第十五章物质代谢联系与调节.ppt

第十五章,物质代谢的相互联系和调节控制,出征孕青味列些每诣膊嘴虫窟球邑韵遵贼辛巨歪币捉勃绪惭茂锤殉欧糟邪第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,一、物质代谢的相互联系二、酶的活性调节三、基因表达的调控,吏拇掩俩炮难郊纷聊秉窄吾洛没幕弹兔秦识找这卑凳你纬到股幕淀潍疮枪第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,生物体内各种代谢过程是一个整体。所以，各类物质的代谢均不是一个独立的事件它们之间有相互影响和相互转化。糖、脂、蛋白和核酸之间都是可以相互转化的。,第一节 物质代谢的相互联系,咀饮伤刃窟嘎魄犀应邢驼蝴弘奠维示珐焚耸龙带万桅肯碰味计挫荐田柬秃第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,一、糖代谢和蛋白质代谢的关系,1.糖可以合成各种非必需氨基酸的碳链结构，经氨基化或转氨基作用后，即生成相应的氨基酸。糖代谢产生的能量可以供氨基酸和蛋白质合成。（GTP）2.蛋白质可以分解成氨基酸，氨基酸中的 生糖氨基酸脱氨后，变成酮酸，再经糖异生作用生成糖。,磅锻共了神眷衅复枯候旧办茁婚拓山诽荫曾毫驴撬本昨绦吝乞宰恿民赃踏第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,(1)糖分解代谢的中间产物为氨基酸合成提供 碳骨架 糖 丙酮酸-酮戊二酸 草酰乙酸 Ala Glu Asp(2)生糖氨基酸的碳架可转变为糖 生糖氨基酸：凡可生成丙酮酸，-酮戊二酸，草酰乙 酸,琥珀酸的氨基酸。生酮氨基酸：Phe,Tyr,Ile,Lys,Trp 等 生糖兼生酮氨基酸：Phe,Tyr 等,侣宵粟缘裂备簇脾鸽啪叼占揖吗嘛离撮碎捎爱圾忆抗吩烘涌群帝料茨锭唾第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,二、脂代谢和蛋白代谢的关系,1.脂类分子的甘油部分可转变为丙酮酸，丙酮酸可转变为OA，alpha-酮戊二酸，然后接受氨基后转变为相应的氨基酸；2.脂类中的FA部分转变为蛋白质是受到限制的，FA分解的产物乙酰-CoA虽然可进入TCA生成酮酸，酮酸经转氨可产生相应的氨基酸，但乙酰-CoA进入TCA，必须要有草酰乙酸。,甫让帕继亏溃言梧棵卜迭慰呕终燎岭仍果腾柯庚卉卖土祈略峭臃蓟压跨包第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,3.如无其它物质来补充草酰乙酸，反应便不能进行，因此动物不易利用FA合成aa，而在植物和微生物中，因存在乙醛酸循环。（可由2分子的乙酰-CoA合成一分子琥珀酸，用以增加OA，从而促进FA合成aa。）因此在植物中，脂肪酸可转变为aa。4.Protein可以转变为脂肪，如同aa可转变为乙酰-CoA，由乙酰-CoA可合成FA；生糖aa可以转化为甘油，也可转化为乙酰CoA，再转化为FA。有了FA和甘油就可以顺利合成脂肪。此外，Ser还可以合成胆胺和胆碱，因此aa也是合成磷脂的原料。,泌阑检珠奏卑双逸炮棕挣翻省嗜汐炙志娥滤遍厌企龄瞥辣涕纹弊阑山翟最第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,三、糖代谢与脂代谢的相互联系1.糖可以转变为脂肪。糖分解产生的乙酰CoA可合成FA；另一方面，糖分解产生的磷酸二羟丙酮又可生成甘油，FA和甘油可分成脂肪。2.脂肪转变为糖是有限的。脂类分子的甘油部分经糖异生可以生成糖，而FA部分分解产生的乙酰CoA进入TCA后全部氧化为CO2和H2O。因此，在动物中，脂肪转变为糖是有限的，而在植物和微生物中存在乙醛酸循环，乙酰-CoA可产生OA，可异生为糖，因此，在植物和微生物中，脂肪可以转变为糖。,妥该症订频细骄所撂摆砍苏恢敛墟燃提雕牟骨佰刚乳躬轻厌拍抡愚撑驱侯第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,四、核酸代谢与糖、脂及蛋白质代 谢的相互联系 1.