生物化學(xué)：12 第十二章 代謝調(diào)控

1、學(xué)什么?,一 什么是生物化學(xué)(biochemistry) ?,生物化學(xué)（Biochemistry）:研究生命現(xiàn)象化學(xué)本質(zhì)的科學(xué)。,二、生物化學(xué)的研究內(nèi)容,1、研究生物有機(jī)體的化學(xué)組成。 2、研究生命現(xiàn)象的物質(zhì)代謝、能量代謝及代謝調(diào)節(jié) 3、自我復(fù)制：遺傳信息代謝過程,第十一章 代謝調(diào)節(jié),第一節(jié) 代謝途徑的相互聯(lián)系,第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié),第一節(jié) 代謝途徑的相互聯(lián)系 一、代謝網(wǎng)絡(luò),（二）糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,(一）生物體內(nèi)糖和脂肪的相互轉(zhuǎn)變,（三）脂肪代謝與蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,（四）核酸與其它物質(zhì)代謝的聯(lián)系,光合作用 呼吸作用 CO2 葡萄糖 乙醇酸 EMP PPP 磷酸核糖 His 乙醛酸 3-磷酸

2、甘油酸 磷酸赤蘚糖 Gly 莽草酸 Ser Ala PEP Trp Phe Tyr Cys Val 丙酮酸 Leu 草酰乙酸TCA Asn -酮戊二酸 Gln Asp Glu Lys Thr Met Arg Pro Ile,蛋白質(zhì),生酮AA,動(dòng)物組織不易利用脂肪酸合成AA,核酸的合成受到其它物質(zhì)的控制。如核酸的合成需酶和多種蛋白因子參加。Gly、Asp、Gln和磷酸戊糖合成核苷酸。,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,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”； 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

3、糖異生作用。,核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，F(xiàn)AD）； cAMP，cGMP是生物體內(nèi)重要的信號(hào)分子,糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系,中心代謝途徑（無定向代謝途徑）：指EMP途徑-TCA循環(huán)。因?yàn)樵撏緩街械囊恍┐x中間物與糖、脂肪、蛋白質(zhì)和核酸等物質(zhì)代謝密切相關(guān)，是溝通各代謝之間聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。各種生物物質(zhì)代謝的樞紐物質(zhì)是乙酰COA。,二、能量代謝,ATP(NADPH, NADH) ATP NTP ATP GTP ATP CTP ATP NTP ATP dNTP 多糖 蛋白質(zhì) 脂肪 RNA DNA,回首頁,第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié),代謝調(diào)節(jié)分為四個(gè)水平：,細(xì)胞的

4、區(qū)域化調(diào)節(jié),一、E定位的區(qū)域化,DNA復(fù)制、RNA合成 EMP、PPP、糖原合成、糖異生、脂肪酸合成、蛋白質(zhì)合成 TCA、脂肪酸氧化、ETS、氧化磷酸化、轉(zhuǎn)氨基作用,Pr合成、磷脂合成 水解酶類 乙醛酸循環(huán),在真核細(xì)胞內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著各種不同的代謝反應(yīng)，相互間不發(fā)生干擾，不出現(xiàn)紊亂的原因：,E定位的區(qū)域化 膜結(jié)構(gòu)對代謝的調(diào)控（物質(zhì)運(yùn)輸、 能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞）,二、酶活性的調(diào)節(jié)微調(diào),E活性的調(diào)節(jié)包括：酶原激活、E的變（別）構(gòu)效應(yīng)、E分子的共價(jià)修飾和輔因子對E活性的調(diào)節(jié)。,意義：避免了不需要時(shí)活性E對組織與器官的損傷；需要時(shí)E可迅速轉(zhuǎn)化為活性形式，保證了代謝的及時(shí)需要。,（一）酶原激活,E原激活,E原

