第10章代謝調控ppt課件

1、第第10章、代謝調節(jié)章、代謝調節(jié)n近幾年的網絡化進步都帶來了哪些便利？近幾年的網絡化進步都帶來了哪些便利？n聯(lián)系密切、資源共享聯(lián)系密切、資源共享n音樂網、文學網、化學網、環(huán)保網、人際關音樂網、文學網、化學網、環(huán)保網、人際關系網系網 集團優(yōu)勢的充分體現集團優(yōu)勢的充分體現n幾億年前生物小小的細胞內就已經進化出了幾億年前生物小小的細胞內就已經進化出了網絡化行為網絡化行為代謝網絡代謝網絡第一節(jié)、物質代謝的相互關系第一節(jié)、物質代謝的相互關系(一一). 糖代謝與脂肪代謝的相互關系糖代謝與脂肪代謝的相互關系1、糖可以在生物體內變成脂肪。、糖可以在生物體內變成脂肪。2、脂肪不能大量轉變?yōu)樘?，除了油料作物種子。

2、、脂肪不能大量轉變?yōu)樘?，除了油料作物種子。脂脂肪肪 -甘油磷酸甘油磷酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮糖糖脂肪酸脂肪酸乙酰輔酶乙酰輔酶A琥珀酸琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸 -氧化氧化乙醛酸乙醛酸循環(huán)循環(huán)TCA循環(huán)循環(huán)CO2+H2O磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮丙酮酸丙酮酸甘油甘油乙酰輔酶乙酰輔酶A A脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪糖糖一、代謝途徑交叉形成網絡一、代謝途徑交叉形成網絡(二二). 糖代謝與蛋白質代謝的關系糖代謝與蛋白質代謝的關系n TCA循環(huán)循環(huán)-酮酸酮酸 Aan 各種各種AaOAA PEP 糖異生糖異生羧激酶羧激酶氨基化氨基化糖糖蛋白質蛋白質蛋白質蛋白質糖糖糖代謝糖代謝 碳源碳源 蛋白質的合成；蛋

3、白質的合成；糖分解糖分解 能量能量 Aa和蛋白質的合成和蛋白質的合成;蛋白質蛋白質 Aa 糖異生作用糖異生作用 糖。糖。TCA(三三). 脂肪代謝與蛋白質代謝的相互關系脂肪代謝與蛋白質代謝的相互關系1、由脂肪合成蛋白質的可能性是有限的，、由脂肪合成蛋白質的可能性是有限的，實際上僅限于實際上僅限于Glu。2、蛋白質間接地轉變?yōu)橹?。、蛋白質間接地轉變?yōu)橹尽２蒗Ｒ宜岵蒗Ｒ宜?酮戊二酸酮戊二酸氨基酸氨基酸 丙酮酸丙酮酸 甘油甘油脂肪酸脂肪酸乙酰輔酶乙酰輔酶A A - -氧化氧化TCATCA循環(huán)循環(huán)草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸 蘋果酸蘋果酸琥珀酸琥珀酸乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)氨基酸氨基酸脂肪脂肪蛋

4、蛋白白質質甘油甘油生酮氨基酸生酮氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸乙酰乙酸脂肪酸脂肪酸丙酮酸丙酮酸乙酰輔酶乙酰輔酶A A丙二酸單酰輔酶丙二酸單酰輔酶A A（四核酸代謝與糖、蛋白質、脂肪代謝的關系（四核酸代謝與糖、蛋白質、脂肪代謝的關系ATP：能量和磷酸基團的供應：能量和磷酸基團的供應UTP：單糖的轉變和多糖的合成：單糖的轉變和多糖的合成CTP：參與卵磷脂的合成：參與卵磷脂的合成GTP：給蛋白質合成提供能量：給蛋白質合成提供能量核酸核酸核苷酸核苷酸AMP：輔酶：輔酶A, NAD(P+), FAD核苷酸的合成核苷酸的合成: Gly、Asp、Gln、甲酸和氨；酶和蛋、甲酸和氨；酶和蛋白因子白因子核酸

