食品生物化學(xué)-8代謝調(diào)控

1、第8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,生物大分子,中間產(chǎn)物,6-磷酸葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA,中間產(chǎn)物,NADPH,ATP,生物構(gòu)件小分子,生物構(gòu)件小分子,合成代謝,降解代謝,物質(zhì)的新陳代謝,葡萄糖異生,葡萄糖,脂肪酸合成,檸檬酸-丙酮酸循環(huán),PEP,丙酮酸,乙醇,酒精發(fā)酵,乳酸,乳酸發(fā)酵,TCA,乙酰CoA,轉(zhuǎn)氨基作用,芳香族氨基酸,丙氨酸,Leu、Ser,丙酮酸在物質(zhì)代謝中的作用,第一節(jié) 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,一、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系,二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,三、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,四、核

2、酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系,糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,葡萄糖,5-磷酸核糖,6-磷酸葡萄糖,組氨酸,4-磷酸赤蘚糖,乙酰CoA,3-磷酸甘油酸,PEP,絲氨酸,Gly Cys,丙酮酸,Leu Ala Val,Tyr Phe Trp,檸檬酸,草酰乙酸,天冬氨酸,a-酮戊二酸,谷氨酸,Gln Pro Arg,Met Ile Thr Lys Asn,PPP,TCA,氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑,草酰乙酸,磷酸烯醇式酸,酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰氨,丙酮酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 賴氨酸 色氨酸,丙氨酸 蘇氨酸

3、 甘氨酸 絲氨酸 半胱氨酸,谷氨酰胺 精氨酸 組氨酸 脯氨酸,異亮氨酸 亮氨酸 纈氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸,異亮氨酸 甲硫氨酸 蘇氨酸 纈氨酸,葡萄糖,檸檬酸,谷氨酸,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,乙醛酸循環(huán),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

4、要酶和多種蛋白質(zhì)因子,各類物質(zhì)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(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,糖類脂類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),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)

5、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) 已有酶活性的調(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,3）前饋激活代謝底物的調(diào)節(jié)作用,酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié),1）關(guān)鍵酶與限速步

6、驟,2）反饋抑制終產(chǎn)物的調(diào)節(jié)作用,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,1）關(guān)鍵酶與限速步驟 代謝調(diào)控主要通過(guò)途徑中少數(shù)起關(guān)鍵作用的酶進(jìn)行控制，這種可被控制并對(duì)代謝途徑產(chǎn)生重要影響的酶稱為關(guān)鍵酶。因?yàn)殛P(guān)鍵酶所催化的反應(yīng)通常是最慢的，成為整個(gè)過(guò)程的限速步驟，關(guān)鍵酶又稱限速酶。 關(guān)鍵酶的特點(diǎn)： 催化的反應(yīng)速度最慢，因此覺(jué)得那個(gè)整個(gè)代謝途徑的總速度 一般催化單向反應(yīng)，

7、或非平衡反應(yīng)，它的活性決定代謝途徑的方向 為寡聚酶，其活性受多種代謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié) 一個(gè)代謝途徑的第一個(gè)酶以及分支代謝中分支后的第一個(gè)酶，通常就是關(guān)鍵酶,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(feedback inhibiton)。這是一種負(fù)反饋機(jī)制，多數(shù)情況下控制合成代謝,類型：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,Y,F,J,D,C,X,E1,E5,E4,E2,E3,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,X,D,C,Y,E1,E5,E4,E2,E3,

8、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,E5,E4,E2,E3,幾種氨基酸的同工酶反饋調(diào)節(jié),累積反饋抑制示意圖,谷氨酰氨合成酶的累積反饋抑制,前饋激活,在一系列反應(yīng)序列中，前面反應(yīng)產(chǎn)生的中間代謝物對(duì)后面反應(yīng)的酶起激活作用，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，這叫前饋激活(feel forward activation)。 前饋激活作用能使代謝速度加快，所以是一種正調(diào)控,6-磷酸葡萄糖的前饋激活作用,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（Covalent moldificati

9、on ）。目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙?；佘挣；?去腺苷?；蜍挣；?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

10、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,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、原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制 操縱子學(xué)說(shuō),二、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 酶量的調(diào)節(jié),1.操縱子原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要形式 在細(xì)菌基因組中，編碼一組在功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因，與共同的控制位點(diǎn)組成一個(gè)基因表達(dá)的協(xié)同單位，稱為操縱子(operon,R,P O S1 S 2 Sn,調(diào)節(jié)基因,啟動(dòng)子 操縱基因 結(jié)構(gòu)基因.結(jié)構(gòu)基因,轉(zhuǎn)錄 翻譯,阻遏蛋

11、白 激活蛋白,操縱子及其調(diào)節(jié)基因示意圖,調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄,原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制操縱子學(xué)說(shuō),2、酶合成的誘導(dǎo)和阻遏 調(diào)節(jié)蛋白是否具有活性有時(shí)取決于一個(gè)小分子物質(zhì)結(jié)合，能夠結(jié)合于蛋白質(zhì)并改變其性質(zhì)的小分子物質(zhì)稱作效應(yīng)物(effectors)。 根據(jù)操縱子對(duì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的小分子所作出反應(yīng)的特點(diǎn)，分為可誘導(dǎo)(inducible)和可阻遏(repressible)兩類,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,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

12、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（catabolic gene activation protein,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、甾醇類激素作用模式,甾醇類激素作用原理示意圖,肽類激素通過(guò)cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖,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,問(wèn)答題