5、 活化 活性E 名 稱 合成部位 因素 部位 途徑 胃PrE原 胃粘膜 胃PrE 胃腔 從N-末端切 胃PrE 除42個(gè)AA 胰PrE原 胰 腸激E、 小腸腔 從N-末端切 胰PrE 胰PrE 除六肽 胰凝乳 胰 胰PrE 小腸腔 內(nèi)切兩個(gè) 胰凝乳 PrE原 二肽 PrE 羧肽E原 胰 胰PrE 小腸腔 羧肽E,（二）酶的變構(gòu)效應(yīng) E活性的前饋與反饋調(diào)節(jié),重點(diǎn)介紹反饋抑制和前饋激活。,1、限速步驟和標(biāo)兵酶（限速酶）,限速步驟， E2是標(biāo)兵E（限速酶） ，標(biāo)兵E常常是一種變構(gòu)調(diào)節(jié)E。 如：EMP中的磷酸果糖激E。,2、反饋抑制,反饋抑制：在系列反應(yīng)中，終產(chǎn)物抑制反應(yīng)序列前頭的標(biāo)兵E的作用。,As

6、p Asp氨甲酰 + 基轉(zhuǎn)移E 氨甲?；於彼?氨甲酰磷酸 UMP CTP UTP UDP,CTP對ATCase的抑制,二價(jià)反饋抑制：,（1）順序反饋抑制,X或Y積累時(shí)，只分別抑制d或d。當(dāng)d和d同時(shí)受抑制時(shí)，D積累，進(jìn)而對a起反饋抑制。,（2）協(xié)同反饋抑制,X和Y除分別對d和d反饋抑制外，還協(xié)同抑制a。但X或Y單獨(dú)不抑制a。,（3）積累反饋抑制,X或Y單獨(dú)積累時(shí)，對a只起部分抑制，當(dāng)兩者都積累時(shí)對a 起累積的反饋抑制。,（4）同工酶反饋抑制,同工酶： ？,3、前饋激活,前饋激活：代謝途徑中，后面的酶促反應(yīng)被前面的中間產(chǎn)物所促進(jìn)的作用。,（三）E的共價(jià)修飾與級(jí)聯(lián)放大,共價(jià)修飾：E分子中的某些

7、基團(tuán)，在其它E的催化下，可以共價(jià)結(jié)合或脫去，引起E分子構(gòu)象的變化，改變E的活性。 共價(jià)修飾調(diào)節(jié)E的特點(diǎn)： A、存在活性和無活性兩種形式 B、E的這兩種形式通過E促的共價(jià)修飾相互轉(zhuǎn)變 C、伴有級(jí)聯(lián)放大,共價(jià)修飾形式：,磷酸化/去磷酸化：真核生物E的主要修飾形式 乙酰化/去乙?；?腺苷?；?去腺苷?；?尿苷?；?去尿苷酰化 甲基化/去甲基化 氧化（S-S）/還原（2SH）,（四）輔因子對代謝的調(diào)節(jié),1、能荷對代謝的調(diào)節(jié) 2、NADH/NAD+比對代謝的調(diào)節(jié) 3、金屬離子濃度的調(diào)節(jié) 如Mg2+是許多激酶的激活劑,三、酶含量的調(diào)節(jié)粗調(diào),生物在生長發(fā)育過程中，主要通過酶合成的控制即基因表達(dá)調(diào)控（主要在轉(zhuǎn)

8、錄水平）進(jìn)行調(diào)節(jié)（基因表達(dá)：遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程）。,（一）原核和真核生物基因組,基因：指DNA分子中的最小功能單位。包括為RNA（tRNA、rRNA）、Protein編碼的結(jié)構(gòu)基因及無轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的調(diào)節(jié)基因。 基因組：指某一特定生物單倍體所含的全體基因。,A、DNA分子上大部分是編碼Pr的結(jié)構(gòu)基因，且多數(shù)為單拷貝或僅有少量重復(fù)。 B、功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起，轉(zhuǎn)錄在一條mRNA分子中（多順反子）。 C、有基因重疊現(xiàn)象,1、原核生物基因組的特點(diǎn),2、真核生物基因組的特點(diǎn),A、基因組大，如人單倍體基因組為30億bp，有多個(gè)復(fù)制子 B、有大量重復(fù)序列 C、短裂基因，即基因中有外顯子區(qū)和內(nèi)含子區(qū) D