5、的合成核酸的合成: 酶和多種蛋白因子酶和多種蛋白因子二、分解代謝與合成代謝的單向性二、分解代謝與合成代謝的單向性n相對立的單向反應相對立的單向反應opposing unidirectional opposing unidirectional reactionreaction）：指在一條代謝途徑中，某些關鍵部位的正向）：指在一條代謝途徑中，某些關鍵部位的正向反應和逆向反應是由兩種不同酶所催化。反應和逆向反應是由兩種不同酶所催化。 n舉例：舉例：n1 1糖代謝糖代謝n G + ATP G-6-P + ADP G + ATP G-6-P + ADP 己糖激酶己糖激酶n G-6-P + ADP G +

6、 Pi 6- G-6-P + ADP G + Pi 6-磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶 n2 2脂肪酸代謝脂肪酸代謝n 乙酸乙酸 + ATP + CoA + ATP + CoA 乙酰乙酰CoA + AMP + PPi CoA + AMP + PPi 硫激硫激酶酶 n 乙酰乙酰CoA + H2O CoA + H2O 乙酸乙酸 + CoA + CoA 硫酯酶硫酯酶 三、三、ATP是通用的能量載體是通用的能量載體n綠色植物和光合細菌通過光合作用獲得太陽能；綠色植物和光合細菌通過光合作用獲得太陽能；n其他生物利用有機物的分解代謝獲得能量：有機其他生物利用有機物的分解代謝獲得能量：有機物氧化分解物氧化分解 釋

7、放能量釋放能量 ATP 需能反應需能反應四、四、NADPH以還原力形式攜帶能量以還原力形式攜帶能量nNADPH是生物合成過程中的良好還原劑；是生物合成過程中的良好還原劑；nPPP途徑、線粒體乙酰途徑、線粒體乙酰CoA的輸出的輸出 NADPHn代謝的要略在于形成代謝的要略在于形成ATP、還原力和構造單元以用、還原力和構造單元以用于生物合成；于生物合成；n大分子大分子構造單元構造單元G、Aa、甘油、脂肪酸）、甘油、脂肪酸）;n各種構造單元各種構造單元乙酰乙酰CoA + NADPH + ATP;n乙酰乙酰CoA TCA循環(huán)循環(huán)CO2 + H2O + ATP提問：代謝形成網絡有什么益處？提問：代謝形成

8、網絡有什么益處？n資源共享資源共享n在滿足需要的前提下，互通有無，最大限在滿足需要的前提下，互通有無，最大限度的減少酶、代謝途徑及中間產物的數量度的減少酶、代謝途徑及中間產物的數量酶酶 水水 平平 調理調理細胞水平調節(jié)細胞水平調節(jié)激素水平調節(jié)激素水平調節(jié)神經水平調節(jié)神經水平調節(jié)復復雜雜程程度度單細胞單細胞生物生物植物植物動物動物第二節(jié)、代謝調節(jié)第二節(jié)、代謝調節(jié)多細胞整體水平調節(jié)多細胞整體水平調節(jié)一、細胞水平的調節(jié)一、細胞水平的調節(jié)以酶區(qū)域化分布為基礎的調節(jié)以酶區(qū)域化分布為基礎的調節(jié)細胞內膜系統(tǒng)的區(qū)隔化作用細胞內膜系統(tǒng)的區(qū)隔化作用酶酶定定位位的的區(qū)區(qū)域域化化線粒體線粒體:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;T

9、CA;脂肪酸脂肪酸-氧化氧化;脂肪酸碳脂肪酸碳鏈的延長；呼吸鏈鏈的延長；呼吸鏈;氧化氧化磷酸化磷酸化細胞質細胞質:酵解酵解;磷磷酸戊糖途徑酸戊糖途徑;脂脂肪酸從頭合成；肪酸從頭合成；糖原分解與合成糖原分解與合成細胞核細胞核:核酸合成核酸合成內質網核糖體內質網核糖體:蛋白質合成蛋白質合成;此外，植物細胞中此外，植物細胞中:乙醛酸體乙醛酸體乙醛酸循乙醛酸循環(huán)環(huán)細胞的區(qū)域化有三個方面的作用細胞的區(qū)域化有三個方面的作用 使不同的代謝途徑分別在不同的區(qū)域內使不同的代謝途徑分別在不同的區(qū)域內進行，不至于相互干擾。進行，不至于相互干擾。 將酶、輔酶和底物在細胞器內高度濃縮，將酶、輔酶和底物在細胞器內高度濃縮

