生物化學物質代謝的聯系及調節(jié)

物質代謝的聯系及其調節(jié)一、物質代謝的相互聯系二、代謝調節(jié)思考三、基因表達調控物質代謝的相互聯系

一、糖代謝與脂類代謝的相互關系二、糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系三、脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯系四、核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯系糖代謝與脂類代謝的相互聯系

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糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白質

NH3蛋白質氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯系

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蛋白質氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯系

核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。

核酸是細胞內重要的遺傳物質，控制著蛋白質的合成，影響細胞的成分和代謝類型;

核酸生物合成需要糖和蛋白質的代謝中間產物參加，而且需要酶和多種蛋白質因子;

各類物質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參與蛋白質合成與糖異生作用;脂肪代謝和糖代謝的關系延胡索酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸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（胞液）（線粒體）（PEP）丙酮酸天冬氨酸谷氨酸（轉氨基作用）糖的分解代謝和糖異生的關系糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯系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蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質淀粉、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-磷酸葡萄糖一、代謝調節(jié)的概念二、細胞區(qū)域化調節(jié)四、激素調節(jié)代謝調節(jié)三、酶水平的調節(jié)代謝調節(jié)

生命是靠代謝的正常運轉維持的。生命有限的空間內同時有那麼多復雜的代謝途徑在運轉，必須有靈巧而嚴密的調節(jié)機制，才能使代謝適應外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調節(jié)失靈便會導致代謝障礙，出現病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進化歷程中，機體的結構、代謝和生理功能越來越復雜，代謝調節(jié)機制也隨之更為復雜。代謝調節(jié)的四級水平：酶水平調節(jié)細胞水平調節(jié)激素水平調節(jié)神經水平調節(jié)多細胞整體水平調節(jié)1、酶原激活2、酶的別構效應

酶活性的前饋和反饋調節(jié)3、酶的共價修飾與級聯放大機制酶水平的調節(jié)4、輔因子對已有酶活性的調節(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;氧化磷酸化細胞質:酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細胞核:核酸合成內質網:蛋白質合成;磷脂合成（2）反饋抑制（4）前饋和反饋調節(jié)中酶活性調節(jié)的機制酶活性的前饋和反饋調節(jié)（1）限速步驟和標兵酶（3）前饋和反饋激活

前饋（feedforward）和反饋（feedback）是來自電子工程學的術語，前者的意思是“輸入對輸出的影響”，后者的意思是“輸出對輸入的影響”，這里分別借用來說明底物和代謝產物對代謝過程的調節(jié)作用。這種調節(jié)作用是通過酶的變構效應來實現的。

酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價結合或脫去，引起酶分子構象的改變，使其活性得到調節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾（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?；蜍挣；?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修飾共價修飾

酶級聯系統(tǒng)調控示意圖意義：由于酶的共價修飾反應是酶促反應，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效應。這種調節(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（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（無活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（無活性）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ATPADPATPADP456

由代謝終產物作為變構劑來抑制在此產物合成過程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱為反饋抑制。這是一種負反饋機制，多數情況下控制合成代謝。類型：順序反饋抑制

協同反饋抑制

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ABGFJDCH---E1E3E2芳香族氨基酸合成的順序反饋調節(jié)協同調節(jié)示意圖ABGFJDCH-E1E3E2---賴氨酸和蘇氨酸的協同反饋調節(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節(jié)累積反饋抑制示意圖反饋激活和前饋激活示意圖ABCDFAB?

?

?

?

?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反饋調節(jié)中酶活性調節(jié)的機制代謝物別構中心活性中心輔因子對已有酶活性的調節(jié)

能荷對代謝的調節(jié)[NADH]/[NAD+]對代謝的調節(jié)金屬離子濃度對代謝的調節(jié)一、原核和真核基因組二、原核生物酶合成調節(jié)的遺傳機制

——操縱子學說三、真核生物基因表達的調控基因表達的調控a、操縱子——基因表達的協同單位操縱子結構基因（編碼蛋白質，S）控制部位操縱基因（operator,O）啟動子（premotor,P）b、酶合成的誘導和阻遏機理原核生物酶合成調節(jié)的遺傳機制

操縱子學說

實例：誘導型操縱子乳糖操縱子阻遏型操縱子色氨酸操縱子（自學）調節(jié)基因阻遏蛋白誘導物阻遏蛋白不能阻擋操縱基因基因表達（無活性）（有活性）酶合成的誘導機理調節(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（無活性）（有活性）實例：大腸桿菌乳糖操縱子（如圖）酶合成的阻遏機理酶的誘導和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導劑A.有活性阻遏蛋白C.無活性阻遏蛋白D.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動基因調節(jié)基因結構基因

阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結構基因不表達誘導物誘導物與阻遏蛋白結合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結構基因可以表達酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結合,結構基因可以表達阻遏蛋白(無活性)酶蛋白mRNA代謝產物與阻遏蛋白結合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結構基因不表達代謝產物乳

糖

操

縱

子

的

負

調

控調節(jié)基因操縱基因乳糖結構基因PLacZLacYLacamRNA

阻遏蛋白（有活性）基因關閉啟動子ORPLacZLacYLaca調節(jié)基因操縱基因乳糖結構基因啟動子ORmRNAZmRNAYmRNAa

阻遏蛋白（無活性）基因表達mRNAA、乳糖操縱子的結構

B、乳糖酶的誘導

乳糖

阻遏蛋白（有活性）乳糖操縱子的正調控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表達CAP基因結構基因TCAPOCAP結合部位RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)真核生物基因表達調控DNA轉錄初產物RNAmRNA蛋白質前體mRNA降解物活性蛋白質DNA水平調節(jié)轉錄水平調節(jié)轉錄后加工的調節(jié)翻譯調節(jié)mRNA降解調節(jié)翻譯后加工的調節(jié)核細胞質

真核基因表達調控的五個水平

DNA水平調節(jié)轉錄水平調節(jié)轉錄后加工的調節(jié)翻譯水平調節(jié)翻譯后加工的調節(jié)