《代谢调控基础》PPT课件.ppt

第二十章第二十章 代谢调控基础代谢调控基础生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础1Emphasisl细胞代谢的调节层次细胞代谢的调节层次l酶的活性调节机制酶的活性调节机制l细胞信号传递系统细胞信号传递系统l基因表达的调控机制基因表达的调控机制生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础2Content代谢调节的水平代谢调节的水平细胞代谢调节网络细胞代谢调节网络分子水平调节分子水平调节细胞水平调节细胞水平调节多细胞整体水平调节多细胞整体水平调节基因表达的调控机制基因表达的调控机制生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础3l代谢调节的基础：代谢调节的基础：基因表达调控基因表达调控分子水平：分子水平：反应物和产物的调节，主要是浓度调节和酶反应物和产物的调节，主要是浓度调节和酶调节调节细胞水平：细胞水平：主要是细胞结构分隔控制调节主要是细胞结构分隔控制调节多细胞整体水平：多细胞整体水平：神经和激素调节神经和激素调节1、代谢调节的水平、代谢调节的水平生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础42、细胞代谢调节网络、细胞代谢调节网络代谢的基本目的：代谢的基本目的：形成生物合成力形成生物合成力ATP、H、building block代谢途径交叉形成网络：代谢途径交叉形成网络：糖蛋白质脂类核酸糖蛋白质脂类核酸相互转化相互转化分解代谢和合成代谢的单向性：分解代谢和合成代谢的单向性：生物体内由酶催化的反应的可逆特征生物体内由酶催化的反应的可逆特征如何理解整个代谢过程的如何理解整个代谢过程的单向性？单向性？分开机制的意义？分开机制的意义？ATP的通用能量载体功能的通用能量载体功能NADPH的氢供体（的氢供体（H 传递中间体）功能传递中间体）功能生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础5附：附：糖糖蛋白质蛋白质脂类脂类核酸核酸相互转化相互转化生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础63、分子水平调节、分子水平调节酶活性酶活性酶的调节功能：酶的调节功能：调节和控制代谢的速度、方向和途径调节和控制代谢的速度、方向和途径调节方式：调节方式：激活或抑制胞内酶分子的催化活性：激活或抑制胞内酶分子的催化活性：快速直接，快速直接，变构或共价修饰变构或共价修饰合成或降解酶以改变酶分子的含量：合成或降解酶以改变酶分子的含量：关键调节，较慢。关键调节，较慢。基因表达调控基因表达调控调控类型调控类型前馈和反馈：前馈和反馈：能荷水平：能荷水平：ADP/ATP特异性激活或抑制、共价修饰和连续激活：特异性激活或抑制、共价修饰和连续激活：酶的磷酸化和去磷酸化酶的磷酸化和去磷酸化蛋白酶降解：蛋白酶降解：酶原的激活酶原的激活生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础7附附1 1：反馈和前馈调节反馈和前馈调节生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础8草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酰辅酶乙酰辅酶A Aa-a-酮戊二酸酮戊二酸Ca2+ADP生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础9104 4、细胞水平调节、细胞水平调节细胞结构对代谢途径的分隔控制细胞结构对代谢途径的分隔控制细胞结构决定酶的空间分布细胞结构决定酶的空间分布细胞膜结构对代谢的调节控制细胞膜结构对代谢的调节控制控制跨膜化学梯度：离子浓度梯度和电位梯度控制跨膜化学梯度：离子浓度梯度和电位梯度控制细胞和细胞器的物质转运控制细胞和细胞器的物质转运内膜系统对代谢途径的分隔作用内膜系统对代谢途径的分隔作用膜与酶的可逆结合膜与酶的可逆结合蛋白质的定位控制蛋白质的定位控制生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础115、多细胞整体水平调节、多细胞整体水平调节激素调节激素调节和和神经调节神经调节门控离子通道和神经信号传导门控离子通道和神经信号传导激素和递质体的信号转导系统激素和递质体的信号转导系统细胞增殖调节细胞增殖调节生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础12神经细胞：神经细胞：神经元，可接受、处理和传导信号。神经元，可接受、处理和传导信号。神经脉冲：神经脉冲：沿着神经元的沿着神经元的质膜质膜传播的电兴奋信号，又称传播的电兴奋信号，又称动作电位动作电位，由由门控离子通道门控离子通道实现实现神经元电信号传播机制神经元电信号传播机制:依赖于离子，通过依赖于离子，通过膜通道膜通道引起的引起的膜电膜电位变化位变化实现。与钠、钾泵相偶联实现。与钠、钾泵相偶联门控离子通道：门控离子通道：“钠通道打开钠通道打开+钾通道恢复钾通道恢复”循环体系循环体系电位门控通道：电位门控通道：钠、钾、钙通道钠、钾、钙通道配体门控通道：配体门控通道：由化学信号激活而开放的离子通道，即可将化学由化学信号激活而开放的离子通道，即可将化学信号转变为电信号。信号转变为电信号。为神经递质通道为神经递质通道（1）门控离子通道和神经信号传导门控离子通道和神经信号传导生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础13生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础14化学突触传递：化学突触传递：电突触的一种，以神经递质来传递信号。电突触的一种，以神经递质来传递信号。