物質代謝的聯系及其調節 一 物質代謝的相互聯系 二 代謝調節 思考 三 基因表達調控 物質代謝的相互聯系 一 糖代謝與脂類代謝的相互關系二 糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系三 脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯系四 核酸與糖 脂類 蛋白質代謝的聯系 糖代謝與脂類代謝的相互聯系 糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系 糖 酮酸氨基酸蛋白質 NH3 蛋白質氨基酸 酮酸糖 生糖氨基酸 脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯系 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 蛋白質 氨基酸 酮酸或乙酰CoA 脂肪酸 脂肪 生酮氨基酸 核酸與糖 脂類 蛋白質代謝的聯系 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能 如CoA NAD NADP cAMP cGMP 核酸是細胞內重要的遺傳物質 控制著蛋白質的合成 影響細胞的成分和代謝類型 核酸生物合成需要糖和蛋白質的代謝中間產物參加 而且需要酶和多種蛋白質因子 各類物質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參與蛋白質合成與糖異生作用 脂肪代謝和糖代謝的關系 延胡索酸 琥珀酸 蘋果酸 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 線粒體 PEP 糖的分解代謝和糖異生的關系 糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯系 一 代謝調節的概念 二 細胞區域化調節 四 激素調節 代謝調節 三 酶水平的調節 代謝調節 生命是靠代謝的正常運轉維持的 生命有限的空間內同時有那麼多復雜的代謝途徑在運轉 必須有靈巧而嚴密的調節機制 才能使代謝適應外界環境的變化與生物自身生長發育的需要 調節失靈便會導致代謝障礙 出現病態甚至危及生命 在漫長的生物進化歷程中 機體的結構 代謝和生理功能越來越復雜 代謝調節機制也隨之更為復雜 1 酶原激活 2 酶的別構效應 酶活性的前饋和反饋調節 3 酶的共價修飾與級聯放大機制 酶水平的調節 4 輔因子對已有酶活性的調節 酶定位的區域化 線粒體 丙酮酸氧化 三羧酸循環 氧化 呼吸鏈電子傳遞 氧化磷酸化 細胞質 酵解 磷戊糖途徑 糖原合成 脂肪酸合成 細胞核 核酸合成 內質網 蛋白質合成 磷脂合成 2 反饋抑制 4 前饋和反饋調節中酶活性調節的機制 酶活性的前饋和反饋調節 1 限速步驟和標兵酶 3 前饋和反饋激活 前饋 feedforward 和反饋 feedback 是來自電子工程學的術語 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物對代謝過程的調節作用 這種調節作用是通過酶的變構效應來實現的 酶分子中的某些基團 在其它酶的催化下 可以共價結合或脫去 引起酶分子構象的改變 使其活性得到調節 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 還原 2SH 例 糖原磷酸化酶的共價修飾 共價修飾 酶級聯系統調控示意圖 意義 由于酶的共價修飾反應是酶促反應 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 而使大量的另一種酶發生化學修飾 從而獲得放大效應 這種調節方式快速 效率極高 腎上腺素或胰高血糖素 1 腺苷酸環化酶 無活性 腺苷酸環化酶 活性 2 ATP cAMP R cAMP 3 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 1 4 5 6 由代謝終產物作為變構劑來抑制在此產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 這是一種負反饋機制 多數情況下控制合成代謝 類型 順序反饋抑制協同反饋抑制累積反饋抑制同工酶反饋抑制 反饋抑制 順序反饋抑制示意圖 A B G F J D C H E1 E3 E2 芳香族氨基酸合成的順序反饋調節 協同調節示意圖 A B G F J D C H E1 E3 E2 賴氨酸和蘇氨酸的協同反饋調節 同工酶反饋抑制示意圖 A B G F J D C H E1 E2 E3 E4 幾種氨基酸的同工酶反饋調節 累積反饋抑制示意圖 反饋激活和前饋激活示意圖 A B C D F A B G C D E E 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 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 谷氨酰氨合成酶的累積反饋抑制 反饋調節中酶活性調節的機制 輔因子對已有酶活性的調節 能荷對代謝的調節 NADH NAD 對代謝的調節 金屬離子濃度對代謝的調節 一 原核和真核基因組 二 原核生物酶合成調節的遺傳機制 操縱子學說 三 真核生物基因表達的調控 基因表達的調控 b 酶合成的誘導和阻遏機理 原核生物酶合成調節的遺傳機制操縱子學說 實例 誘導型操縱子 乳糖操縱子阻遏型操縱子 色氨酸操縱子 自學 調節基因 阻遏蛋白 誘導物 阻遏蛋白 不能阻擋操縱基因 基因表達 無活性 有活性 酶合成的誘導機理 調節基因 阻遏蛋白 阻遏物 阻遏蛋白 阻擋操縱基因 基因不表達 無活性 有活性 實例 大腸桿菌乳糖操縱子 如圖 酶合成的阻遏機理 酶的誘導和阻遏操縱子模型 B 有活性阻遏蛋白加誘導劑 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 乳糖操縱子的負調控 調節基因 操縱基因 乳糖結構基因 P LacZ LacY Laca mRNA 阻遏蛋白 有活性 啟動子 O R A 乳糖操縱子的結構 B 乳糖酶的誘導 阻遏蛋白 有活性 乳糖操縱子的正調控 R LacZ LacY Laca mRNA CAP基因 結構基因 T CAP O CAP結合部位 RNA聚合酶 T cAMP CAP P CAP 降解物基因活化蛋白 catabolicgeneactivationprotein 使CAP呈失活狀態 真核生物基因表達調控 DNA 轉錄初產物RNA mRNA 蛋白質前體 mRNA降解物 活性蛋白質 DNA水平調節 轉錄水平調節 轉錄后加工的調節 翻譯調節 mRNA降解調節 翻譯后加工的調節 核 細胞質 真核基因表達調控的五個水平DNA水平調節轉錄水平調節轉錄后加工的調節翻譯水平調節翻譯后