11-代谢调节-PPT课件.ppt
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- 11 代谢 调节 PPT 课件
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1、11 代谢调节代谢调节 代谢途径的相互联系代谢途径的相互联系 代谢调节代谢调节 基因表达调控基因表达调控一、代谢途径的相互联系一、代谢途径的相互联系(一一)代谢途径交叉形成网络代谢途径交叉形成网络 代谢途径交叉形成网络,主要联系物:丙代谢途径交叉形成网络,主要联系物:丙酮酸、乙酰酮酸、乙酰CoA、柠檬酸、柠檬酸、-酮戊二酸、酮戊二酸、草酰乙酸;草酰乙酸; TCA是中心环节是中心环节1、糖代谢与脂类代谢的相互关系、糖代谢与脂类代谢的相互关系2、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系4、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢
2、的联系、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系糖代谢与脂类代谢的相互联系糖代谢与脂类代谢的相互联系糖糖乙酰乙酰CoA,NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解从头合成从头合成脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循环乙醛酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生TCA糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 NH3蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖(生糖氨基酸生糖氨基酸)糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮脂
3、肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪(生酮氨基酸生酮氨基酸)脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系 核酸是细胞内重要的遗传物质,控制着蛋白质核酸是细胞内重要的遗传物质,控制着蛋白质的合成,影响细胞的成分和代谢类型的合成,影响细胞的成分和代谢类型 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加,而且需要酶和多种蛋白质因子参加,而且需要酶和多种蛋白质因子 各类物质代谢都离不开
4、具备高能磷酸键的各种各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸,如核苷酸,如ATP是能量的是能量的“通货通货”,此外,此外UTP参与多糖的合成,参与多糖的合成,CTP参与磷脂合成,参与磷脂合成,GTP参参与蛋白质合成与糖异生作用与蛋白质合成与糖异生作用 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能核苷酸的一些衍生物具重要生理功能(如如CoA、NAD+,NADP+,cAMP,cGMP)糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸丝氨酰丝氨酰苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半
5、胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨
6、酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 糖原(或淀粉)糖原(或淀粉)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖果糖激酶激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酯酶磷酸酯酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 草酰乙酸草酰乙酸PEP羧激酶羧激酶(三三) 分解为合成提供还原力和能量分解为合成提供还原力和能量 ATP来源:来源:1.底物水平磷酸化
7、底物水平磷酸化2.绿色植物和光合细菌的光合磷酸化绿色植物和光合细菌的光合磷酸化3.呼吸链的氧化磷酸化呼吸链的氧化磷酸化 NADPH专一用于还原性生物合成,专一用于还原性生物合成,NADH和和FADH2主要功能是通过呼吸链产生主要功能是通过呼吸链产生ATP NADPH来源:来源:1.植物光合电子传递链植物光合电子传递链2.磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径3.乙酰乙酰CoA由线粒体转移到细胞质时伴随有由线粒体转移到细胞质时伴随有NADH的的氧化和氧化和NADP+的还原,所产生的的还原,所产生的NADPH可用于脂可用于脂肪酸合成肪酸合成(四四)代谢的基本要略代谢的基本要略 代谢的基本要略在于形成代谢的基本要
8、略在于形成ATP、还原力和构造、还原力和构造单元以用于生物合成单元以用于生物合成 由由ATP、还原力和构造单元可合成各类生物分、还原力和构造单元可合成各类生物分子,进而装配成生物不同层次的结构子,进而装配成生物不同层次的结构 生物合成和生物形态建成是一个耗能和增加有生物合成和生物形态建成是一个耗能和增加有序结构的过程,需要由物质流、能量流和信息序结构的过程,需要由物质流、能量流和信息流来支持流来支持二、代二、代 谢谢 调调 节节 酶水平调节酶水平调节 细胞水平调节细胞水平调节 激素水平调节激素水平调节 神经水平调节神经水平调节(二二) 酶水平的调节酶水平的调节 许多关键酶都是调节酶如别构酶、共
9、价修饰酶、许多关键酶都是调节酶如别构酶、共价修饰酶、同工酶、多功能酶等同工酶、多功能酶等 酶的调节主要是通过控制关键酶的浓度和活性酶的调节主要是通过控制关键酶的浓度和活性来调节来调节 酶浓度的调节:牵涉到基因、酶浓度的调节:牵涉到基因、mRNA、蛋白、蛋白质的生物合成,是一种慢调节,在几小时或质的生物合成,是一种慢调节,在几小时或几天内才能完成几天内才能完成 酶活性的调节:快速调节,在几分钟到几十酶活性的调节:快速调节,在几分钟到几十分钟内完成分钟内完成酶浓度的调节酶浓度的调节 诱导诱导阻遏阻遏终产物的阻遏终产物的阻遏分解代谢产物阻遏分解代谢产物阻遏诱导作用(诱导作用(induction):)