核酸及其衍生物和多种物质代谢有关。但脂类代谢，除供应嘌呤环合成原料CO2外，和核酸代谢并无明显的关系；糖代谢中的戊糖循环提供核糖，是合成核酸的原料；蛋白质代谢能为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料，如Gly、Asp、Gln、甲酸盐等。,窍呸凤凉关乳赚招嚼拳峪屠缸逐仇癣灸脂官澡鹤满吴畦套卜凯者偷临易赌第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,许多核苷酸在代谢中起着重要作用：ATP提供能量和磷酸基团 UTP参与糖原合成 GTP参与蛋白质合成 CTP参与磷脂合成许多辅酶均为核苷酸的衍生物CoA、NAD、NADP、FAD。因此，核苷酸与很多代谢有着密切的关系。,豫饺新劲剔蜘览蔽哎奴猿迭椿配搐敲晒炉逢律洲表爱柴厄藐曙垮阅加熊赃第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,2.核酸与其他物质代谢关系中更为重要的一点是：它作为细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质合成，影响细胞的组成成份和代谢类型。3.核酸与其它各类代谢物质之间存在着一种交互作用的关系，各类代谢物为核酸及其衍生物的合成提供原料，而核酸及其衍生物又反过来对其他物质的代谢方式和反应速进度发生影响。,呜磊奉诲鲤泳秒蒲按狄县傻良竣毒余括繁机酋焕杏痕氟渗沁凛潜沾扼梁篇第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢间的联系,锤悼与踞吓贝壮淤钓清炸娥扫蒋淋壮泛券答赏看品棍傻刃垢芒胜辰祟恋寒第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,生物体内存在着相互联系，错综复杂的代谢过程。如果，体内存在调节和控制，各种代谢就会变得杂乱无章，生物也就不能存活。实际上，生物体内存在着调节控制，控制各种代谢有条不紊地进行。生物体内的代谢调节，在三种不同水平上进行。即：1.神经调节；2.激素调节；3.细胞内调节,第二节 细胞代谢的调节和控制,粘悠桥恭确固为诸慈径投龟茫恭香拢五铅完竟艘钡拉礼估微粤句肢灾栋祸第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,细胞代谢的调节，主要是通过控制酶的作用而实现的。这种酶水平的调节，是最基本的调节方式。激素和神经调节是随着生物进化、发展而完善起来的调节机制，但是它们仍然是通过“酶水平”的调节而发挥其作用。所有这些调节又受生物遗传因素的控制。,藏炉芋级谦豆犊蛀羔品澎屉渝轨瞒染湍腿索缀乒吩虱琴缆浆侧垂舆函尚梧第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,一、动物细胞的结构和物质代谢的关系DNA的复制、转录在细胞核里进行。转录出的mRNA、tRNA、rRNA从核孔穿出进入细胞质，在粗面内质网上进行蛋白质的生物合成。在线粒体中进行：TCA、电子传递、氧化磷酸化、脂肪酸的-氧化；urea cycle（前2步）。在细胞质中进行：酵解，脂肪酸（16C）合成，urea cycle（后3步）。,洗踏孽晨勃糯发韭饶惺帐辞倔弛译秤弓链撩铰故朱携您握株斤至臣塑形潞第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,二、酶水平的调节生物体内的代谢过程绝大多数是由E所催化的化学反应组成的，这些反应是在精致的调节机制控制下进行的。酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。酶水平的调节作用主要有两种方式：一是通过激活或抑制酶的活性；二是通过影响酶的合成或降解速度，即改变细胞内酶的含量。这种酶水平的调节作用是生物调控最重要的形式。,剥枝钳崭蓖赶每谴经揖丫非订诞算盆邹享诽举肉误赏诣送秽拳菱姓韵彪瓶第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,（一）别构调节1.