9、、DNA上有許多不編碼序列，它們在基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用,（二）原核生物的基因表達(dá)調(diào)控,酶合成的調(diào)節(jié)方式有兩種： 酶合成的誘導(dǎo)：加入誘導(dǎo)劑，E誘導(dǎo)合成；誘導(dǎo)劑一般是E的底物或底物類似物。（酶為誘導(dǎo)酶） 酶合成的阻遏：加入輔阻遏物，E合成被阻遏；輔阻遏物一般是E的產(chǎn)物或產(chǎn)物類似物。（酶為阻遏酶）,1、操縱子（operon）學(xué)說,1961年，Monod和Jacob提出了操縱子模型，成功地解釋了E的誘導(dǎo)與阻遏。（1965年諾貝爾獎(jiǎng)） 操縱子：DNA上控制蛋白質(zhì)合成的一個(gè)功能單位，它包括啟動(dòng)子、操縱基因、結(jié)構(gòu)基因。,結(jié)構(gòu)基因（S）：合成一種或幾種功 能上相關(guān)的E或RNA 操縱基因（O）：阻遏Pr 控

10、制部位 的結(jié)合部位 啟動(dòng)子（P）：RNA聚合 E的結(jié)合部位,調(diào)節(jié)基因（R）的產(chǎn)物(阻遏Protein)控制操縱子中操縱基因的開與關(guān)。,操縱子,R P O S1 S2 Sn,操縱子及其調(diào)節(jié)基因示意圖,mRNA,2、E合成的誘導(dǎo)乳糖操縱子,負(fù)調(diào)控：無調(diào)節(jié)Pr，基因on；有調(diào)節(jié)Pr，基因off。調(diào)節(jié)Pr稱阻遏Pr。 正調(diào)控：無調(diào)節(jié)Pr，基因off ；有調(diào)節(jié)Pr，基因on 。調(diào)節(jié)Pr稱無輔基誘導(dǎo)Pr。,A、乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控,乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控,2、E合成的阻遏Trp操縱子,3、組成性合成,若調(diào)節(jié)基因突變，不能產(chǎn)生正常的阻遏Pr;或操縱基因突變，阻遏Pr不能與突變的操縱基因結(jié)合，則無論誘導(dǎo)與阻遏存在與

11、否細(xì)胞都能合成相應(yīng)的E。這種現(xiàn)象成為組成型合成（constitutive synthesis）。,R P O S1 S2 Sn,操縱子及其調(diào)節(jié)基因示意圖,mRNA,1、真核基因表達(dá)調(diào)控的五個(gè)水平 A、DNA水平（表觀遺傳學(xué)） B、轉(zhuǎn)錄水平 C、轉(zhuǎn)錄后水平 D、翻譯水平 E、翻譯后水平,三、真核生物的基因表達(dá)調(diào)控,DNA,1 轉(zhuǎn)錄前調(diào)節(jié),2 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物 RNA,3 轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié),mRNA,蛋白質(zhì)前體,活性蛋白質(zhì)包括酶,4 轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié),7 mRNA降解的調(diào)節(jié),5 翻譯調(diào)節(jié),6 翻譯后加工的調(diào)節(jié), mRNA降解物 ,細(xì)胞核膜,2、真核生物的基因調(diào)控主要是正調(diào)控,3、順式作用元件和反式作用

12、因子 順式作用元件：存在于基因DNA區(qū)段中的特異性調(diào)控順序。如啟動(dòng)子（TATA box，GC island),增強(qiáng)子，衰減子等。 順式作用元件都是DNA。,反式作物元件：可溶性的控制轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)蛋白。如轉(zhuǎn)錄因子，阻遏蛋白等。所有的反式作用因子都是DNA結(jié)合蛋白。 A、鋅指（Zinc finger) B、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（HTH: helix-turn-helix） C、螺旋-環(huán)-螺旋（HLH: helix-loop-helix） D、亮氨酸拉鏈（leucine zipper),激素：由動(dòng)、植物的特殊細(xì)胞合成，并經(jīng)體液輸送到作用部位，調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝或生理功能的多種微量化合物。 哺乳動(dòng)物的激素：AA及其衍生物、肽及Pr、固醇類、脂肪酸衍生物 植物激素：生長素類、赤霉素類、激動(dòng)素類、脫落酸、乙烯,四、激素水平調(diào)節(jié)與神經(jīng)水平調(diào)節(jié),激素的作用機(jī)理：,第二信使：能接受第一信使傳