代謝調(diào)控上傳

☆

代謝作用的基本目的是形成

ATP、NADPH以及合成自身生物大分子的前體。代謝調(diào)節(jié)的水平◆分子水平◆細(xì)胞水平◆多細(xì)胞整體水平◆細(xì)胞的區(qū)域化分隔◆代謝整體網(wǎng)絡(luò)化◆酶合成水平的調(diào)控◆酶活性水平的調(diào)控代謝調(diào)控一、代謝途徑的相互聯(lián)系——代謝整體網(wǎng)絡(luò)化1.細(xì)胞水平的分隔調(diào)控：區(qū)域化：相對(duì)獨(dú)立；相對(duì)集中；相互聯(lián)系——可過(guò)膜物質(zhì)對(duì)代謝的調(diào)控。動(dòng)物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝途徑酶定位的區(qū)域化細(xì)胞核:核酸合成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)對(duì)代謝的調(diào)節(jié)和控制作用

控制跨膜離子濃度梯度和電位梯度控制細(xì)胞和細(xì)胞器的物質(zhì)運(yùn)輸內(nèi)膜系統(tǒng)對(duì)代謝途徑的分隔作用膜與酶的可逆結(jié)合脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）

共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位NADPH生物氧化的三個(gè)階段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色氨酸半胱氨酸

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賴氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨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-磷酸葡萄糖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TCA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)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)

轉(zhuǎn)氨基作用蛋白質(zhì)氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）

轉(zhuǎn)氨基作用脂類代謝與蛋白質(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）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)重要的遺傳信息物質(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(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。糖酵解和糖異生途徑中相對(duì)獨(dú)立的單向反應(yīng)

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶合成與降解途徑的單向性生物系統(tǒng)中的能流通過(guò)NADPH循環(huán)將還原力由分解代謝轉(zhuǎn)移給生物合成反應(yīng)NADPH+H+NADP+分解代謝還原性有機(jī)物還原性生物合成反應(yīng)氧化物還原性生物合成產(chǎn)物氧化前體

◆代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡(luò)

◆分解代謝和合成代謝的單向性

◆ATP是通用的能量載體

◆NADPH

以還原力形式攜帶能量直接用于還原性物質(zhì)的合成

代謝的基本策略代謝的基本目的在于形成ATP、還原力和構(gòu)造單元以用于生物合成。由ATP、還原力和構(gòu)造單元可合成各類生物分子，并進(jìn)而裝配成生物不同層次的結(jié)構(gòu)。生物合成和生物形態(tài)建成是一個(gè)耗能和增加有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程，需要由物質(zhì)流、能量流和信息流來(lái)支持。2、由少數(shù)中間代謝物溝通各代謝途徑；并使各個(gè)途徑的相互轉(zhuǎn)化成為可能。蛋白質(zhì)核酸碳水化合物脂類生物大分子氨基酸核苷酸

葡萄糖

脂肪酸/甘油

構(gòu)件分子

6-磷酸-葡萄糖

丙酮酸

共同降解物

乙酰COA

電子傳遞鏈

氧化磷酸化

代謝終產(chǎn)物含氮終產(chǎn)物

ADPATP

TCA循環(huán)H+e-o2+H2OCO2尿素循環(huán)↑↑↑三個(gè)最關(guān)鍵的中間代謝產(chǎn)物：6-磷酸葡萄糖丙酮酸乙酰-CoA為什么……？3、由少數(shù)不可逆反應(yīng)決定代謝特點(diǎn)：方向、水平。（限速酶/關(guān)鍵酶）二、酶水平的調(diào)控是代謝調(diào)控的基礎(chǔ)：●

合成水平的調(diào)控；●活性水平的調(diào)控。

1、酶合成水平的調(diào)控

——轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。

原核生物基因表達(dá)的調(diào)控：操縱子模型——Jacob和Monod，1961年。（原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控）操縱子——原核基因表達(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）酶誘導(dǎo)和阻遏的操縱子模型合成途徑操縱子的衰減作用原核生物酶合成調(diào)節(jié)的分子機(jī)制

