生物化学物质代谢联系及调节课件.ppt

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1、第四部分第四部分 物质代谢的联系及调节物质代谢的联系及调节一、糖、脂类、核酸、蛋白质代谢的一、糖、脂类、核酸、蛋白质代谢的相互联系相互联系1、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2 2、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3 3、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4 4、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系二二 、代谢调节代谢调节1 1 代谢调节的概念代谢调节的概念2 2、酶水平的调节、酶水平的调节（1 1）酶定位的区域化酶定位的区域化（2 2）酶活性的调节酶活性的调节(共价修饰共价修饰，反馈调节反馈调节

2、)（3 3）酶合成的调节酶合成的调节（原核生物基因表达（原核生物基因表达的调控的调控-操纵子学说操纵子学说）3 3、细胞信号的跨膜转导细胞信号的跨膜转导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、蛋白质代谢的联系糖代谢与脂类代谢的

3、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）核酸与糖、脂类

4、、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

5、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（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）糖的糖的分解代谢和分解

6、代谢和糖异生的关系糖异生的关系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

7、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

8、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：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

9、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;三三羧酸循环羧酸循环;-氧化氧化;呼吸呼吸链电子传递链电子传递;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）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（feedf

10、orward）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。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 Covalent moldificationmoldification）。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

11、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级联系统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，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

12、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ATPADPATPADP456 由代谢终产物作为变构

13、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

14、和前馈激活示意图反馈激活和前馈激活示意图ABCDFABGCDEE+例例1:1:糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶，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拧檬酸檬酸-酮戊二酸酮戊二酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖谷氨谷氨酰氨合成酶的累积反馈抑制酰氨合成酶的累积反馈抑制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辅因子对已有酶活性的调节

15、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）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）

16、（有活性）酶合成的诱导机理调节基因 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

17、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,从而使阻遏从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因蛋白能够阻挡操纵基因,结构基因不表结构基因不表达达代谢产物代谢产物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ORPLacZ

18、LacYLaca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RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa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酯磷酸二酯酶酶ATPcAMP5-

19、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（catabolicgeneactivationprotein）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降解降解调节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

20、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 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

21、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、为为什什么么说说三三羧羧酸酸循循环环是是糖糖、脂脂、蛋蛋白白质质三三大大物物质质代代谢谢的的共同通路？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、写写出出天天冬冬氨氨酸酸在在体体内内氧氧化化生生成成C

22、O2和和H2O的的主主要要历历程程，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糖糖酵酵解解和和葡葡萄萄糖糖异异生生的的关关系系（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-P-甘油醛甘油醛-酮戊二酸酮戊二酸乳酸乳酸谷氨酸谷氨酸丙丙氨酸氨酸TCA循环循环乙酰乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸丙酮

23、酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸3-P-甘油甘油甘油甘油ABC1C2AG-6-P磷酸酯酶磷酸酯酶BF-1.6-P磷酸酯酶磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶羧激酶脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中间产物（如中间产物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等）共同中间物进共同中间物进入三羧酸循环入三羧酸循环,氧化脱下的氢由氧化脱下的氢由电子传递链传递电子传递链传递生成生成H2O，释放释放出大量能量，其出大量能量，其中一部分通过磷中一部分通过磷酸化储存在酸化储存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本结构成基本结构单位单位生物氧化的三个阶段生物氧化的三个阶段