第十五物质代谢的联系及其调与控制 ppt课件

1、1. 物质代谢的相互联络物质代谢的相互联络2. 代谢的调理与控制代谢的调理与控制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糖代谢与蛋白质代谢的相互联络糖代谢与蛋白质代谢的相互联络脂类代谢与蛋白质代谢的相互联络脂类代谢与蛋白质代谢的相互联络核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联络核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联络糖糖脂肪酸脂肪酸-磷酸磷酸甘油甘油脂脂肪肪乙酰乙酰CoA，NADPH有氧氧化有氧氧化磷酸二羟磷酸二羟丙酮丙酮酵解酵解从头合成从头合成脂肪脂肪磷酸二羟磷酸二羟丙酮丙酮糖代谢糖代谢甘油甘油脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀琥珀酸酸糖糖 (植物)乙醛酸乙醛酸循环循环 -氧化氧化糖异生糖异生TCA延

2、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-磷酸甘油磷酸甘油三羧三羧酸循酸循环环乙醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰甘油三酰甘油脂肪酸脂肪酸 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胞液胞液线粒体线粒体PEP丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸转氨基作用转氨基作用 NH3糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白蛋白质质生糖氨基酸生糖氨基酸蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖脂肪脂肪磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮甘油甘油脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA氨基酸氨基

3、酸碳架碳架氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质酮酸或酮酸或乙酰乙酰CoA脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪氨基酸氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能如核苷酸的一些衍生物具重要生理功能如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP。 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成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，影响细胞的成分和代谢类型 核酸生物合成需求糖和蛋白质的代谢中间产物参与，核酸生物合成需求糖和蛋白质的代谢中间产物参与，而且需求酶和多种蛋白质因子。而且需求酶和多种蛋白质因子。 各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸各类物质代谢

4、都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如，如ATP是能量的是能量的“通货，此外通货，此外UTP参与多糖的合成参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作参与蛋白质合成与糖异生作用。用。PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸丝氨酰丝氨酰苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮

5、氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖酮体代谢调理的概念代谢调理的概念细胞区域化调理细胞区域化调理激素调理激素调理酶程度的调理酶程度的调理 生命是靠代谢的正常

6、运转维持的。生命有限的空间内同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，必需有乖巧而严密的调时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必需有乖巧而严密的调理机制，才干使代谢顺应外界环境的变化与生物本身生长发理机制，才干使代谢顺应外界环境的变化与生物本身生长发育的需求。调理失灵活会导致代谢妨碍，出现病态甚至危及育的需求。调理失灵活会导致代谢妨碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的构造、代谢和生理生命。在漫长的生物进化历程中，机体的构造、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调理机制也随之更为复杂。功能越来越复杂，代谢调理机制也随之更为复杂。代谢调理的四级程度

7、：代谢调理的四级程度： 神经程度调理神经程度调理 激素程度调理激素程度调理 细胞程度调理细胞程度调理 酶程度调理酶程度调理多细胞整体程度调理多细胞整体程度调理分子程度调理分子程度调理新陈代谢调理的根本方式新陈代谢调理的根本方式最原始、最本质的调理最原始、最本质的调理方式方式单细胞程度调理单细胞程度调理* *酶程度的调理细胞内代谢的调理酶程度的调理细胞内代谢的调理基因程度基因程度上的调理上的调理线线 粒粒 体体: 丙丙 酮酮 酸酸 氧氧 化化; 三三 羧羧酸酸 循循 环环; - 氧氧 化化; 呼呼 吸吸 链链 电电子子 传传 递递; 氧氧 化化 磷磷 酸酸 化化细细 胞胞 质质:酵酵 解解; 磷