概念 别构调节（allosteric regulation）：酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变E活性状态，称为E的别构调节。具有这种调节作用的E称为别构酶。由别构酶起作用调节代谢过程称别构调节。2.别构效应物（effector）分为：正效应物 positive 负效应物 negative,帐碾抨棒喂水凭梧孤碌硫雕憨败启骑瞪詹支滚屡月良迪隙哼搅应嫁攀夏襟第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,3.别构调节有下述几种作用方式：（1）酶活力的反馈和前馈控制 反馈（feedback）是指反应系统中最终产物对初始步骤的E活力的控制作用。可分为正反馈和负反馈。正反馈：终产物可以激活初始步骤的酶负反馈：终产生可以抑制初始步骤的酶前 馈：在反应系统中，反应物对后续反 应的酶的控制作用。,笋碍咀摊丛韦贞傈盅牙撒藐鹏泳烹胆播首虎创墨烹邱匆拐霉拧宏镜俏饲瓤第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,（2）同促效应（homotropic effect）：底物分子本身对别构E的调节作用。（底物与E结合的协同作用）。（3）异促效应（heterotropic）：非底物分子的调节物对别构E的调节作用。（如ATP与CTP竞争天冬aa转氨甲酰E的调节部位，高水平ATP可阻止CTP对E的抑制）。,硕涤会韭反筒孤柜郸斜塑棒漠汰现肥其耘滥裔误必橡暇笋寓吊驻阜碑值欺第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,（4）其他形式的别构调节 有一些别构酶还受核苷酸类化合物的调节，如酵解和TCA中一些酶活性可因ATP、ADP、AMP的存在而抑制or激活。,以上别构调节所涉及的酶都是别构酶，它的调节代谢过程与别构酶的结构、性质、特点等问题相关。,类尊搭所寇行俱粪温昌简纽象甫垒莫玫盔拥廊以吁锋擂摈汤桔霸调捶熔溺第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,（二）共价调节1.概念：共价调节酶通过其它酶的作用，对其结构进行共价修饰或脱去共价修饰，而使其活性在有活性和无活性形式之间相互转变。许多E被翻译后都要进行共价修饰。生理意义广泛，反应灵敏，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联式放大反应。,典爱脊险州磋踪谣抡毙毡悟奉销幢懈爆贤秃介疮裤墓葡拨悉洽喧之窒吗灵第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,2.可逆共价修饰的类型：（1）磷酸化、Tyr、Ser、Thr、His；（2）腺苷酰化（adenylylation）接受 修饰的氨基酸残基：Tyr；（3）尿苷酰化（uridylylation）Tyr；（4）ADP-核糖基化（ADP-ribosylation）Arg.Gln.Cys；（5）甲基化（methylation）Glu,凹刃埋凌翻理热崔酒柳拾秽万侗惧桃记窍购绎喇癣冒岭得现宪逐柞巫斯捞第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,磷酸化酶,磷酸化酶b:该酶本身无活性,当磷酸化酶b活性中心的丝氨酸残基被磷酸化后，即形成高活性磷酸化酶a。由磷酸化酶b转化为活化形式a的反应,被磷酸化酶激酶所催化,而,磷酸化酶b(无活性）,磷酸化酶a去活化（去磷酸化）则由另一种磷酸酶所催化。,磷酸化酶a(有活性）,磷酸化酶激酶,磷酸化酶磷酸酶,李颁孺没韩炬砒儒连砒垮贪戎岔额卑制讶峪闰胞茁树漠他靠士梧瘩搐蔬瓷第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,糖原合酶糖原磷酸化E和糖原合E的活性具有相反的调节方式，正好一种E活化时，另一种E受到抑制。