生化课件5-15第一节代谢联系

1、第十五章 代谢调节第一节代谢联系一、代谢网络 细胞中生物分子成千上万，但它们最终都与几类基本代谢联系，进入一定的代谢途径，从而使物质代谢有条不紊进行。不同的代谢途径又通过交叉点上关键的共同中间代谢产物得以沟通，形成经济有效、运转良好的代谢网络。一、代谢网络-调节 生物体内的代谢调节（metabolic regulation）在三个不同层次上进行： 分子水平调节：包括底物和辅助因子的调节、酶的调节。其中酶的调节最原始、最基础，它又包括酶活性 (翻译后) 的调节和酶量 (转录水平) 的调节； 细胞水平调节：由于细胞内各细胞器之间存在膜系统，使得各种代谢相互分隔，为了有效地进行物质和能量交换，细胞内

2、部必需具有一套调节机制；一、代谢网络-调节 多细胞整体水平调节：随着生物由单细胞进化为多细胞，除了在细胞和分子水平的调节外，还有更高层次的激素水平（组织和器官）和整体水平（神经和维管束系统）的调节。它涉及到细胞与外界及细胞间的信息交流。 6-磷酸葡萄糖、丙酮酸和乙酰辅酶A是沟通各个代谢途径的最关键的中间物一、代谢网络-糖-蛋白质-脂-核酸一、代谢网络 糖、脂类、蛋白质及核酸代谢的相互关系示意图 一、代谢网络代谢物之间的关系糖与脂代谢的关系：磷酸二羟丙酮磷酸甘油乙酰辅酶A脂肪酸NADPH + H+-合成脂肪所需的能量 糖的异生作用一、代谢网络2. 糖代谢与蛋白质氨基酸代谢的关系：糖提供碳架，如丙

3、酮酸、a-酮戊二酸和草酰乙酸。糖分解提供能量糖的异生作用代谢物之间的关系一、代谢网络3. 脂类代谢与蛋白质氨基酸代谢的关系：生酮氨基酸 leu、生酮兼生糖氨基酸Ile、Phe、Trp等在代谢过程中生成乙酰乙酸，然后生成乙酰CoA生糖氨基酸直接生成丙酮酸，转变为甘油。代谢物之间的关系一、代谢网络4. 核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的相互联系 ：核酸是信息分子，一般不作为碳源、氮源和能源物质。核酸作为重要的遗传物质，主要通过控制蛋白质的合成，影响细胞的组成成分和代谢类型； 而核酸的生物合成，除需要酶催化外，还需要多种蛋白质因子的参与。嘌呤和嘧啶环的合成需要甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺参与；构成核酸的

4、原料核苷酸在代谢中起着重要的作用。例如，ATP是能量和磷酸基团转移的重要物质，GTP可活化G蛋白，还可参与蛋白质的生物合成、蛋白质的转运等过程等。代谢物之间的关系二、代谢调节与控制代谢是一个完整统一的过程，必然存在复杂而精确的调节机制。生物体在长期进化过程中，建立了神经水平、激素水平、细胞水平或分子水平等不同层次的代谢调控。无论是哪一层次的，最终仍需要通过酶的调节而起作用。“酶水平”的调节机制，是最基础、最关键的代谢调节。 二、代谢调节与控制1. 细胞对酶的分隔化作用对酶起分隔化作用对酶的底物转运(浓度)起调节作用对酶的活性起调节作用(结合状态、可溶性、激活因子等)二、代谢调节与控制1. 细胞

5、对酶的分隔化作用2. 酶活性的调节-类型1）别构调节二、代谢调节与控制底物、产物（包括代谢途径的最终产物）辅酶等内源调节因子人工合成调节剂二、代谢调节2. 酶活性的调节 通过在酶蛋白某些氨基酸残基上增、减基团的办法调节酶的活性态与非活性态间的相互转化，从而调节酶的活性，这种修饰作用称为共价修饰（covalent modification）。这种酶称为共价修饰酶（covalent modification enzyme），是一种代谢调节酶。 2）共价修饰二、代谢调节目前已知有下列6种修饰方式：a.磷酸化/去磷酸化b.乙酰化/去乙酰化c.腺苷酰化/去腺苷酰化d.甲基化/去甲基化e.尿苷酰化/去尿苷