神经递质：神经递质：如：如：乙酰胆碱、单胺类、氨基酸和肽乙酰胆碱、单胺类、氨基酸和肽等等兴奋性型：兴奋性型：可与阳离子结合，在膜去极化达到阈值时可触发动作电位可与阳离子结合，在膜去极化达到阈值时可触发动作电位抑制性型：抑制性型：可允许小的负离子（可允许小的负离子（Cl-）通过，打开）通过，打开Cl-通道，造成膜电通道，造成膜电位保持负或超极化，难于去极化位保持负或超极化，难于去极化神经递质的受体：神经递质的受体：配体门控离子通道：配体门控离子通道：将化学信号又重新转变为电信号将化学信号又重新转变为电信号胞内信使：胞内信使：附：附：依赖于电突触直接传递电信号的机制依赖于电突触直接传递电信号的机制生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础15生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础16l跨膜信号传递：跨膜信号传递：信号分子不进入细胞，仅作用于质膜受体，经受体介信号分子不进入细胞，仅作用于质膜受体，经受体介导传信号至胞内导传信号至胞内l细胞内的信号分子：细胞内的信号分子：激素、神经递质、调节肽激素、神经递质、调节肽l膜受体：膜受体：三类三类依赖于神经递质的离子通道（配体门控离子通道）受体依赖于神经递质的离子通道（配体门控离子通道）受体与信号转导蛋白与信号转导蛋白GTP相偶联的受体：相偶联的受体：经经GTP将信号转给效应器，产生将信号转给效应器，产生第二信使（），再激活酶系统第二信使（），再激活酶系统生长因子受体：生长因子受体：具有酪氨酸蛋白激酶活性具有酪氨酸蛋白激酶活性（TPK）作用方式：作用方式：自分泌、旁分泌、内分泌自分泌、旁分泌、内分泌（2）激素和递质受体的信号转导系统激素和递质受体的信号转导系统生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础17细胞生理周期的时间控制器：细胞生理周期的时间控制器：蛋白激酶系统对细胞内外信号的感受和蛋白激酶系统对细胞内外信号的感受和反应体系反应体系调节机理：调节机理：在精确的时间间隔内，由蛋白激酶系统使特异的蛋白质磷在精确的时间间隔内，由蛋白激酶系统使特异的蛋白质磷酸化，从而协调细胞代谢的活性和基因表达，产生有序的细胞分裂周酸化，从而协调细胞代谢的活性和基因表达，产生有序的细胞分裂周期期最关键的两个蛋白质家族：最关键的两个蛋白质家族：依赖于周期素的蛋白激酶依赖于周期素的蛋白激酶CDK：可促使下游过程特定的蛋白质的可促使下游过程特定的蛋白质的丝氨丝氨酸和苏氨酸酸和苏氨酸发生发生磷酸化磷酸化结合于结合于CDK并活化其激酶活性的并活化其激酶活性的周期素家族周期素家族生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础（3）细胞增殖调节细胞增殖调节18l基因表达的主要调节方式基因表达的主要调节方式时序调控时序调控适应性调控适应性调控l主要的调节方式：主要的调节方式：转录水平（前、中、后）转录水平（前、中、后）+翻译水平翻译水平l基因的类型基因的类型管家基因：管家基因：组成型表达，基因以恒定水平表达，始终存在于细组成型表达，基因以恒定水平表达，始终存在于细胞内胞内可调基因：可调基因：只有在细胞需要时基因表达产物才表达，大多为诱只有在细胞需要时基因表达产物才表达，大多为诱导型导型6、基因表达的调控机制、基因表达的调控机制生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础19（1）原核生物的调节原核生物的调节乳糖操纵子模型：乳糖操纵子模型：酶的诱导型和阻遏；酶的诱导型和阻遏；操纵基因操纵基因（28bp palidrome）降解物阻遏：降解物阻遏：葡萄糖效应，调节子葡萄糖效应，调节子合成途径操纵操纵子的衰减作用：合成途径操纵操纵子的衰减作用：生物合成过程常见，如色氨酸生物合成过程常见，如色氨酸操纵子操纵子生长速度调节：生长速度调节：极限环境（如氨基酸饥饿）的严紧控制极限环境（如氨基酸饥饿）的严紧控制基因表达的时序控制：基因表达的时序控制：早期基因与后期基因的相互作用早期基因与后期基因的相互作用翻译水平的调节和反义翻译水平的调节和反义RNA生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础20附：附：乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础21生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础22生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础23附：附：降解物阻遏降解物阻遏生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础24生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础25操纵子模型：见操纵子模型：见 Flash 操纵子操纵子生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础26（2）真核生物的调节真核生物的调节两种调控机制：两种调控机制：短期（可逆）调控：短期（可逆）调控：细胞对环境（代谢作用物或激素水平）变动作出的细胞对环境（代谢作用物或激素水平）变动作出的反应，如：反应，如：细胞内酶或特殊蛋白质合成的变化细胞内酶或特殊蛋白质合成的变化长期（不可逆）调控：长期（不可逆）调控：主要发生在细胞发育过程中细胞的决定和分化，主要发生在细胞发育过程中细胞的决定和分化，仅存在于真核生物仅存在于真核生物调控水平：调控水平：转录前水平调节：转录前水平调节：染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNADNA的修的修饰和异染色质化饰和异染色质化转录活性调节：转录活性调节：染色质活化、启动子和增强子、反式作用因子染色质活化、启动子和增强子、反式作用因子转录后水平调节：转录后水平调节：mRNAmRNA后加工后加工翻译和翻译后水平的调节：翻译和翻译后水平的调节：生物化学生物化学 代谢调控基础代谢调控基础27