物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制

物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月一、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)系糖可以在生物體內(nèi)變成脂肪。脂肪不能大量轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，除了油料作物種子。第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月糖乙酰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糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月脂肪代謝和糖代謝的相互關(guān)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第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被帷５鞍踪|(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。?頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖→→

α-酮酸氨基酸蛋白質(zhì)

NH3蛋白質(zhì)氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系

由脂肪合成蛋白質(zhì)的可能性是有限的，實際上僅限于Glu。蛋白質(zhì)間接地轉(zhuǎn)變?yōu)橹尽?/p>

第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月脂類代謝與蛋白質(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）第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）核酸與其他物質(zhì)代謝的相互關(guān)系

蛋白質(zhì)代謝為嘌呤和嘧啶的合成提供許多原料；糖類產(chǎn)生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的來源。

許多核苷酸在代謝中起著重要的作用。核酸是細(xì)胞內(nèi)的重要遺傳物質(zhì)，可通過控制蛋白質(zhì)的合成影響細(xì)胞的組成成分和代謝類型。

核酸及其衍生物和多種物質(zhì)代謝有關(guān)。但脂類代謝除供應(yīng)CO2外，和核酸代謝并無明顯的關(guān)系。第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

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。核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(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)代謝都離不開具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。第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月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(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-磷酸葡萄糖第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）代謝的基本要略

代謝的基本要略在于形成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)建成是一個耗能和增加有序結(jié)構(gòu)的過程，需要由物質(zhì)流、能量流和信息流來支持。第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月脂肪

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，其中一部分通過磷酸化儲存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位生物氧化的三個階段NADPH第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月生物系統(tǒng)中的能流第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)代謝調(diào)節(jié)的概念(二)酶水平的調(diào)節(jié)(三)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)對代謝的調(diào)節(jié)和控制作用(四)激素調(diào)節(jié)和跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(五)神經(jīng)的調(diào)節(jié)二、代謝調(diào)節(jié)第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)代謝調(diào)節(jié)的概念

生命是靠代謝的正常運轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同時有那麼多復(fù)雜的代謝途徑在運轉(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發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會導(dǎo)致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進(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)第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1、酶活性的調(diào)節(jié)

1）酶的別構(gòu)效應(yīng)酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)

2）產(chǎn)能反應(yīng)與需能反應(yīng)的調(diào)節(jié)

3）酶的共價修飾與級聯(lián)放大機(jī)制2、基因表達(dá)的調(diào)節(jié)

1）原核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié)

2）真核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié)(二)酶水平的調(diào)節(jié)

許多關(guān)鍵酶都是調(diào)節(jié)酶如別構(gòu)酶、共價修飾酶、同工酶、多功能酶等。酶的調(diào)節(jié)主要是通過控制關(guān)鍵酶的活性和濃度來調(diào)節(jié)。酶活性調(diào)節(jié)是快速調(diào)節(jié)，在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)完成。

通過控制酶濃度的調(diào)節(jié)要牽涉到基因、mRNA、蛋白質(zhì)的生物合成，所以這種調(diào)節(jié)是一種慢調(diào)節(jié)，在幾小時或幾天內(nèi)才能完成。

第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月酶濃度的調(diào)節(jié)：

酶濃度的調(diào)節(jié)

誘導(dǎo)阻遏終產(chǎn)物的阻遏分解代謝產(chǎn)物阻遏誘導(dǎo)作用（induction）：

指用誘導(dǎo)物（inducer）來促進(jìn)酶的合成，這種作用稱誘導(dǎo)作用。

阻遏作用（repression）：

指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成，這種作用稱阻遏作用。

第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1、酶活性的調(diào)節(jié)

1）酶的別構(gòu)效應(yīng)

－－酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)

前饋（feedforward）和反饋（feedback）是來自電子工程學(xué)的術(shù)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(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)可能是正調(diào)控，也可能是負(fù)調(diào)控，其調(diào)節(jié)機(jī)理是通過酶的別構(gòu)效應(yīng)來實現(xiàn)的。S0SnS2S1E0E1En-1或+—或+—反饋前饋第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制代謝物別構(gòu)中心活性中心第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月6-磷酸葡萄糖對糖原合成的前饋激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原合成酶ATP

ADP

UTP

UDPG

第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖丙酮酸羧化酶乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖草酰乙酸-酮戊二酸擰檬酸天冬氨酸氨基酸蛋白質(zhì)嘧啶核苷酸核酸

氨甲酰天冬氨酸+磷酸烯醇式丙酮酸羧化反應(yīng)的調(diào)節(jié)控制——+第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月氨基酸合成的反饋調(diào)控反硝化作用氧化亞氮氨甲酰磷酸分支酸脫氧庚酮糖酸-7-磷酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸赤蘚糖-4-磷酸脫氫奎尼酸莽草酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸+預(yù)苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛高絲氨酸氨基苯甲酸第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2）產(chǎn)能反應(yīng)與需能反應(yīng)的調(diào)節(jié)第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞能量狀態(tài)指標(biāo)能荷=—————————

[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP][ATP][ATP][ADP]ATP系統(tǒng)質(zhì)量作用比=第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)丙酮酸G細(xì)胞液檸檬酸乙酰CoA檸檬酸草酰乙酸-酮戊二酸乙酰CoA丙酮酸

線粒體

G-6-P

F-6-P

F-1.6-2P

磷酸果糖激酶

PEPADP+PiATPADP+PiATP

NADH

O2ATPADP+PiAMP+ATP2ADP

PiPi

PEP羧激酶+++---++----

己糖激酶丙酮酸

脫氫酶檸檬酸合成酶-酮戊二酸

脫氫酶第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3）酶的共價修飾與級聯(lián)放大機(jī)制第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催化下，可以共價結(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修飾（Covalentmoldification

）。目前已知有7種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙?；?，腺苷酰化/去腺苷?；蜍挣；?去尿苷?；?，ADP-核糖基化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。激酶ATPADP磷酸化酶b（無活性）磷酸化酶aP（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價修飾共價修飾第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月酶級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖意義：由于酶的共價修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，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(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第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月cAMP激活蛋白

激酶的作用機(jī)理第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月糖原合成酶和糖原磷酸化酶的調(diào)控糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需要由一系列的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行調(diào)控，其限速酶分別為糖原磷酸化酶和糖原合成酶。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共價修飾的調(diào)節(jié)及變構(gòu)效應(yīng)的調(diào)節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。糖原合成酶a

(有活性)糖原磷酸化酶b(無活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶b(無活性)糖原磷酸化酶a(有活性)PP第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2、基因表達(dá)的調(diào)節(jié)

1）原核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié)酶濃度的調(diào)節(jié)

誘導(dǎo)阻遏終產(chǎn)物的阻遏分解代謝產(chǎn)物阻遏誘導(dǎo)作用（induction）：

指用誘導(dǎo)物（inducer）來促進(jìn)酶的合成，這種作用稱誘導(dǎo)作用。

阻遏作用（repression）：

指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成，這種作用稱阻遏作用。

第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月操縱子——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子作用原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制

操縱子學(xué)說第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月酶的誘導(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(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)物第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月乳糖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)閉啟動子ORPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動子ORmRNAZmRNAYmRNAa

阻遏蛋白（無活性）

基因表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

B、乳糖酶的誘導(dǎo)

阻遏蛋白（有活性）第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月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cAMP

CGP：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)第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月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，轉(zhuǎn)錄終止。A.游離mRNA中1與2以及3與4堿基配對。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密碼子第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2）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)控的五個水平