j物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié)

1、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)控返回第一節(jié) 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)系糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羥丙酮-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TCA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

2、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-磷酸甘油三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)

3、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糖類(lèi)脂類(lèi)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(lài)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(píng)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

4、酸葡萄糖一、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)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。代謝調(diào)節(jié)的四級(jí)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)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

5、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）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(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。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

6、心 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(chēng)為酶的共價(jià)修飾（Covalent moldification ）。目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙?；?，腺苷?；?去腺苷?；?，尿苷酰化/去尿苷?；?，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。激酶ATPADP磷酸化酶（無(wú)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(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

7、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、ATPcAMPR、cAMP3、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132102104106108葡萄糖ATP ADPATP ADP456 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(chēng)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

8、制反饋抑制順序反饋抑制示意圖ABGFJDCH-E1E3E2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ABGFJDCH-E1E3E2-賴(lài)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ABGFJDCH-E1E2E3E4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AB C D FAB 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

9、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)控第三節(jié) 基因表達(dá)的調(diào)控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(dòng)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(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)）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操縱基因啟動(dòng)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

10、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(wú)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(dòng)子ORPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白（無(wú)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）乳糖操縱子的正調(diào)控RLa

11、cZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa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（catabolic gene activation protein）降低cAMP濃度使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(gè)水平 DNA水平

12、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)錄激 素 調(diào) 節(jié) 的 機(jī) 制1、含氮激素作用模式2、甾醇類(lèi)激素作用模式甾醇類(lèi)激素作用原理示意圖肽類(lèi)激素通過(guò)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(guò)程細(xì)胞膜細(xì)胞膜cR蛋白激酶（無(wú)活性）c+RcATP蛋白激酶（有活性）受體環(huán)化酶激素G蛋白問(wèn)答題1、為什么說(shuō)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(shuō)明核苷酸類(lèi)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

13、以大腸桿菌乳糖操縱子說(shuō)明酶合成的誘導(dǎo)和阻遏。5、寫(xiě)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(jiǎn)述能荷調(diào)節(jié)對(duì)代謝的影響及其生物系意義。 名詞解釋反饋抑制共價(jià)修飾第二信使操縱子 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 蛋白質(zhì) 天冬氨酸 谷氨酸TCA檸檬酸草酰乙酸延胡索酸 -酮戊二酸四大物質(zhì)代謝聯(lián)系簡(jiǎn)圖 在細(xì)胞復(fù)雜的代謝體系中，除需要各種底物和酶外，還需要各種輔助因子的參與。細(xì)胞內(nèi)參與代謝的輔助因子主要有能荷、NADHNAD、金屬離子等。這些輔助因子對(duì)代謝的調(diào)節(jié)稱(chēng)為輔因子調(diào)節(jié)。一、能荷調(diào)節(jié)

14、：（細(xì)胞能荷一般在0.8-0.9之間）1、能荷對(duì)單糖分解代謝的調(diào)節(jié)：磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、檸檬酸合酶的活性都受到高濃度ATP的抑制，而高濃度AMP、ADP的促進(jìn)。(能荷高于0.9起抑制作用）2、能荷對(duì)其它合成代謝的調(diào)節(jié)：蛋白質(zhì)和核酸的生物合成耗ATP較多。高濃度的ATP有利于蛋白質(zhì)和核酸的合成過(guò)程。相反，AMP含量較高，則對(duì)蛋白質(zhì)和核酸的合成有阻礙作用。（與糖分解代謝相反）二、NADH/NAD+對(duì)代謝的調(diào)節(jié)作用： EMP和TCA中的磷酸果糖激酶、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體、異檸檬酸脫氫酶在NADH濃度高時(shí)活性受抑制；相反，NAD的濃度高促進(jìn)這些酶的活性。練

15、習(xí)題：一、填空題：1、糖代謝和脂代謝的聯(lián)系是存在共同的中間產(chǎn)物（ ）和（ ）。2、催化限速步驟反應(yīng)的酶叫做（ ）酶。3、細(xì)胞內(nèi)酶含量的多少可通過(guò)酶的（ ）和（ ）來(lái)調(diào)節(jié)4、調(diào)節(jié)基因的功能是編碼合成（ ）蛋白。5、代謝終產(chǎn)物對(duì)反應(yīng)序列前面的酶活性起抑制作用，稱(chēng)為（ ）。6、細(xì)胞能荷一般在（ ）之間二、判斷題：1、高濃度的ATP有利于蛋白質(zhì)和核酸的合成過(guò)程。2、糖代謝和蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系是依靠幾種酮酸聯(lián)系。3、當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，可與阻遏物結(jié)合，使阻遏物恢復(fù)活性。4、操縱基因又稱(chēng)操縱子。5、變構(gòu)酶的分子構(gòu)象可以受到效應(yīng)物的作用而改變。6、酶量的調(diào)節(jié)稱(chēng)為“快調(diào)”或“微調(diào)”。7、酶原是剛合成沒(méi)有活性的酶分子。8、共價(jià)修飾酶需要斷裂一些肽段才具有活性。9、EMP的酶系存在于線粒體中。10、細(xì)胞核中存在許多蛋白質(zhì)合成的酶系。三、選擇題：1、在操縱子模型中，操縱基因?qū)ｉT(mén)控制（ ）是否轉(zhuǎn)錄與翻譯。 A、結(jié)構(gòu)基因 B、調(diào)節(jié)基因 C、啟動(dòng)子 D、阻遏蛋白2、