j13物质代谢的联系及其调节.ppt

第十一章物质代谢的联系及其调节 第一节物质代谢的相互联系 第二节代谢调节 思考 第三节基因表达调控 返回 第一节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 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 第二节代谢调节 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 前馈和反馈激活 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 反馈抑制 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 反馈调节中酶活性调节的机制 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 Covalentmoldification 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 A B C D F A B 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 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 第三节基因表达的调控 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 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 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 catabolicgeneactivationprotein 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 蔗糖淀粉葡萄糖戊糖核苷酸核酸丙糖甘油丙氨酸丙酮酸脂肪乙酰CoA脂肪酸蛋白质天冬氨酸谷氨酸 TCA 柠檬酸 草酰乙酸 延胡索酸 酮戊二酸 四大物质代谢联系简图 在细胞复杂的代谢体系中 除需要各种底物和酶外 还需要各种辅助因子的参与 细胞内参与代谢的辅助因子主要有能荷 NADH NAD 金属离子等 这些辅助因子对代谢的调节称为辅因子调节 一 能荷调节 细胞能荷一般在0 8 0 9之间 1 能荷对单糖分解代谢的调节 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶 丙酮酸脱氢酶复合体 柠檬酸合酶的活性都受到高浓度ATP的抑制 而高浓度AMP ADP的促进 能荷高于0 9起抑制作用 2 能荷对其它合成代谢的调节 蛋白质和核酸的生物合成耗ATP较多 高浓度的ATP有利于蛋白质和核酸的合成过程 相反 AMP含量较高 则对蛋白质和核酸的合成有阻碍作用 与糖分解代谢相反 二 NADH NAD 对代谢的调节作用 EMP和TCA中的磷酸果糖激酶 丙酮酸脱氢酶复合体 酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶在NADH浓度高时活性受抑制 相反 NAD 的浓度高促进这些酶的活性 练习题 一 填空题 1 糖代谢和脂代谢的联系是存在共同的中间产物 和 2 催化限速步骤反应的酶叫做 酶 3 细胞内酶含量的多少可通过酶的 和 来调节4 调节基因的功能是编码合成 蛋白 5 代谢终产物对反应序列前面的酶活性起抑制作用 称为 6 细胞能荷一般在 之间 二 判断题 1 高浓度的ATP有利于蛋白质和核酸的合成过程 2 糖代谢和蛋白质代谢的联系是依靠几种酮酸联系 3 当有诱导物存在时 可与阻遏物结合 使阻遏物恢复活性 4 操纵基因又称操纵子 5 变构酶的分子构象可以受到效应物的作用而改变 6 酶量的调节称为 快调 或 微调 7 酶原是刚合成沒有活性的酶分子 8 共价修饰酶需要断裂一些肽段才具有活性 9 EMP的酶系存在于线粒体中 10 细胞核中存在许多蛋白质合成的酶系 三 选择题 1 在操纵子模型中 操纵基因专门控制 是否转录与翻译 A 结构基因B 调节基因C 启动子D 阻遏蛋白2 阻遏蛋白结合的位点是 A 调节基因B 启动子C 操纵基因D 结构基因3 下面哪一项代谢是在细胞质内进行的 A 脂肪酸的 氧化B 氧化磷酸化C 脂肪酸的合成D TCA 表酶在细胞内的区域化分布亚细胞区域酶系或酶细胞质EMPPPP脂肪酸 型合成酶系线粒体TCA氧化磷酸化脂肪酸 氧化细胞核DNA聚合酶RNA聚合酶内质网蛋白质合成酶系溶酶体水解酶类 脂酶 蛋白酶 过氧化物体过氧化物酶多种氧化酶高尔基体加工寡聚糖的酶类叶绿体光合作用的全套酶系