生物化学物质代谢的联系及调节.ppt

生物化学物质代谢的联系及调节现在学习的是第1页，共41页物质代谢的联系及其调节物质代谢的联系及其调节一、一、物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系二、二、代谢调节代谢调节思考思考三、三、基因表达调控基因表达调控现在学习的是第2页，共41页物质代谢的相互联系一、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二、二、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三、三、脂类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四、四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系现在学习的是第3页，共41页糖代谢与脂类代谢的相互联系糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羟丙酮-磷酸甘油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磷酸二羟丙酮糖代谢脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖(植物)乙醛酸循环乙醛酸循环-氧化氧化糖异生糖异生TCA现在学习的是第4页，共41页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）现在学习的是第5页，共41页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）现在学习的是第6页，共41页核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系 核核苷苷酸酸的的一一些些衍衍生生物物具具重重要要生生理理功功能能（如如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是能量的是能量的“通通货货”，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，GTP参与蛋白质合参与蛋白质合成与糖异生作用成与糖异生作用;现在学习的是第7页，共41页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现在学习的是第8页，共41页（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）（PEP）丙酮酸丙酮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）糖的分解代谢和糖糖的分解代谢和糖异生的关系异生的关系现在学习的是第9页，共41页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现在学习的是第10页，共41页一、代谢调节的概念二、细胞区域化调节四、激素调节代 谢 调 节三、酶水平的调节现在学习的是第11页，共41页代谢调节代谢调节 生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有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，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。调节机制也随之更为复杂。代谢调节的四级水平：酶水平调节 细胞水平调节 激素水平调节 神经水平调节多细胞整体水平调节现在学习的是第12页，共41页1、酶原激活2、酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节3、酶的共价修饰与级联放大机制酶水平的调节4、辅因子对已有酶活性的调节现在学习的是第13页，共41页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;三羧酸循三羧酸循环环;-氧化氧化;呼吸链电子传递呼吸链电子传递;氧氧化磷酸化化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷戊磷戊糖途径糖途径;糖原合成糖原合成;脂脂肪酸合成肪酸合成;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;磷磷脂合成脂合成现在学习的是第14页，共41页（2 2）反馈抑制反馈抑制（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）前馈和反馈激活前馈和反馈激活 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”，后者的意思是“输出对输入的影响”，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。现在学习的是第15页，共41页 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，使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰（Covalent moldificationCovalent moldification）。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)。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现在学习的是第16页，共41页酶酶级联系统级联系统调控示意图调控示意图意义意义：由于由于酶酶的共价修饰反应的共价修饰反应是酶促反应，只是酶促反应，只要有少量信号分要有少量信号分子（如激素）存子（如激素）存在，即可通过加在，即可通过加速这种酶促反应，速这种酶促反应，而使大量的另一而使大量的另一种酶发生化学修种酶发生化学修饰，从而获得放饰，从而获得放大效应。这种调大效应。这种调节方式快速、效节方式快速、效率极高。率极高。肾上腺素或胰高肾上腺素或胰高血糖素血糖素1、腺苷酸环化酶（无活、腺苷酸环化酶（无活性）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、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无（无活性）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胰高肾上腺素或胰高血糖素血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456现在学习的是第17页，共41页 由代谢终产物作为变构剂来抑制在此产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。这是一种负反馈机制，多数情况下控制合成代谢。类型：顺序反馈抑制 协同反馈抑制 累积反馈抑制 同工酶反馈抑制反馈抑制现在学习的是第18页，共41页顺序反馈抑制示意图顺序反馈抑制示意图ABGFJDCH-E1E3E2现在学习的是第19页，共41页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现在学习的是第20页，共41页协同调节示意图协同调节示意图ABGFJDCH-E1E3E2-现在学习的是第21页，共41页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现在学习的是第22页，共41页同工酶反馈抑制示意图同工酶反馈抑制示意图ABGFJDCH-E1E2E3E4现在学习的是第23页，共41页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现在学习的是第24页，共41页累积反馈抑制示意图累积反馈抑制示意图现在学习的是第25页，共41页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丙酮酸羧化酶，例糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶，例2 2：乙酰乙酰CoACoA的积累激活的积累激活PEPPEP羧化酶羧化酶现在学习的是第26页，共41页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现在学习的是第27页，共41页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现在学习的是第28页，共41页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现在学习的是第29页，共41页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现在学习的是第30页，共41页一、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基因表达的调控现在学习的是第31页，共41页a a、操纵子基因表达的协同单位操纵子结构基因（编码蛋白质，S）控制部位操纵基因（operator,O）启动子（premotor,P）b、酶合成的诱导和阻遏机理原核生物酶合成调节的遗传机制原核生物酶合成调节的遗传机制操纵子学说实例：诱导型操纵子乳糖操纵子 阻遏型操纵子 色氨酸操纵子（自学）现在学习的是第32页，共41页调节基因阻遏蛋白诱导物阻遏蛋白不能阻挡操纵基因基因表达（无活性）（有活性）酶合成的诱导机理现在学习的是第33页，共41页调节基因 阻遏蛋白 阻遏物阻遏蛋白阻挡操纵基因基因不表达（无活性）（有活性）实例：大肠杆菌乳糖操纵子（如图）酶合成的阻遏机理现在学习的是第34页，共41页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现在学习的是第35页，共41页乳乳糖糖操操纵纵子子的的负负调调控控调节调节基因基因操纵基操纵基因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）现在学习的是第36页，共41页乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCAPOCAP结合结合部位部位 RNA聚聚合酶合酶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酯磷酸二酯酶酶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现在学习的是第37页，共41页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的转录后加工的调节调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解调节调节翻译后加工的调翻译后加工的调节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现在学习的是第38页，共41页激 素 调 节 的 机 制1、含氮激素作用模式2、甾醇类激素作用模式现在学习的是第39页，共41页甾甾醇醇类类激激素素作作用用原原理理示示意意图图现在学习的是第40页，共41页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 cATP+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蛋白蛋白现在学习的是第41页，共41页