生物化學(xué)物質(zhì)代謝的聯(lián)系及調(diào)節(jié).ppt

物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié) 一 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系 二 代謝調(diào)節(jié) 思考 三 基因表達(dá)調(diào)控 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系 一 糖代謝與脂類(lèi)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(lèi)代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系四 核酸與糖 脂類(lèi) 蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系 糖代謝與脂類(lèi)代謝的相互聯(lián)系 糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系 糖 酮酸氨基酸蛋白質(zhì) NH3 蛋白質(zhì)氨基酸 酮酸糖 生糖氨基酸 脂類(lèi)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 核酸與糖 脂類(lèi) 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(lèi)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(lèi)物質(zhì)代謝都離不開(kāi)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 脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系 延胡索酸 琥珀酸 蘋(píng)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(guān)系 糖類(lèi)脂類(lèi)氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系 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) 代謝調(diào)節(jié) 三 酶水平的調(diào)節(jié) 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(shí)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(zhǎng)發(fā)育的需要 調(diào)節(jié)失靈便會(huì)導(dǎo)致代謝障礙 出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命 在漫長(zhǎng)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(lái)越復(fù)雜 代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之更為復(fù)雜 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(jià)修飾與級(jí)聯(lián)放大機(jī)制 酶水平的調(diào)節(jié) 4 輔因子對(duì)已有酶活性的調(diào)節(jié) 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 2 反饋抑制 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 前饋和反饋激活 前饋 feedforward 和反饋 feedback 是來(lái)自電子工程學(xué)的術(shù)語(yǔ) 前者的意思是 輸入對(duì)輸出的影響 后者的意思是 輸出對(duì)輸入的影響 這里分別借用來(lái)說(shuō)明底物和代謝產(chǎn)物對(duì)代謝過(guò)程的調(diào)節(jié)作用 這種調(diào)節(jié)作用是通過(guò)酶的變構(gòu)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 酶分子中的某些基團(tuán) 在其它酶的催化下 可以共價(jià)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(jià)修飾 Covalentmoldification 目前已知有六種修飾方式 磷酸化 去磷酸化 乙?；?去乙?；?腺苷酰化 去腺苷?；?尿苷酰化 去尿苷?；?甲基化 去甲基化 氧化 S S 還原 2SH 例 糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾 共價(jià)修飾 酶級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖 意義 由于酶的共價(jià)修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng) 只要有少量信號(hào)分子 如激素 存在 即可通過(guò)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(wú)活性 腺苷酸環(huán)化酶 活性 2 ATP cAMP R cAMP 3 蛋白激酶 無(wú)活性 蛋白激酶 活性 4 磷酸化酶激酶 無(wú)活性 磷酸化酶激酶 活性 5 磷酸化酶b 無(wú)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(chǎn)物作為變構(gòu)劑來(lái)抑制在此產(chǎn)物合成過(guò)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(lèi)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 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(diào)節(jié) 協(xié)同調(diào)節(jié)示意圖 A B G F J D C H E1 E3 E2 賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調(diào)節(jié) 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(diào)節(jié) 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(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制 輔因子對(duì)已有酶活性的調(diào)節(jié) 能荷對(duì)代謝的調(diào)節(jié) NADH NAD 對(duì)代謝的調(diào)節(jié) 金屬離子濃度對(duì)代謝的調(diào)節(jié) 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(shuō) 三 真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 基因表達(dá)的調(diào)控 b 酶合成的誘導(dǎo)和阻遏機(jī)理 原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制操縱子學(xué)說(shuō) 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) 調(diào)節(jié)基因 阻遏蛋白 誘導(dǎo)物 阻遏蛋白 不能阻擋操縱基因 基因表達(dá) 無(wú)活性 有活性 酶合成的誘導(dǎo)機(jī)理 調(diào)節(jié)基因 阻遏蛋白 阻遏物 阻遏蛋白 阻擋操縱基因 基因不表達(dá) 無(wú)活性 有活性 實(shí)例 大腸桿菌乳糖操縱子 如圖 酶合成的阻遏機(jī)理 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(wú)活性阻遏蛋白 D 無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑 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 P LacZ LacY Laca mRNA 阻遏蛋白 有活性 啟動(dòng)子 O R A 乳糖操縱子的結(jié)構(gòu) B 乳糖酶的誘導(dǎo) 阻遏蛋白 有活性 乳糖操縱子的正調(diào)控 R LacZ LacY Laca mRNA CAP基因 結(jié)構(gòu)基因 T CAP O CAP結(jié)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(tài) 真核生物基因表達(dá)調(diào)控 DNA 轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNA mRNA 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(gè)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