A膜运输系统的活性也是可调理的，是代谢调膜运输系统的活性也是可调理的，是代谢调理中一个重要环节。理中一个重要环节。不同酶在细胞内的分布不同酶在细胞内的分布多多酶酶体体系系分分 布布糖糖酵酵解解胞胞液液磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径糖糖异异生生糖糖原原合合成成三三羧羧酸酸循循环环线线粒粒体体氧氧化化磷磷酸酸化化线线粒粒体体胞胞液液胞胞液液胞胞液液多多酶酶体体系系分分布布线线粒粒体体脂脂酸酸 氧氧化化脂脂酸酸合合成成胞胞液液内内质质网网、胞胞液液胆胆固固醇醇合合成成磷磷脂脂合合成成内内质质网网DNA、RNA合合成成细细胞胞核核不同酶在细胞内的分布不同酶在细胞内

14、的分布 酶的隔离分布的意义酶的隔离分布的意义 防止了各种代谢途径相互关扰。防止了各种代谢途径相互关扰。多多 酶酶体体 系系分分 布布蛋蛋 白白质质 合合成成多多 种种水水 解解酶酶溶溶 酶酶体体线线 粒粒体体 、胞胞 液液尿尿 素素合合 成成血血 红红素素 合合成成内内 质质网网 、胞胞 液液线线 粒粒体体 、胞胞 液液不同酶在细胞内的分布不同酶在细胞内的分布二二. .酶程度的调理酶程度的调理( (最根本、最普遍的调理方式最根本、最普遍的调理方式) )A生物在生命周期中，基因组的各基因表达随生长生物在生命周期中，基因组的各基因表达随生长发育有先有后，并受内外环境影响和诱导。发育有先有后，并受内

15、外环境影响和诱导。A原核和真核生物基因组原核和真核生物基因组A基因包括：基因包括：A编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因A只转录没有翻译功能的基因，有只转录没有翻译功能的基因，有tRNA基因和基因和rRNA基因基因A不转录的基因，它对基因表达起调理控制造用，不转录的基因，它对基因表达起调理控制造用，包括启动基因和支配基因控制基因包括启动基因和支配基因控制基因A基因组基因组(genome)是指含有一个生物体生存、发育、是指含有一个生物体生存、发育、活动和繁衍所需求的全部遗传信息的整套核酸。活动和繁衍所需求的全部遗传信息的整套核酸。酶含量的调理基因表达的调理酶含量的调理基因表达的调理原核生物基因组的特

16、点原核生物基因组的特点染色体基因组为一条环状双链染色体基因组为一条环状双链DNADNA分子分子基因组小，不编码的基因组小，不编码的DNADNA部份所占比例很小部份所占比例很小构造基因普通是单拷贝，但是编码构造基因普通是单拷贝，但是编码rRNArRNA的基因的基因往往是多拷贝的往往是多拷贝的功能相关的基因构成支配元，或高度集中，并功能相关的基因构成支配元，或高度集中，并常转录成为多顺反子的常转录成为多顺反子的mRNAmRNA有重叠基因、重叠支配元景象有重叠基因、重叠支配元景象真核生物基因组的特点真核生物基因组的特点基因组远大于原核生物的基因组基因组远大于原核生物的基因组如人的单倍体基因组有如人的

17、单倍体基因组有3 3109 bp109 bp，大约含有，大约含有3 3万个万个基因；基因； 而而E. coliE. coli基因组约基因组约4 4106bp106bp，约有，约有40004000个个基因。基因。DNADNA与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还存在遗传成分还存在遗传成分( (如线粒体如线粒体DNADNA等等) )。体细胞普通是二。体细胞普通是二倍体倍体diploiddiploid，即有两份同源的基因组，即有两份同源的基因组单顺反子单顺反子(monocistron)(monocistron)，根本上没有支配元的构造，根本上没有支配元