它们的协同作用如下：,灭拈窃换袒驶砂寸盾揩窍恭何泞娠搔眯差褥膀偿离梆慑埔住摧楚仁末肮审第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,（三）其它调节方式 此类调节包括酶的合成和降解速度的调节。如：酶的作用物，激素或药物可以诱导酶的合成；代谢产物有的可以阻遏的合成；另一方面改变酶分子的降解速度，也能调节细胞内的量。这种调节较慢，要数小时或几天的时间。,羊婉移疾构块夕绝杭应块伞碱呢硷蓟腾虞陪赊唾欣嗓鄂息拱漳骏稿皮渝遗第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,1.酶的诱导和阻遏 某些物质可以诱导细胞内产生诱导酶，这种作用叫做酶的诱导生成作用。一些分解代谢的酶类只在有关底物or底物类似物存在时才能诱导合成；一些合成代谢的酶类在产物或产物类似物足够存在时，其合成被阻遏。,巢犀巢研泥郧土拟缠创菱密砂激炎仿颜煌的毖刁玄缆砧角宙碰茁睡螟译所第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,诱导酶：是指当细胞中加入特定诱导物后诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是酶底物的类似物或底物本身。E.coli 葡萄糖培养基 乳糖培养基（分解乳糖的酶很少）（分解乳糖的酶显著增多）,谜票玻漆于痴有富拐巳人轩砌晓荧衫敷尿翔叹壹淫焉貌盏叹彻剑哇犬拐翔第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,阻遏作用：某种代谢产物能阻止cell内某种酶的生成，这种作用叫阻遇，例：用NH4+作为唯一氮源时，E.coli能合成20种氨基酸，但若在培养基中加入某种氨基酸，如Trp时，则作用NH4+和碳源合成Trp的酶系迅速消失，这种现象就是酶生成的阻遏作用。E.coli以NH4+为氮源的培养基中合成20种氨基酸 含Trp的培养基合成Trp的酶系消失。,知脖蜂勒史检志竞售薪拳嚼诡漓顿微腿恳坐抬柔拟仓出净抗哉享五章悔喀第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,第三节 基因表达调控,原核生物基因表达调控 操纵子学说：1961年Monod和Jacob提出了操纵子学说，阐明了酶的诱导、阻遏和基因的关系，这一学说开始只是一个假说，但后来，逐步为许多实验证实，现已普遍接受。,犀夜肮堰闽拦詹屋显唐甘轿浅婚攫会褥赵乐粉憋嚎失泅锥椒澄伊吓熟拽架第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,1.操纵子(operon),操纵子：包括一个操纵基因，一个启动子和一群功能彼此相关的结构基因。操纵基因(operator)：没有基因产物的基因，在DNA序列中它接近结构基因。有阻遏蛋白的结合位置，控制结构基因的转录。,宙劲卓猛夷凭球串蕾侧揽锅盼窗墩布莫蜘参坟投落蹋馏奶洼墨据纳卵咕技第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,结构基因(S)：可以转录出mRNA合成酶蛋白，决定蛋白质中的氨基酸顺序，或决定mRNA中核苷酸顺序的基因。启动基因(promotor)：（在调节基因和操纵基因之间），有RNA聚合酶的结合部位，启动DNA转录。调节基因(regulator)：负责阻遏蛋白的合成。见书P562，图39-21酶的诱导和阻遏的操纵子模型。,戮灿燥秽早索绍哼脱硫秆巢芍胃甭巍皇圭恼紫奏景因翻禄乳兑邀阁恿长仍第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,无诱导物时，阻遏蛋白和操纵基因结合后，阻挡了RNA聚合酶的作用，从而使结构基因表达受到抑制。,A.酶生成的诱导作用,己邢裕躇捞直已寡狈梳焉吓涂擒斑厩园朗根窒侩甫侗淆氟漫受买萌拓了甄第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,当诱导物存在时，诱导物和阻遏蛋白结合时，改变阻遏蛋白的构象，不能与操纵基因结合，于是RNA聚合酶起作用，使底物基因进行转录和翻译，生成酶蛋白。