操縱子學(xué)說(shuō)

可誘導(dǎo)操縱子：

誘導(dǎo)酶:阻遏物，誘導(dǎo)物

典型：乳糖操縱子常見(jiàn)于：分解代謝途徑的調(diào)控

可阻遏操縱子：

阻遏酶:阻遏物,輔阻遏物典型：色氨酸操縱子常見(jiàn)于：合成代謝途徑的調(diào)控酶的誘導(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)物操縱子：操縱子是原核生物基因表達(dá)調(diào)控的基本單元，具體指其DNA序列上控制蛋白質(zhì)(酶)合成的功能單元。由啟動(dòng)子、操縱基因和功能彼此相關(guān)的若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因所組成，是基因表達(dá)的協(xié)同單元，使功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因在轉(zhuǎn)錄水平上作為一個(gè)單元被激活或抑制。從而在分子水平對(duì)環(huán)境變化做出迅速應(yīng)答。（1）乳糖操縱子lac結(jié)構(gòu)阻遏蛋白（repressor）和誘導(dǎo)物cAMP-CAP乳糖半乳糖葡萄糖結(jié)構(gòu)：乳糖操縱子模型:(Thelacoperon)是酶合成的誘導(dǎo)型操縱子，由一個(gè)啟動(dòng)子，一個(gè)操縱基因和Z、Y、A三個(gè)結(jié)構(gòu)基因所組成，Z、Y、A分別編碼與乳糖代謝相關(guān)的三種酶(分別為…)。大腸桿菌乳

糖

操

縱

子

模型調(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、乳糖的誘導(dǎo)

乳糖

阻遏蛋白（有活性）不以乳糖為有效能源時(shí)？而當(dāng)乳糖成為唯一有效能源時(shí)？cAMP-CAP復(fù)合物代謝物優(yōu)先利用原則乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)需誘導(dǎo)物和cAMP-CAP復(fù)合物的共同作用。CAP：環(huán)腺苷酸受體蛋白（降解物基因活化蛋白)乳糖操縱子的降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCGP(CAP)OCAP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cAMPCGP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）

CAP：環(huán)腺苷酸受體蛋白（cycilicAMPreceptorprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)

可誘導(dǎo)操縱子：

誘導(dǎo)酶:阻遏物，誘導(dǎo)物

典型：乳糖操縱子常見(jiàn)于：分解代謝途徑的調(diào)控可阻遏操縱子：

阻遏酶:阻遏物,輔阻遏物無(wú)活性的阻遏蛋白阻遏蛋白酶⑵可阻遏操縱子：

阻遏酶:阻遏物,輔阻遏物無(wú)活性的阻遏蛋白加輔阻遏劑阻遏蛋白輔阻遏劑不轉(zhuǎn)錄，繼而不翻譯。色氨酸操縱子：酶合成的阻遏型操縱子：阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控和衰減調(diào)控大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用的可能機(jī)制111232233444核糖體核糖體轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄終止C.高濃度色氨酸使核糖體到達(dá)2部位，3與4堿基配對(duì)，轉(zhuǎn)錄終止。A.游離mRNA中1與2以及3與4堿基配對(duì)。B.低濃度色氨酸使核糖體停留在1部位，轉(zhuǎn)錄得以完成。Trp密碼子

可誘導(dǎo)操縱子：

誘導(dǎo)酶:阻遏物，誘導(dǎo)物

典型：乳糖操縱子常見(jiàn)于：分解代謝途徑的調(diào)控

可阻遏操縱子：

阻遏酶:阻遏物,輔阻遏物典型：色氨酸操縱子常見(jiàn)于：合成代謝途徑的調(diào)控(3)操縱子的調(diào)控：

負(fù)調(diào)控：結(jié)構(gòu)基因關(guān)閉……

正調(diào)控：結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄……

1、酶合成水平的調(diào)控

——轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。

原核生物基因表達(dá)的調(diào)控：操縱子模型——Jacob和Monod，1961年。真核生物基因表達(dá)調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