18、的构造大量反复序列大量反复序列断裂基因断裂基因原核生物基因表达调控原核生物基因表达调控基因表达包括：基因表达包括：基因经转录、翻译产生有生物活性的蛋白质基因经转录、翻译产生有生物活性的蛋白质的过程。的过程。rRNA或或tRNA的基因经转录和加工产生成熟的基因经转录和加工产生成熟的的rRNA或或tRNA的过程。的过程。原核生物基因表达的调理主要转录程度原核生物基因表达的调理主要转录程度1930 H.Karstrom提出：诱导酶与组成酶提出：诱导酶与组成酶Jacob和和Monod等人等人1961年提出乳糖支配元年提出乳糖支配元(lac operon)学说学说支配元构造支配元构造支配子的调控模型乳糖

19、支配子模型乳糖支配子模型乳糖诱导的负调控乳糖诱导的负调控CAP-cAMPCAP-cAMP对转录的正调控对转录的正调控 cAMP的作用腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶大肠杆菌二阶段生长景象大肠杆菌二阶段生长景象大肠杆菌色氨酸支配子有有TrpTrp存在时存在时无无TrpTrp存在时存在时大肠杆菌色氨酸支配子大肠杆菌色氨酸支配子-衰减子模型衰减子模型前导序列前导序列UUUUU真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控不同层次不同层次(p571)DNA和染色体程度的调控和染色体程度的调控基因扩增、基因丧失、基因重排、基因修饰、基因封基因扩增、基因丧失、基因重排、基因修饰、基因封锁等。锁等。转

20、录程度的调控转录程度的调控转录的起始、延伸的弱化、终止等。转录的起始、延伸的弱化、终止等。转录后转录后RNA前体加工及转运的调控前体加工及转运的调控真核基因在细胞核中转录，在胞浆中翻译，转录后的真核基因在细胞核中转录，在胞浆中翻译，转录后的加工包括剪切、拼接、编辑、修饰和转运等。加工包括剪切、拼接、编辑、修饰和转运等。翻译程度的调控翻译程度的调控翻译后程度的调控翻译后程度的调控mRNA降解的调控降解的调控细胞内有控制细胞内有控制mRNA寿命的机制。寿命的机制。真核生物基因表达调控的能够环节真核生物基因表达调控的能够环节真核基因转录程度的调控真核基因转录程度的调控A真核生物基因组中无支配元构造A

21、转录调控是经过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用实现的A顺式作用元件(cis-acting elements)A 顺式作用元件是对同一条DNA链上的基因表达起调控作用的DNA序列，它们与特定的功能基因连锁在一同，可与许多蛋白因子结合而调控转录。包括启动子(promoter)、加强子(enhancer)以及起负性调控作用的沉默子(silencer)。A反式作用因子trans-acting factorsA 与顺式作用元件结合而影响转录的可分散蛋白称为反式作用因子。酶活性的调理酶活性的调理酶原激活酶的变构调理前馈与反响作用酶的共价修饰级联络统1 1、酶原的激活、酶原的激活 某些酶先以无活性的

22、酶原方式合成或分泌，某些酶先以无活性的酶原方式合成或分泌，然后在到达作用部位时由其它酶作用，使然后在到达作用部位时由其它酶作用，使其断裂或失去部分肽段从而构成或暴露活其断裂或失去部分肽段从而构成或暴露活性中心、构成有活性酶分子的过程。性中心、构成有活性酶分子的过程。2、酶的别构效应、酶的别构效应别构效应效应物： 专门合成的效应剂(体外) 底物、产物或代谢途径的最终产物 与该代谢酶系有关的辅酶和核苷酸类化物。前馈与反响前馈与反响限速酶限速酶(标兵酶标兵酶)反响抑制类型单价反响抑制单价反响抑制二价或多价反响抑制二价或多价反响抑制顺序反响抑制顺序反响抑制累积反响抑制累积反响抑制累积反响抑制实例累积反响抑制实例协同反响抑制协同反响抑制同工酶调理同工酶调理氨基酸合成的同工酶调理氨基酸合成的同工酶调理3、酶的共价修饰、酶的共价修饰酶的共价修饰：酶的共价修饰：磷酸化磷酸化/ /去磷酸化；去磷酸化；乙酰化乙酰化/ /去乙酰化；去乙酰化；腺苷酰化腺苷酰化/ /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；甲基化甲基化/ /去甲基化；去甲基化；氧化氧化(SS)/(SS)/复原复原(2SH)(2SH)。酶的磷酸化与脱