10、，使代謝反應以正常的速度進行。使代謝反應以正常的速度進行。 細胞的區(qū)域化為酶水平調節(jié)創(chuàng)造了有利細胞的區(qū)域化為酶水平調節(jié)創(chuàng)造了有利的條件的條件二、酶二、酶 水水 平平 調調 節(jié)節(jié)酶活性的調節(jié)酶活性的調節(jié)酶含量的調節(jié)酶含量的調節(jié)酶的定位調節(jié)酶的定位調節(jié)（一）、酶活性的調節(jié)（一）、酶活性的調節(jié)(微調或細調微調或細調) 酶原激活酶原激活 酶的變構調節(jié)酶的變構調節(jié)反饋與前饋作用反饋與前饋作用 酶的共價修飾和級聯(lián)放大系統(tǒng)酶的共價修飾和級聯(lián)放大系統(tǒng) 輔因子的調節(jié)輔因子的調節(jié)當細胞已合成一定量的某種酶時，可以以其活當細胞已合成一定量的某種酶時，可以以其活性進行調節(jié)，這是一種比較靈敏的調節(jié)，有時性進行調節(jié)，這是

11、一種比較靈敏的調節(jié)，有時候稱為候稱為“微調微調”酶原：酶的無活性前體。酶原：酶的無活性前體。酶原激活：某些酶先以無活性的酶原形式合酶原激活：某些酶先以無活性的酶原形式合成或分泌，然后在到達作用部位時由其它酶成或分泌，然后在到達作用部位時由其它酶作用，使其失去部分肽段從而形成或暴露活作用，使其失去部分肽段從而形成或暴露活性中心、形成有活性酶分子的過程。性中心、形成有活性酶分子的過程。酶原激活的生理意義：保證某些酶只在需要酶原激活的生理意義：保證某些酶只在需要時發(fā)揮作用，而不會對機體產生不利影響。時發(fā)揮作用，而不會對機體產生不利影響。 1、酶原激活、酶原激活胰蛋白酶原的激活與功能胰蛋白酶原的激活與

12、功能胰蛋白酶：水解胰蛋白酶：水解Arg Lys羧基形成的肽羧基形成的肽鍵鍵2、酶的變構調節(jié)非共價調節(jié)）、酶的變構調節(jié)非共價調節(jié)）變構酶：活性中心變構酶：活性中心 ( (結合部位和催化部位結合部位和催化部位) )和和變構中心調節(jié)部位）。變構中心調節(jié)部位）。變構調節(jié)：變構酶的調節(jié)部位能與某些效應物變構調節(jié)：變構酶的調節(jié)部位能與某些效應物進行特異的非共價結合，使酶分子構象發(fā)生改進行特異的非共價結合，使酶分子構象發(fā)生改變，影響酶的催化活性，從而控制代謝反應，變，影響酶的催化活性，從而控制代謝反應，這種調節(jié)方式稱變構調節(jié)。這種調節(jié)方式稱變構調節(jié)。效應物效應物激素、底物、產物激素、底物、產物有關輔酶及核苷

13、酸有關輔酶及核苷酸n別構酶通常是寡聚酶；別構酶通常是寡聚酶；n活性中心活性中心 + 別構中心；別構中心；n別構中心與效應物的結合將導致酶活性中別構中心與效應物的結合將導致酶活性中心構象發(fā)生輕微變化而影響酶的功能；心構象發(fā)生輕微變化而影響酶的功能；n別構效應有別構激活和別構抑制兩種；別構效應有別構激活和別構抑制兩種；n代謝底物經常是別構酶的別構激活劑，而代謝底物經常是別構酶的別構激活劑，而代謝產物經常是別構抑制劑；代謝產物經常是別構抑制劑；別構酶的特點：別構酶的特點：酶促反應的前饋和反饋酶促反應的前饋和反饋 ：最常見的變構調節(jié)：最常見的變構調節(jié)：前饋作用前饋作用feedforward）：代謝途徑

14、中前）：代謝途徑中前面的底物對其后某一催化反應的調節(jié)酶有面的底物對其后某一催化反應的調節(jié)酶有作用。作用。 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA+ADP+ Pi 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶 前饋抑制前饋抑制乙酰乙酰CoA+CO2 + H2O + ATP丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶前饋激活前饋激活G G-6-P F-6-P FDP PEP前饋激活前饋激活底物對后面的酶起激活作用。底物對后面的酶起激活作用。前饋抑制前饋抑制底物對后面的酶起抑制作用底物對后面的酶起抑制作用反饋調節(jié)反饋調節(jié)feedback）某一代謝途徑的產物或某一代謝途徑的產物或終產物積累時，反過來對反應序列前頭的限速終產物積累時，反過來對