8、磷戊戊 糖糖 途途 径径; 糖糖 原原合合 成成; 脂脂 肪肪 酸酸 合合成成;细细 胞胞 核核: 核核 酸酸 合合 成成内内 质质 网网: 蛋蛋 白白 质质 合合成成; 磷磷 脂脂 合合 成成线线 粒粒 体体: 丙丙 酮酮 酸酸 氧氧 化化; 三三 羧羧酸酸 循循 环环; - 氧氧 化化; 呼呼 吸吸 链链 电电子子 传传 递递; 氧氧 化化 磷磷 酸酸 化化细细 胞胞 质质:酵酵 解解; 磷磷戊戊 糖糖 途途 径径; 糖糖 原原合合 成成; 脂脂 肪肪 酸酸 合合成成;细细 胞胞 核核: 核核 酸酸 合合 成成内内 质质 网网: 蛋蛋 白白 质质 合合成成; 磷磷 脂脂 合合 成成酶活性的

9、调理快调酶活性的调理快调 酶含量的调理慢调酶含量的调理慢调 酶定位的区域化酶定位的区域化调理调理 酶活性的调理酶活性的调理 经过激活或抑制，改动细胞内已有酶分子的催化活性进展的调理。 1. 1. 经过调理亚基的聚合与解聚改动酶活性经过调理亚基的聚合与解聚改动酶活性多数情况下：多数情况下： 小分子调理因子小分子调理因子聚合聚合 解聚解聚高活性高活性低活性低活性小分子调理因子小分子调理因子聚合聚合 解聚解聚低活性低活性高活性高活性少数情况下：少数情况下：2. 2. 经过酶构象变化改动酶活性经过酶构象变化改动酶活性酶原的调理：无活性酶原酶原的调理：无活性酶原 有活性酶有活性酶 酶的变构调理：高活性酶

10、 低活性酶 激活剂激活剂抑制剂抑制剂 酶的共价修饰调理：高活性酶 低活性酶 修饰脱修饰脱修饰 酶的变构调理酶活性的前馈和反响调理酶的变构调理酶活性的前馈和反响调理前馈前馈正前馈正前馈作用正前馈正前馈作用常见常见负前馈负前馈作用负前馈负前馈作用反响反响正反响作用正反响作用负反响作用负反响作用常见常见 前馈feedforward 和反响feedback 是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响代谢底物对代谢的调理. 后者的意思是“输出对输入的影响代谢产物对代谢的调理. 这里分别借用来阐明底物和代谢产物对代谢过程的调理作用。这种调理作用是经过酶的变构效应来实现的。 正前馈作用：指在代谢

11、途径中前面的底物对其正前馈作用：指在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反响的调理酶起激活作用。前馈激后某一催化反响的调理酶起激活作用。前馈激活作用活作用 糖原糖原合成酶合成酶糖原糖原G 6-P-G 1-P-G UDPGG 6-P-G 1-P-G UDPG ATP ADP ATP ADP UTP PPi代谢物代谢物别别构构中中心心活性活性中心中心 反响调理作用反响调理作用 反响调理反响调理指在一些反响序列中代谢产物激活或抑制反响指在一些反响序列中代谢产物激活或抑制反响序列中调理酶的活性，进而调理序列中调理酶的活性，进而调理代谢反响速度的作用。代谢反响速度的作用。葡萄糖葡萄糖草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸

12、丙酮酸羧化酶羧化酶乙酰乙酰CoA活化活化磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸拧檬酸拧檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 反响抑制造用反响抑制造用指代谢产物对前某一催化指代谢产物对前某一催化 反响的调理酶起抑制的作用。反响的调理酶起抑制的作用。重要的调重要的调理方式理方式类型类型 线性反响单价反响抑制线性反响单价反响抑制 分支代谢反响分支代谢反响 多价反响抑制多价反响抑制 协同反响抑制协同反响抑制 累积反响抑制累积反响抑制 协作反响抑制协作反响抑制 顺序反响抑制顺序反响抑制 *单价反响抑制造用单价反响抑制造用-ABGFJDCHE1E3E2ABGFJDCHE1E3E2-ABGFJDC