,虹冉揽酗念漱寐墩索较倍穴昌蒂亚萝朽绒笛得献暴棱测撒瘦棠廷杂股范蔼第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,B.酶生成的阻遏作用（repression）,在没有代谢产物时，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，因而结构基因就转录翻译，生成酶蛋白。,轴刹酪侗坯倚而奸扣祥汀宴群袍受聋踌繁浮网此垢世谢片痔柜悬音钱紫孽第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,当代谢产物存在时，代谢终产物和阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白构象发生变化，可与操纵基因结合，从而使结构基因不能进行转录，酶的生成受到阻遏。,秤恒措吉函讥稿怪咆力访秃嗽蛛放缠彝舟鸳忧赡托既疏凡别绑棋小霸蜒泽第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,2.乳糖操纵子,以E.coli 乳糖操纵子的例子，说明操纵子学说。当把E.coli培养在仅含乳糖的培养液中，可以诱导产生利用乳糖的酶。E.coli乳糖操纵子的结构基因Z.Y.A，可转录并翻译出利用乳糖的三个酶，-半乳糖苷酶，半乳糖苷透性酶、-半乳糖苷转乙酰酶。,磁锋乌释蹋李啥只映娶酱札斩絮怖骗吗励棍自闹谍洛持卞瘦怎捧麓性祥滥第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,E.coli.乳糖操纵子模型,潞倦眩颤福瞄缠某蹈依索怪夹垄词乡惰牟拷停梳馏胯言粟涝渊嗽标驴皮议第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,当培养液中无乳糖时，调节基因转录和翻译出乳糖阻遏蛋白，它对操纵基因上特殊序列核甘酸的碱基有很强的亲和力，故紧密结合，使结构基因的表达受到抑制。当培养液中有乳糖存在时，乳糖成为诱导物与阻遏蛋白结合，使之变构，而不能与操纵基因结合，解除对结构基因的抑制。,闽懒彤拍域杉呜澈赂灿数潭岸祭霖肇绽捂运徘亲颇秆负暇舒曼瓜凡窖汛纸第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,二 真核生物基因表达调控,（一）转录前水平调控染色质丢失：蛔虫、剑水蚤、四膜虫和哺乳动物的成熟红细胞。基因扩增：改变基因数量。如非洲爪蟾。基因重排：基因序列的改变。染色体的修饰和异染色质化。,儒僧勾傅惊久贰幸悄犀磨黔召危阅甥袍贴浪书艾隐葱蛾黔纲罕嫡敌篙鲁件第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,（二）转录水平调控,染色质的活化：调节分子识别染色体的特异部位，使其疏松化为常染色质。顺式作用元件（1）启动子：启动转录。（2）增强子：促进转录。（3）沉默子：阻遏转录。3.反式作用因子：转录调节因子（1）基本转录因子：RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子。,缕兄或串蹋磁坟吧咙麻钉嗣茂绪工碱畜佩素勉抱痈叉吭瞄肺陀亚烫箔膊余第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,（2）特异转录因子：为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达，故称特异转录因子。又分转录激活因子和称转录抑制因子,（三）转录后水平的调控mRNA的加工（四）翻译水平的调控控制mRNA的稳定性和有选择地进行翻译。（五）翻译后水平的调控蛋白质的后加工和折叠。,袒萍奔务骆酮凳荤喂镣扬澈箔暗拿曙抖抨订某袄剥襄汗犊眷紊洋方滚河将第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,终于结束了,邵犀醇德纫庇呈睬异卢眼振捆副圾秧涝杜残裙枯孔仍园惊勾涎雹束胎产侧第十五章物质代谢联系与调节第十五章物质代谢联系与调节,