第15物质代谢的联系及其调与控制

1、第15物质代谢的联系及其调与控制1、 物质代谢的相互联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系脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系糖代谢与脂类代谢的相互联系糖脂肪酸-磷酸甘油脂肪乙酰CoA，NADPH有氧氧化磷酸二羟丙酮酵解从头合成脂肪磷酸二羟丙酮糖代谢甘油脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖 (植物)乙醛酸循环-氧化糖异生TCA脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰 CoA三酰甘油脂肪酸氧化 糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物（胞液）（线粒体）（PEP）丙氨酸天冬氨

2、酸谷氨酸（转氨基作用）糖的分解代谢和糖异生的关系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 NH3糖 -酮酸 氨基酸 蛋白质（生糖氨基酸）蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪磷酸二羟丙酮甘油脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白质蛋白质酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪氨基酸（生酮氨基酸）核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的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备高能磷酸键的各

3、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。糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸生酮氨基酸-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

4、酸葡萄糖酮体代谢调节的概念细胞区域化调节激素调节2、代谢调节与控制酶水平的调节*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。代谢调节的四级水平： 神经水平调节 激素水平调节 细胞水平调节 酶水平调节多细胞整体水平调节分子水平调节新陈代谢调节的基本方式最原始、最本质的调节方式单细胞水平调节*酶水平的调节（细胞内代谢的调节）基因水平上的

5、调节线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;b-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;细胞核:核酸合成内质网:蛋白质合成;磷脂合成线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;b-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;细胞核:核酸合成内质网:蛋白质合成;磷脂合成酶活性的调节（快调） 酶含量的调节（慢调） 酶定位的区域化调节 酶原激活 酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节 酶的共价修饰与级联放大机制酶活性的调节 辅因子对已有酶活性的调节酶活性的调节 通过激活或抑制，改变细胞内已有酶分子的催化活性进行的调节。 1. 通过调节亚基的聚合与

6、解聚改变酶活性多数情况下： 小分子调节因子聚合 解聚（高活性）（低活性）小分子调节因子聚合 解聚（低活性）（高活性）少数情况下：2. 通过酶构象变化改变酶活性酶原的调节：无活性酶原 有活性酶 酶的变构调节：高活性酶 低活性酶 激活剂抑制剂 酶的共价修饰调节：高活性酶 低活性酶 修饰脱修饰 酶的变构调节（酶活性的前馈和反馈调节）前馈正前馈（正前馈作用）常见负前馈（负前馈作用）反馈正反馈作用负反馈作用常见 前馈（feedforward ）和反馈（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节. 后者的意思是“输出对输入的影响”代谢产物对代谢的调节.

7、 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。这种调节作用是通过酶的变构效应来实现的。 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应的调节酶起激活作用。（前馈激活作用） 糖原合成酶糖原G 6-P-G 1-P-G UDPG ATP ADP UTP PPi反馈调节中酶活性调节的机制代谢物别构中心活性中心 反馈调节作用 反馈调节指在一些反应序列中代谢产物激活或抑制反应序列中调节酶的活性，进而调节代谢反应速度的作用。酶的反馈激活葡萄糖草酰乙酸丙酮酸羧化酶乙酰CoA活化磷酸烯醇式丙酮酸拧檬酸-酮戊二酸1，6-二磷酸果糖 反馈抑制作用指代谢产物对前某一催化 反应的调节酶起抑制的作用。重

8、要的调节方式类型 线性反馈（单价反馈抑制） 分支代谢反馈 多价反馈抑制 协同反馈抑制 累积反馈抑制 合作反馈抑制 顺序反馈抑制 *单价反馈抑制作用*顺序反馈抑制示意图-ABGFJDCHE1E3E2芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节*协同反馈抑制作用ABGFJDCHE1E3E2-赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节*累积反馈抑制示意图谷氨酰氨合成酶的累积反馈抑制*同工酶反馈抑制示意图ABGFJDCHE1E2E3E4-几种氨基酸的同工酶反馈调节 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某种基团，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调节（Covalent moldif

