j13物质代谢的联系及其调节课件

1、第十一第十一 章物质代谢的联系及其调节章物质代谢的联系及其调节第一节第一节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系第二节第二节 代谢调节代谢调节思考思考第三节第三节 基因表达调控基因表达调控一、糖代谢与脂类代谢的相互关系一、糖代谢与脂类代谢的相互关系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系糖糖乙酰乙酰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有氧氧化氧氧化酵解酵解从头合成从头合成脂肪甘油甘油磷酸

2、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)乙醛酸循环乙醛酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生TCA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）（生糖氨基酸）脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪（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

3、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，影响细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胞的成分和代谢类型 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。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，如各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是是能量的能量的“通货通货”，此外，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，

4、GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。参与蛋白质合成与糖异生作用。脂肪代谢和糖代谢的关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

5、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

6、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一、代谢调节的概念二、细胞区域化调节四、激素调节三、酶水平的调节代谢调节代谢调节 生命是靠代谢的正常运转维持的。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，必须有灵巧而严密的调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物自身生长发节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及育的需要。调

7、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，机体的结构、代谢和生理生命。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，代谢调节机制也随之更为复杂。功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。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酶酶定定位位的的区区域域化化线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循环酸循环; -氧化氧化;呼吸链电呼吸链电子传递子传递;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷磷戊糖途径戊糖途

8、径;糖原糖原合成合成;脂肪酸合脂肪酸合成成;细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网内质网:蛋白质合成蛋白质合成;磷脂合成磷脂合成（2 2）前馈和反馈激活）前馈和反馈激活（4 4）前馈和反馈调节中酶活性调节的机制前馈和反馈调节中酶活性调节的机制酶活性的前馈和反馈调节（1 1）限速步骤和标兵酶）限速步骤和标兵酶（3 3）反馈抑制反馈抑制 前馈（前馈（feedforward ）和反馈（）和反馈（feedback ）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“输入对输出的影响输入对输出的影响”，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”，这里分别借用来说

9、，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。这种调节作用明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这种调节作用是通过酶的是通过酶的变构效应变构效应来实现的来实现的。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代谢物别别构构中中心心活性活性中心中心酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，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，可以共价结合或脱去，引起酶分子构象的改变，使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰（Covalent moldificationCovalent moldificatio

10、n ）。目前已知有六种修饰方）。目前已知有六种修饰方式：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，腺苷酰去乙酰化，腺苷酰化化/去腺苷酰化，尿苷酰化去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化去甲基化，氧化（S-S）/还原还原(2SH)。激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶P（有活性）（有活性）磷酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰例：糖原磷酸化酶的共价修饰共价修饰共价修饰酶酶级联系统级联系统调控示意图调控示意图意义意义：由于由于酶的共价修饰酶的共价修饰反应是酶促反反应是酶促反应，只要有少应，

11、只要有少量信号分子量信号分子（如激素）存（如激素）存在，即可通过在，即可通过加速这种酶促加速这种酶促反应，而使大反应，而使大量的另一种酶量的另一种酶发生化学修饰，发生化学修饰，从而获得放大从而获得放大效应。这种调效应。这种调节方式快速、节方式快速、效率极高。效率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化酶、腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、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

12、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肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456 由代谢终产物作为由代谢终产物作为变构剂变构剂来抑制在此产来抑制在此产物合成过程中某一酶（通常为限速酶）活物合成过程中某一酶（通常为限速酶）活性的作用，称为反馈抑制。这是一种负反性的作用，称为反馈抑制。这是一种负反馈机制，多数情况下控制合成代谢。馈机制，多数情况下控制合成代谢。类型：顺序反馈抑制类型：顺序反馈抑制 协同

13、反馈抑制协同反馈抑制 累积反馈抑制累积反馈抑制 同工酶反馈抑制同工酶反馈抑制顺序反馈抑制示意图顺序反馈抑制示意图ABGFJDCH-E1E3E2芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节协同调节示意图协同调节示意图ABGFJDCH-E1E3E2-赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节同工酶反馈抑制示意图同工酶反馈抑制示意图ABGFJDCH-E1E2E3E4几种氨基酸的同工酶反馈调节几种氨基酸的同工酶反馈调节累积反馈抑制示意图累积反馈抑制示意图反馈激活和前馈激活示意图反馈激活和前馈激活示意图AB C D FAB GCDEE+例例1:1:糖代谢途径中丙酮酸积累激活

14、丙酮酸羧化酶，糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶，例例2 2：乙酰：乙酰CoACoA的积累激活的积累激活PEPPEP羧化酶羧化酶酶酶的的反反馈馈激激活活葡萄糖葡萄糖草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸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谷氨酰氨合成酶的累积反馈抑制谷氨酰氨合成酶的累积反馈抑制一、原核和真核基因组一、原核和真核基因组二、原核生物酶合成调节的遗传机制二、原核生物酶合成调节的遗传机制 操纵子学说操纵子学说三、三、真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控a a、操纵子、操纵子基因表达的协同单位基因

15、表达的协同单位操纵子操纵子结构基因（编码蛋白质，结构基因（编码蛋白质，S）控制部位控制部位操纵基因（操纵基因（operator, O）启动子（启动子（premotor, P）b、酶合成的、酶合成的诱导和阻遏诱导和阻遏实例：诱导型操纵子实例：诱导型操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子 阻遏型操纵子阻遏型操纵子 色氨酸操纵子（自学）色氨酸操纵子（自学）酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏操操纵纵子子模模型型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操纵基因操纵基因启动基因启动基因调节基因调节基因

