生化代謝途徑的相互聯(lián)系和代謝調(diào)控-課件

第十一章物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié)第一節(jié)物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)思考第三節(jié)基因表達(dá)調(diào)控返回1醫(yī)學(xué)資源第一節(jié)物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系

一、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系三、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系四、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系2醫(yī)學(xué)資源糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系

糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解從頭合成脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循環(huán)-氧化糖異生TCA3醫(yī)學(xué)資源糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白質(zhì)

NH3蛋白質(zhì)氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）4醫(yī)學(xué)資源脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系

脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）5醫(yī)學(xué)資源核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系

核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。

核酸是細(xì)胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細(xì)胞的成分和代謝類型核酸生物合成需要糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要酶和多種蛋白質(zhì)因子。各類物質(zhì)代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。6醫(yī)學(xué)資源脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系延胡索酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物7醫(yī)學(xué)資源（胞液）（線粒體）（PEP）丙氨酸天冬氨酸谷氨酸（轉(zhuǎn)氨基作用）糖的分解代謝和糖異生的關(guān)系8醫(yī)學(xué)資源糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質(zhì)淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖9醫(yī)學(xué)資源一、代謝調(diào)節(jié)的概念二、細(xì)胞區(qū)域化調(diào)節(jié)四、激素調(diào)節(jié)第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)三、酶水平的調(diào)節(jié)10醫(yī)學(xué)資源代謝調(diào)節(jié)生命是靠代謝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同時有那麼多復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)轉(zhuǎn)，必須有靈巧而嚴(yán)密的調(diào)節(jié)機(jī)制，才能使代謝適應(yīng)外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會導(dǎo)致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。代謝調(diào)節(jié)的四級水平：酶水平調(diào)節(jié)細(xì)胞水平調(diào)節(jié)激素水平調(diào)節(jié)神經(jīng)水平調(diào)節(jié)多細(xì)胞整體水平調(diào)節(jié)11醫(yī)學(xué)資源1、酶原激活2、酶的別構(gòu)效應(yīng)

酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)3、酶的共價修飾與級聯(lián)放大機(jī)制酶水平的調(diào)節(jié)4、輔因子對已有酶活性的調(diào)節(jié)12醫(yī)學(xué)資源酶定位的區(qū)域化線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化細(xì)胞質(zhì):酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細(xì)胞核:核酸合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成;磷脂合成13醫(yī)學(xué)資源（2）前饋和反饋激活（4）前饋和反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)（1）限速步驟和標(biāo)兵酶（3）反饋抑制

前饋（feedforward

）和反饋（feedback）是來自電子工程學(xué)的術(shù)語，前者的意思是“輸入對輸出的影響”，后者的意思是“輸出對輸入的影響”，這里分別借用來說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)作用是通過酶的變構(gòu)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。14醫(yī)學(xué)資源反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制代謝物別構(gòu)中心活性中心15醫(yī)學(xué)資源

酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催化下，可以共價結(jié)合或脫去，引起酶分子構(gòu)象的改變，使其活性得到調(diào)節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾（Covalentmoldification

）。目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙?；?，腺苷?；?去腺苷酰化，尿苷?；?去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。激酶ATPADP磷酸化酶（無活性）磷酸化酶P（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價修飾共價修飾

16醫(yī)學(xué)資源酶級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖意義：由于酶的共價修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應(yīng)，而使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（無活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（無活性）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腎上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATP

ADPATP

ADP45617醫(yī)學(xué)資源

由代謝終產(chǎn)物作為變構(gòu)劑來抑制在此產(chǎn)物合成過程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱為反饋抑制。這是一種負(fù)反饋機(jī)制，多數(shù)情況下控制合成代謝。類型：順序反饋抑制

協(xié)同反饋抑制

累積反饋抑制

同工酶反饋抑制反饋抑制18醫(yī)學(xué)資源順序反饋抑制示意圖ABGFJDCH---E1E3E219醫(yī)學(xué)資源芳香族氨基酸合成的順序反饋調(diào)節(jié)20醫(yī)學(xué)資源協(xié)同調(diào)節(jié)示意圖ABGFJDCH-E1E3E2---21醫(yī)學(xué)資源賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)22醫(yī)學(xué)資源同工酶反饋抑制示意圖ABGFJDCH----E1E2E3E423醫(yī)學(xué)資源幾種氨基酸的同工酶反饋調(diào)節(jié)24醫(yī)學(xué)資源累積反饋抑制示意圖25醫(yī)學(xué)資源反饋激活和前饋激活示意圖ABCDFAB?