9、ication ）。 共价修饰调节目前已知有六种修饰方式：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/还原(2SH)。 4ATP 4ADP 磷酸化酶b激酶(无活性)磷酸化酶b 磷酸化酶a（有活性） （二聚体） 磷酸酯酶 （四聚体） 4Pi 4H2OPiPiPiPi脱磷酸化磷酸化磷酸化酶（无活性）磷酸酯酶-OHH2OP激酶ATPADP磷酸化酶P（有活性） 一些可被共价修饰调节的酶 名称 修饰机理 活性变化 磷酸化酶 磷酸化/脱磷酸化 增强/减弱 磷酸化酶b激酶 磷酸化/脱磷酸化 增强/减弱 糖原合成酶 磷酸化/脱磷酸化 减弱/

10、增强 丙酮酸脱氢酶 磷酸化/脱磷酸化 减弱/增强 谷胺酰胺合成酶 腺苷酸化/脱腺苷酸化 减弱/增强1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMP3、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ATP ADPATP ADPR、cAMP肾上腺素或胰高血糖素13210210441065108葡萄糖6酶的连续激活及级联放大系统肾上腺素或胰高血糖素级联放大系统指连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地引发其它酶被激活，导致原始信号被放大，这样的连锁代谢反应系统称为

11、级联放大系统。意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。 辅因子对已有酶活性的调节 能荷对代谢的调节 NADH/NAD+对代谢的调节 金属离子浓度对代谢的调节二.酶含量的调节 酶生成量的调节酶含量的调节 酶降解量的调节基因表达调节的主要环节: 转录水平上的调节 翻译水平上的调节 原核生物酶合成调节的遗传机制 操纵子学说 真核生物基因表达的调控(自学)1、基因表达的调控基因（gene）：从遗传学讲，基因就是遗传的基本单位或单元，具有编码RNA或多数情况下编码多肽功

12、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DNA分子片段. 基因表达(gene expression)：基因表达就是基因转录及翻译的过程。在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、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态表型；rRNA、tRNA编码基因转录生成相应RNA的过程也属于基因表达.1.基因表达的概念 2.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 空间特异性(special specificity，细胞或组织特异性（tissue specificity）：在个体生长全过程，某种基因产物按不同组织空间顺序

13、出现。时间特异性(temporal specificity，阶段特异性stage specificity)：按功能需要，某一特定基因的表达严格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 基因表达的方式 组成性表达(constitutive gene expression)管家基因(housekeeping gene) ：在生物个体的几乎所有细胞中持续表达，其表达产物对生命全过程都是必需的或必不可少的基因组成性基因表达（基本的基因表达）：管家基因的表达，它只受启动子与RNA聚合酶相互作用的影响 诱导(induction)和阻遏(repression)表达诱导：在特定环境信

14、号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，该现象称为诱导。相应基因称为可诱导的基因。阻遏：基因对环境信号应答时被抑制，这种基因称为可阻遏的基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响外，尚受其它机制调节（如：增强子） 3 协调调节（coordinate regulation）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，即为协调表达。这种调节称为协调调节1.原核生物基因表达的调控 操纵子学说 ：操纵子原核生物基因表达的协同单位，由功能上彼此相关的结构基因(编码蛋白质)和位于结构基因前的控

15、制部位组成。控制部位包括操纵基因和启动子。操纵子结构基因（编码蛋白质，S）控制部位操纵基因（operator, O）启动子（premotor, P）.酶合成的诱导和阻遏 组成酶以一定速度合成，基本保持恒定的酶。 酶 诱导酶在诱导物存在下合成的酶。诱导酶合成的调节方式 诱导：促进基因表达 阻遏：抑制基因表达 诱导基因产物随诱导物分子浓度的增加而增加的过程。阻遏基因产物随信号分子浓度的增加而减少的过程。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

16、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乳糖操纵子的负调控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 乳糖 阻遏蛋白（有活性）乳糖操纵子的正调控RLa

17、cZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基 因 表达CAP基因结构基因TCAPOCAP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二酯酶ATPcAMP5-AMP抑制激活葡萄糖降解物与cAMP的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）降低cAMP浓度使CAP呈失活状态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译调节mRNA降解调节翻译后加工的调节核细胞质 真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节 转录水平调节 转录后