13、HE1E2E3E4-目前知有六种修饰方式：目前知有六种修饰方式：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙酰化去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷去乙酰化，腺苷酰化酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，去尿苷酰化，甲基化甲基化/去甲基化，氧化去甲基化，氧化S-S/复原复原(2SH)。 4ATP 4ADP 4ATP 4ADP 磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶( (无活性无活性) )磷酸化酶磷酸化酶b b 磷酸化酶磷酸化酶a a有活性有活性 二聚体二聚体 磷酸酯酶磷酸酯酶 四聚体四聚体 4Pi 4H2O 4Pi 4H2OPiPiPiPi脱磷酸化脱磷酸化磷酸化磷酸化磷酸化酶磷酸化酶无活性无活性磷酸酯

14、酶磷酸酯酶-OHH2OP激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶P有活性有活性 一些可被共价修饰调理的酶一些可被共价修饰调理的酶 称号称号 修饰机理修饰机理 活性变化活性变化 磷酸化酶磷酸化酶 磷酸化磷酸化/ /脱磷酸化脱磷酸化 加强加强/ /减弱减弱 磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶 磷酸化磷酸化/ /脱磷酸化脱磷酸化 加强加强/ /减弱减弱 糖原合成酶糖原合成酶 磷酸化磷酸化/ /脱磷酸化脱磷酸化 减弱减弱/ /加强加强 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 磷酸化磷酸化/ /脱磷酸化脱磷酸化 减弱减弱/ /加强加强 谷胺酰胺合成酶谷胺酰胺合成酶 腺苷酸化腺苷酸化/ /脱腺苷酸化脱腺苷酸化 减弱减弱/ /加

15、强加强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、ATPcAMP3、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ATP ADPATP ADPR、cAMP肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 1044 1065 108葡萄糖葡萄糖6酶的延续激活及级联放大系统酶的延续激活及级联放大系统肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高

16、血糖素级联放大系统级联放大系统指连锁代谢反响中一个酶指连锁代谢反响中一个酶被激活后，延续地引发其它酶被激活，导致被激活后，延续地引发其它酶被激活，导致原始信号被放大，这样的连锁代谢反响系统原始信号被放大，这样的连锁代谢反响系统称为级联放大系统。称为级联放大系统。意义：由于酶的共价修饰反响是酶促反响，意义：由于酶的共价修饰反响是酶促反响，只需有少量信号分子如激素存在，即只需有少量信号分子如激素存在，即可经过加速这种酶促反响，而使大量的另可经过加速这种酶促反响，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调理方式快速、效率极高。这种调理方式快速、效率

17、极高。二二. .酶含量的调理酶含量的调理 酶生成量的调理酶含量的调理 酶降解量的调理转录程度上的调理转录程度上的调理 翻译程度上的调理翻译程度上的调理 原核生物酶合成调理的遗传机制原核生物酶合成调理的遗传机制 支配子学说支配子学说 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控( (自学自学) ) 基因基因gene：从遗传学讲，基因就是遗传的根本单位：从遗传学讲，基因就是遗传的根本单位或单元，具有编码或单元，具有编码RNA或多数情况下编码多肽功能的信或多数情况下编码多肽功能的信息单位。从分子生物学看，基因是负载特定遗传信息的息单位。从分子生物学看，基因是负载特定遗传信息的DNA分子片段分子片段.

18、 基因表达基因表达(gene expression)：基因表达就是基因转：基因表达就是基因转录及翻译的过程。在一定调理机制控制下，大多数基因阅录及翻译的过程。在一定调理机制控制下，大多数基因阅历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形状表型；能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形状表型；rRNA、tRNA编码基因转录生成相应编码基因转录生成相应RNA的过程也属于的过程也属于基因表达基因表达.2.基因表达的规律特点及方式基因表达的规律特点及方式 基因表达的规律特点：时、空特异基因表达的规律

19、特点：时、空特异 空间特异性空间特异性(special specificity(special specificity，细胞或组织特异，细胞或组织特异性性tissue specificitytissue specificity：在个体生长全过程，某：在个体生长全过程，某种基因产物按不同组织空间顺序出现。种基因产物按不同组织空间顺序出现。时间特异性时间特异性(temporal specificity(temporal specificity，阶段特异性，阶段特异性stage specificity)stage specificity)：按功能需求，某一特定基因的：按功能需求，某一特定基因的表达严