15、反應序列前頭的限速酶發(fā)生的調節(jié)作用酶發(fā)生的調節(jié)作用G 6-P-GATP ADP己糖激酶己糖激酶負反饋負反饋正反饋反饋激活）正反饋反饋激活）產物能使反應速度加快產物能使反應速度加快負反饋反饋抑制）負反饋反饋抑制）產物能使反應速度減慢產物能使反應速度減慢n單價反饋抑制：無分支代謝途徑的系列反應單價反饋抑制：無分支代謝途徑的系列反應中，終產物對反應序列前頭的限速酶的抑制中，終產物對反應序列前頭的限速酶的抑制天冬氨酸天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸氨甲天冬氨酸氨甲酰磷酸轉移酶酰磷酸轉移酶氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸UMPUDPUTPCTPUMPUDPUTPCTP+n多價反饋抑制：分支代謝途徑中，限

16、速酶多價反饋抑制：分支代謝途徑中，限速酶的活性可受到兩種或多種終產物的抑制。的活性可受到兩種或多種終產物的抑制。3、酶促共價修飾和聯(lián)級系統(tǒng)、酶促共價修飾和聯(lián)級系統(tǒng)共價修飾化學修飾）：酶蛋白在修飾酶催共價修飾化學修飾）：酶蛋白在修飾酶催化下，可與某些小分子基團發(fā)生共價鍵的結合化下，可與某些小分子基團發(fā)生共價鍵的結合或解離，從而導致酶的活化或抑制，以控制代或解離，從而導致酶的活化或抑制，以控制代謝的速度和方向。謝的速度和方向。共價修飾調節(jié)酶：通過共價修飾調節(jié)活性的共價修飾調節(jié)酶：通過共價修飾調節(jié)活性的酶。酶。 如糖原合成酶、糖原磷酸化酶活性的調節(jié)如糖原合成酶、糖原磷酸化酶活性的調節(jié) 激酶激酶ATP

17、ADP糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b（無活性）（無活性）糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶aP（有活性）（有活性）磷酸酶磷酸酶-OHH2OP糖原的分解糖原的分解激酶激酶ATPADP糖原合成酶糖原合成酶a（有活性）（有活性）糖原合成酶糖原合成酶bP（無活性）（無活性）磷酸酶磷酸酶-OHH2OP糖原的合成糖原的合成常見的共價修飾類型：磷酸化常見的共價修飾類型：磷酸化/脫磷酸化脫磷酸化特點：特點：在修飾過程中，酶在無活性和有活在修飾過程中，酶在無活性和有活性的兩種狀態(tài)之間轉變；性的兩種狀態(tài)之間轉變；共價修飾的互變是由不同的酶催化共價修飾的互變是由不同的酶催化的；的；屬于酶活性的快速調節(jié)；屬于酶活性的快速調節(jié)；由激

18、素信號引起的共價修飾會產生由激素信號引起的共價修飾會產生級聯(lián)放大效果。級聯(lián)放大效果。級聯(lián)放大系統(tǒng)級聯(lián)放大系統(tǒng)連鎖代謝反應中一種酶被化學修連鎖代謝反應中一種酶被化學修飾激活后，連續(xù)地發(fā)生其他酶依次飾激活后，連續(xù)地發(fā)生其他酶依次被化學修飾激活，導致原信號的放被化學修飾激活，導致原信號的放大。這樣的連鎖反應系統(tǒng)，稱為級大。這樣的連鎖反應系統(tǒng)，稱為級聯(lián)放大系統(tǒng)。聯(lián)放大系統(tǒng)。激素激素激素受體激素受體ATPcAMP +PPi酶酶A(無活性）無活性）酶酶A(有活性）有活性）酶酶B(無活性）無活性）酶酶B(有活性）有活性）酶酶C(無活性）無活性）酶酶C(有活性）有活性）酶酶D(無活性）無活性）酶酶D(有活性）有活性）代謝反應代謝反應激素激活了一個連鎖信號放大，酶激素激活了一個連鎖