物质代谢的联系及调节.ppt

物质代谢的联系及调节,一、糖、脂类、核酸、蛋白质代谢的相互联系,1、糖代谢与脂类代谢的相互关系2、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系4、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,二、代谢调节,1 代谢调节的概念2、酶水平的调节（1）酶定位的区域化（2）酶活性的调节(共价修饰，反馈调节)（3）酶合成的调节（原核生物基因表达的调控-操纵子学说）3、细胞信号的跨膜转导,物质代谢的联系及其调节,一、物质代谢的相互联系,二、代谢调节,思考,三、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二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,糖代谢与脂类代谢的相互联系,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,糖-酮酸 氨基酸 蛋白质,NH3,蛋白质 氨基酸-酮酸 糖,（生糖氨基酸）,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂肪,甘油,磷酸二羟丙酮,脂肪酸,乙酰CoA,氨基酸碳架,氨基酸,蛋白质,蛋白质,氨基酸,酮酸或乙酰CoA,脂肪酸,脂肪,（生酮氨基酸）,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（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ATP是能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP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,琥珀酸,苹果酸,草酰乙酸,3-磷酸甘油,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸,植物或微生物,（胞液）,（线粒体）,（PEP）,糖的分解代谢和糖异生的关系,糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系,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,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，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。,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,酶定位的区域化,线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化,细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;,细胞核:核酸合成,内质网:蛋白质合成;磷脂合成,（2）反馈抑制,（4）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）限速步骤和标兵酶,（3）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。,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 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)。,例：糖原磷酸化酶的共价修饰,共价修饰,酶级联系统调控示意图,意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。,肾上腺素或胰高血糖素,1、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（无活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（无活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶 b（无活性）,磷酸化酶 a（活性）,6、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,肾上腺素或胰高血糖素,1,4,5,6,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,顺序反馈抑制示意图,A,B,G,F,J,D,C,H,E1,E3,E2,芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节,协同调节示意图,A,B,G,F,J,D,C,H,E1,E3,E2,赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节,同工酶反馈抑制示意图,A,B,G,F,J,D,C,H,E1,E2,E3,E4,几种氨基酸的同工酶反馈调节,累积反馈抑制示意图,反馈激活和前馈激活示意图,AB C D F,AB G,C,D,E,E,例1:糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶，例2：乙酰CoA的积累激活PEP羧化酶,酶的反馈激活,葡萄糖,草酰乙酸,丙酮酸,羧化酶,乙酰CoA,活化,磷酸烯醇式丙酮酸,拧檬酸,-酮戊二酸,1，6-二磷酸果糖,谷氨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,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,一、原核和真核基因组,二、原核生物酶合成调节的遗传机制 操纵子学说,三、真核生物基因表达的调控,基因表达的调控,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）,（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,酶的诱导和阻遏操纵子模型,B.有活性阻遏蛋白加诱导剂,A.有活性阻遏蛋白,C.无活性阻遏蛋白,D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂,乳糖操纵子的负调控,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,P,LacZ,LacY,Laca,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,启动子,O,R,A、乳糖操纵子的结构,B、乳糖酶的诱导,阻遏蛋白（有活性）,乳糖操纵子的正调控,R,LacZ,LacY,Laca,mRNA,CAP基因,结构基因,T,CAP,O,CAP结合部位,RNA聚合酶,T,cAMP-CAP,P,CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）,使CAP呈失活状态,真核生物基因表达调控,DNA,转录初产物RNA,mRNA,蛋白质前体,mRNA降解物,活性蛋白质,DNA水平调节,转录水平调节,转录后加工的调节,翻译调节,mRNA降解调节,翻译后加工的调节,核,细胞质,真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节 转录水平调节 转录后加工的调节 翻译水平调节 翻译后加工的调节 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 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,甾醇类激素作用原理示意图,肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图,内在蛋白质的磷酸化作用,改变细胞的生理过程,细胞膜,细胞膜,问答题,1、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的共同通路？2、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？4、试以大肠杆菌乳糖操纵子说明酶合成的诱导和阻遏。5、写出天冬氨酸在体内氧化生成CO2和H2O的主要历程，注明其中脱氢反应的酶，并计算所产生的ATP数目。6、简述能荷调节对代谢的影响及其生物系意义。名词解释反馈抑制共价修饰第二信使操纵子,糖酵解和葡萄糖异生的关系,A G-6-P磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递（氧化）,蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,生物氧化的三个阶段,