20、厉按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达表达严厉按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性的时间特异性又称阶段特异性 基因表达的方式基因表达的方式 组成性表达组成性表达(constitutive gene expression)(constitutive gene expression)管家基因管家基因(housekeeping gene) (housekeeping gene) ：在生物个体的几乎一：在生物个体的几乎一切细胞中继续表达，其表达产物对生命全过程都是必需切细胞中继续表达，其表达产物对生命全过程都是必需的或必不可少的基因的或必不可少的基因组成性基因表达根本

21、的基因表达：管家基因的表组成性基因表达根本的基因表达：管家基因的表达，它只受启动子与达，它只受启动子与RNARNA聚合酶相互作用的影响聚合酶相互作用的影响 诱导诱导(induction)(induction)和阻遏和阻遏(repression)(repression)表达表达诱导：在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基诱导：在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物添加，该景象称为诱导。相应基因称为可诱因表达产物添加，该景象称为诱导。相应基因称为可诱导的基因。导的基因。阻遏：基因对环境信号应对时被抑制，这种基因称为阻遏：基因对环境信号应对时被抑制，这种基因称为可阻遏的基因。可阻遏

22、基因表达产物降低的过程称为可阻遏的基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏阻遏可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与RNARNA聚合聚合酶相互作用的影响外，尚受其它机制调理如：加强酶相互作用的影响外，尚受其它机制调理如：加强子子 3 3 协调调理协调调理coordinate regulationcoordinate regulation在一定机制控制下，机能上相关的一组基因，无论在一定机制控制下，机能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达。这种调理称为协调调理协调表达

23、。这种调理称为协调调理1.1.原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控 支配子学说支配子学说 ：支配子支配子原核生物基因表达的协同单位，由功能上原核生物基因表达的协同单位，由功能上彼此相关的构造基因彼此相关的构造基因( (编码蛋白质编码蛋白质) )和位于构造基因前和位于构造基因前的控制部位组成。控制部位包括支配基因和启动子。的控制部位组成。控制部位包括支配基因和启动子。支配子支配子构造基因编码蛋白质，构造基因编码蛋白质，S控制部位控制部位支配基因支配基因operator, O启动子启动子premotor, P. .酶合成的诱导和阻遏酶合成的诱导和阻遏 组成酶以一定速度合成，根本坚持恒定的酶

24、。 酶 诱导酶在诱导物存在下合成的酶。诱导酶合成的调理方式诱导酶合成的调理方式 诱导：促进基因表达诱导：促进基因表达 阻遏：抑制基因表达阻遏：抑制基因表达 诱导诱导基因产物随诱导物分子浓度的添加而添基因产物随诱导物分子浓度的添加而添加的过程。加的过程。阻遏阻遏基因产物随信号分子浓度的添加而减少基因产物随信号分子浓度的添加而减少的过程。的过程。B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂支配基因支配基因启动基因启动基因调理基因调理基因构造基因构造基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有

25、活性)阻遏蛋白阻挠支配基因阻遏蛋白阻挠支配基因构造基因不表达构造基因不表达诱导物诱导物诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挠支配基因的作用到阻挠支配基因的作用,构造基因可以表达构造基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟支配基因结合阻遏蛋白不能跟支配基因结合, 构造基因可以表达构造基因可以表达阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋从而使阻遏蛋白可以阻挠支配基因白可以阻挠支配基因,构造基因不表达构造基因不表达代谢产物代谢产物调理调理基因基因支配支配基因基因乳糖构造基因乳糖构造基

26、因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白有活性有活性基基 因因 关关 闭闭启启动动子子ORPLacZLacYLaca调理调理基因基因支配支配基因基因乳糖构造基因乳糖构造基因启启动动子子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白无活性无活性 基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖支配子的构造、乳糖支配子的构造B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳糖 阻遏蛋白阻遏蛋白有活性有活性RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因构造基因构造基因TCAPOCAP结结合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP -CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白：降解物基因活化蛋白catabolic gene activation protein降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活形状呈失活形状DNA转录初产物转录