?

?

?

?GCDEE+++例1:糖代謝途徑中丙酮酸積累激活丙酮酸羧化酶，例2：乙酰CoA的積累激活PEP羧化酶26醫(yī)學(xué)資源酶

的

反

饋

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擰檬酸-酮戊二酸1，6-二磷酸果糖27醫(yī)學(xué)資源谷氨酰氨合成酶的累積反饋抑制28醫(yī)學(xué)資源輔因子對已有酶活性的調(diào)節(jié)

能荷對代謝的調(diào)節(jié)[NADH]/[NAD+]對代謝的調(diào)節(jié)金屬離子濃度對代謝的調(diào)節(jié)29醫(yī)學(xué)資源一、原核和真核基因組二、原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制

——操縱子學(xué)說三、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第三節(jié)基因表達(dá)的調(diào)控30醫(yī)學(xué)資源a、操縱子——基因表達(dá)的協(xié)同單位操縱子結(jié)構(gòu)基因（編碼蛋白質(zhì)，S）控制部位操縱基因（operator,O）啟動子（premotor,P）b、酶合成的誘導(dǎo)和阻遏原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制

操縱子學(xué)說

實(shí)例：誘導(dǎo)型操縱子乳糖操縱子阻遏型操縱子色氨酸操縱子（自學(xué)）31醫(yī)學(xué)資源酶的誘導(dǎo)和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑A.有活性阻遏蛋白C.無活性阻遏蛋白D.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動基因調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)阻遏蛋白(無活性)酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)代謝產(chǎn)物32醫(yī)學(xué)資源乳

糖

操

縱

子

的

負(fù)

調(diào)

控調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacamRNA阻遏蛋白（有活性）基因關(guān)閉啟動子ORPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動子ORmRNAZmRNAYmRNAa阻遏蛋白（無活性）基因表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

B、乳糖酶的誘導(dǎo)

乳糖阻遏蛋白（有活性）33醫(yī)學(xué)資源乳糖操縱子的正調(diào)控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCAPOCAP結(jié)合部位

RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)34醫(yī)學(xué)資源真核生物基因表達(dá)調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體mRNA降解物活性蛋白質(zhì)DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核細(xì)胞質(zhì)真核基因表達(dá)調(diào)控的五個水平

DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)真核基因調(diào)控主要是正調(diào)控順式作用元件和反式作用因子轉(zhuǎn)錄因子的相互作用控制轉(zhuǎn)錄35醫(yī)學(xué)資源激素調(diào)節(jié)的機(jī)制1、含氮激素作用模式2、甾醇類激素作用模式36醫(yī)學(xué)資源甾醇類激素作用原理示意圖37醫(yī)學(xué)資源肽類激素通過cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖

ATP

cAMP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用改變細(xì)胞的生理過程細(xì)胞膜細(xì)胞膜cR蛋白激酶（無活性）c+RcATP蛋白激酶（有活性）受體環(huán)化酶激素G蛋白38醫(yī)學(xué)資源問答題1、為什么說三羧酸循環(huán)是糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝的共同通路？2、舉例說明核苷酸類化合物在代謝中起的作用。3、試比較變構(gòu)調(diào)節(jié)與化學(xué)修飾調(diào)節(jié)作用的異同？4、試以大腸桿菌乳糖操縱子說明酶合成的誘導(dǎo)和阻遏。5、寫出天冬氨酸在體內(nèi)氧化生成CO2和H2O的主要?dú)v程，注明其中脫氫反應(yīng)的酶，并計(jì)算所產(chǎn)生的ATP數(shù)目。6、簡述能荷調(diào)節(jié)對代謝的影響及其生物系意義。

名詞解釋反饋抑制共價修飾第二信使操縱子39醫(yī)學(xué)資源糖酵解和葡萄糖異生的關(guān)系（胞液）（線粒體）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮3-P-甘油醛-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸TCA循環(huán)乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油AB