6、酰化f.氧化(S-S)/还原(2SH)2. 酶活性的调节二、代谢调节化学修饰所调节的酶 酶酶来源修饰机制酶活性变化糖原磷酸化酶真核细胞生物磷酸化/去磷酸化激活/抑制磷酸化酶激酶哺乳动物磷酸化/去磷酸化激活/抑制糖原合酶真核细胞生物磷酸化/去磷酸化激活/抑制丙酮酸脱氢酶真核细胞生物磷酸化/去磷酸化激活/抑制激素敏感性脂酶哺乳动物磷酸化/去磷酸化激活/抑制乙酰 CoA 羧化酶哺乳动物磷酸化/去磷酸化激活/抑制HMG CoA 还原酶哺乳动物磷酸化/去磷酸化激活/抑制HMG CoA 还原酶激酶哺乳动物磷酸化/去磷酸化激活/抑制谷氨酰胺合成酶大肠杆菌腺苷酰化/去腺苷酰化激活/抑制黄嘌呤氧化酶哺乳动物S-

7、S/SH激活/抑制二、代谢调节2. 酶活性的调节以磷酸化/去磷酸化最普遍、最灵敏、机制呈多样化是高等动植物酶化学修饰的主要形式。2）共价修饰二、代谢调节2. 酶活性的调节 许多酶一旦被合成就具有生物活性，就可催化底物发生转化，然而有一些酶（如消化系统的酶类）在刚被合成出来时不具有催化活性，属于一种无活性的前体，它的活性中心被掩埋在分子的内部或尚未形成，使底物不可触及，需要经过一定的剪切，使肽链重新盘绕方能暴露或形成活性中心。 酶原从无活性酶转变成有活性酶的过程称激活,是不可逆共价修饰调节 3）酶原激活二、代谢调节2. 酶活性的调节二、代谢调节前馈激活：指在一反应序列中，前面的代谢物可对后面的酶

8、起激活作用。反馈抑制：指在系列反应中终产物对反应序列前头的标兵酶发生的抑制作用，从而调节整个系列反应的速度。反馈抑制的方式：顺序反馈抑制、协同反馈抑制、积累反馈抑制、同工酶反馈抑制3. 酶活性的调节方式反馈调节二、代谢调节3. 酶活性的调节方式反馈调节二、代谢调节4. 酶活性合成调节 酶活性合成调节也即基因表达的转录调节或酶量调节，是一种相对的慢调节过程。模型：乳糖操纵子理论操纵子学说是关于原核生物结构及其表达调控的学说，它是由法国巴斯德研究所科学家Jacob and Monod于1961年首先提出.二、代谢调节4. 酶活性合成调节调节基因控制基因结构基因Lac操纵子及各个组分操纵子模型196

9、1年Jacob和Monod发表的lac操纵子是负控制模式基本要点 Z、Y、A 基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码。 mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于I与O之间的启动子(P)，不能单独起动合成-半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。 操纵基因是DNA上的一小段序列(26bp)，是阻遏物的结合位点。 当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制。 色氨酸的合成分5步。每一环节需要一种酶，编码这些酶的基因紧密联系在一起，转录在一条多顺反子mRNA分子上，分别为：色氨酸操纵子二、代谢调节3. 酶活性合成调节trpE-邻氨基苯甲酸合成酶trpD-邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶trpC

10、-邻氨基苯甲酸异构酶trpB-色氨酸合成酶trpA吲哚甘油-3-磷酸合成酶色氨酸操纵子(tryptophane operon)负责色氨酸的色氨酸合成，当有色氨酸存在时，操纵子自动关闭。缺乏时，trp基因表达。色氨酸操纵子二、代谢调节3. 酶活性合成调节大肠杆菌trp操纵子色氨酸操纵子的结构和色氨酸阻抑物的功能前导肽：由前导RNA27-68编码的14个氨基酸多肽色氨酸衰减子位点的碱基序列大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减机制mRNA前导区的序列分析结论：衰减子序列本身不能实现衰减作用，而必需通过对前导序列翻译才能实现。因此，衰减作用的实质是以翻译手段控制基因转录。名词解释1. 转录因子(transcription factor)：在转录起始复合物的组装过程中，与启动子区结合并与RNA!聚合酶相互作用的一种蛋白质。某些转录因子在RNA延伸时一直维持着结合状态。 2. 操纵子(operon)：是由一个或多个相关基因以及调控它们转录的操纵基因和启动子序列组成的基因表达单位名词解释3. 操纵基因(operator)：与特定阻遏蛋白相互作用调控一个基因或一组基因表达的DNA区。4结构基因(structural gene)：编码一个蛋白质或一个RNA的基因。5. 转录激活剂(transc