16、结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基因阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达结构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挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表达结构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能够阻挡操纵基因白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达结构基因不表达代谢产物代谢产物乳乳糖糖操

17、操纵纵子子的的负负调调控控调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因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调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（无活性） 基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构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）乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRN

18、Aa基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因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呈失活状态呈失活状态真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性

19、蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解调节降解调节翻译后加工翻译后加工的调节的调节核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 转录后加工的调节转录后加工的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后加工的调节翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控真核基因调控主要是正调控 顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子 转录因子的相互作用控制转录转录因子的相互作用控制转录1 1、含氮激素含氮激素作用模式作用模式2 2、甾醇类激素作用

20、模式甾醇类激素作用模式甾甾醇醇类类激激素素作作用用原原理理示示意意图图肽类激素通过肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图蛋白激酶调节代谢示意图 ATP cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）c+RcATP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白问答题问答题1、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的共同通路？共同通路？2、举例说明核苷酸类化合物在代谢中起的作用。、举例说明核苷酸

21、类化合物在代谢中起的作用。3、试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？、试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？4、试以大肠杆菌乳糖操纵子说明酶合成的诱导和阻遏。、试以大肠杆菌乳糖操纵子说明酶合成的诱导和阻遏。5、写出天冬氨酸在体内氧化生成、写出天冬氨酸在体内氧化生成CO2和和H2O的主要历程，的主要历程，注明其中脱氢反应的酶，并计算所产生的注明其中脱氢反应的酶，并计算所产生的ATP数目。数目。6、简述能荷调节对代谢的影响及其生物系意义。、简述能荷调节对代谢的影响及其生物系意义。 名词解释名词解释反馈抑制共价修饰第二信使操纵子反馈抑制共价修饰第二信使操纵子 蔗糖淀粉蔗糖淀粉 葡萄糖葡萄糖 戊糖

22、戊糖 核苷酸核苷酸 核酸核酸 丙糖丙糖 甘油甘油 丙氨酸丙氨酸 丙酮酸丙酮酸 脂肪脂肪 乙酰乙酰CoA CoA 脂肪酸脂肪酸 蛋白质蛋白质 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸TCA柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸延胡索酸延胡索酸 -酮戊二酸酮戊二酸四大物质代谢联系简图 在细胞复杂的代谢体系中，除需在细胞复杂的代谢体系中，除需要各种底物和酶外，还需要各种要各种底物和酶外，还需要各种辅辅助因子助因子的参与。细胞内参与代谢的的参与。细胞内参与代谢的辅助因子主要有辅助因子主要有能荷能荷、NADHNAD、金属离子金属离子等。这些辅助等。这些辅助因子对代谢的调节称为辅因子调节因子对代谢的调节称为辅因子调节。一、能

23、荷调节：（细胞能荷一般在一、能荷调节：（细胞能荷一般在0.8-0.9之之间）间）1、能荷对单糖分解代谢的调节：磷酸果糖、能荷对单糖分解代谢的调节：磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、激酶、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶的活性都受到高浓度柠檬酸合酶的活性都受到高浓度ATP的抑制的抑制，而高浓度，而高浓度AMP、ADP的促进的促进。(能荷高于能荷高于0.9起抑制作用）起抑制作用）2、能荷对其它合成代谢的调节：、能荷对其它合成代谢的调节：蛋白质和蛋白质和核酸的生物合成耗核酸的生物合成耗ATP较多较多。高浓度的。高浓度的ATP有利于蛋白质和核酸的合成过程。相反，有利于蛋白质和核酸

24、的合成过程。相反，AMP含量较高，则对蛋白质和核酸的合成含量较高，则对蛋白质和核酸的合成有阻碍作用。（与糖分解代谢相反）有阻碍作用。（与糖分解代谢相反） 二、二、NADH/NAD+对代谢的调节作用：对代谢的调节作用： EMP和和TCA中的磷酸果糖激酶、丙酮酸中的磷酸果糖激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、脱氢酶复合体、酮戊二酸脱氢酶复合体、酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶在异柠檬酸脱氢酶在NADH浓度高时活性受浓度高时活性受抑制抑制；相反，；相反，NAD的浓度高促进这些酶的浓度高促进这些酶的活性。的活性。 练习题：练习题： 一、填空题：一、填空题： 1、糖代谢和脂代谢的联系是存在共同的中间产物、糖代

25、谢和脂代谢的联系是存在共同的中间产物（ ）和（）和（ ）。）。 2、催化限速步骤反应的酶叫做（、催化限速步骤反应的酶叫做（ ）酶。）酶。 3、细胞内酶含量的多少可通过酶的（、细胞内酶含量的多少可通过酶的（ ）和（）和（ ）来调节来调节 4、调节基因的功能是编码合成（、调节基因的功能是编码合成（ ）蛋白。）蛋白。 5、代谢终产物对反应序列前面的酶活性起抑制作、代谢终产物对反应序列前面的酶活性起抑制作用，称为（用，称为（ ）。）。 6、细胞能荷一般在（、细胞能荷一般在（ ）之间）之间 二、判断题：二、判断题： 1、高浓度的、高浓度的ATP有利于蛋白质和核酸的合成过程。有利于蛋白质和核酸的合成过程。 2、糖代谢和蛋白质代谢的联系是依靠几种酮酸联系。、糖代谢和蛋白质代谢的联系是依靠几种酮酸联系。 3、当有诱导物存在时，可与阻遏物结合，使阻