10、: 指用诱导物来促进酶的合成指用诱导物来促进酶的合成阻遏作用(阻遏作用(repression):): 指用阻遏物阻止或降低酶的合成指用阻遏物阻止或降低酶的合成酶浓度的调节酶浓度的调节酶变构调节作用酶变构调节作用 酶分子除了具有活性中心(结合部位和催化部酶分子除了具有活性中心(结合部位和催化部位),还存在一个特殊的调控部位,即位),还存在一个特殊的调控部位,即变构中心变构中心 变构中心不是酶活性中心的组成部分,但可与某变构中心不是酶活性中心的组成部分,但可与某些化合物(称为变构剂)发生些化合物(称为变构剂)发生非共价非共价结合,引起结合,引起酶分子构象的改变,对酶起到激活或抑制的作用酶分子构象的
11、改变,对酶起到激活或抑制的作用 这类酶称为这类酶称为变构酶变构酶,由,由变构剂与变构中心的结合变构剂与变构中心的结合而而引起酶活性改变的引起酶活性改变的现象则称为现象则称为变构调节作用变构调节作用 目前已知的变构酶均为目前已知的变构酶均为寡聚酶,寡聚酶,含两个或两个含两个或两个以上的亚基,一般分子量较大,而且具有复杂以上的亚基,一般分子量较大,而且具有复杂的空间结构的空间结构 大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程,大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程,由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的竞竞争性或非竞争性抑制争性或非竞争性抑制作用的数量关系作用的数量
12、关系变构剂可以分为两类变构剂可以分为两类激活变构剂:激活变构剂:与酶分子结合后,酶的构象变化利于底物分子与酶的结合,与酶分子结合后,酶的构象变化利于底物分子与酶的结合,酶促反应速度提高酶促反应速度提高抑制变构剂:抑制变构剂:与酶分子结合引起酶的构象变化不利于与底物的结合,表现与酶分子结合引起酶的构象变化不利于与底物的结合,表现出一定程度的抑制作用出一定程度的抑制作用酶活性的前馈和反馈调节酶活性的前馈和反馈调节 这种调节可能是正调控,也可能是负调控,其调这种调节可能是正调控,也可能是负调控,其调节机理是通过酶的变构效应来实现的节机理是通过酶的变构效应来实现的S0SnS2S1E0E1En-1或或+
13、或或+反馈反馈前馈前馈GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原糖原糖原合成酶合成酶ATP ADP UTP UDPG 氨基酸合成的反馈调控氨基酸合成的反馈调控反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸分支酸分支酸脱氧庚酮糖酸脱氧庚酮糖酸-7-磷酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸脱氢奎尼酸脱氢奎尼酸莽草酸莽草酸谷氨酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 预苯酸预苯酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸异亮氨酸异亮氨酸TrpHisCTPAMPGlnLysMet苏氨酸苏氨酸酮丁酸酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛
14、高丝氨酸高丝氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸协同反馈协同反馈积累反馈积累反馈顺顺序序反反馈馈天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶细胞能量状态指标细胞能量状态指标能荷能荷= ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP- 己糖激酶己糖激酶+- NADH F-6-P F-1.6-2P糖酵解与三羧酸循环途径的调节糖酵解与三羧酸循环途径的调节丙酮酸丙酮酸 G细胞液细胞液柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸 线粒体线粒体 G-6-P 磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶 PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATP O2ATP ADP+PiAMP + ATP 2ADP P
15、iPi PEP 羧激酶羧激酶+-+-丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶 -酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶脱氢酶共价修饰共价修饰 酶分子中的某些基团,在其它酶的催化下,可酶分子中的某些基团,在其它酶的催化下,可共价结合或脱去,引起酶分子构象的改变,使共价结合或脱去,引起酶分子构象的改变,使其活性得到调节,称为酶的共价修饰其活性得到调节,称为酶的共价修饰 修饰方式:磷酸化修饰方式:磷酸化/去磷酸化,乙酰化去磷酸化,乙酰化/去乙酰化,去乙酰化,腺苷酰化腺苷酰化/去腺苷酰化,尿苷酰化去腺苷酰化,尿苷酰化/去尿苷酰化,去尿苷酰化,甲基化甲基化/去甲基化,氧化(去甲基化,氧化(S-S)/还原还原(
16、2SH) 例:糖原磷酸化酶的共价修饰例:糖原磷酸化酶的共价修饰激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶 b(无活性)(无活性)磷酸化酶磷酸化酶a P(有活性)(有活性)磷酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP意义:由于酶的意义:由于酶的共价修饰反应是共价修饰反应是酶促反应,只要酶促反应,只要有少量信号分子有少量信号分子(如激素)存在,(如激素)存在,即可通过加速这即可通过加速这种酶促反应,而种酶促反应,而使大量的另一种使大量的另一种酶发生化学修饰,酶发生化学修饰,从而获得放大效从而获得放大效应。这种调节方应。这种调节方式快速、效率极式快速、效率极高高肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化腺苷
17、酸环化酶(无活性)酶(无活性)腺苷酸环化酶(活性)腺苷酸环化酶(活性)2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶蛋白激酶(无活性)(无活性)蛋白激酶(活性)蛋白激酶(活性)4、磷酸化酶激、磷酸化酶激酶(无活性)酶(无活性)磷酸化酶激酶(活性)磷酸化酶激酶(活性)5、磷酸化酶、磷酸化酶 b(无活性)(无活性)磷酸化酶磷酸化酶 a(活性)(活性)6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456(三三) 酶定位的区域化酶定位的区域化线粒体线粒体:丙
18、酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧酸循环三羧酸循环; -氧化氧化;呼吸链电子传递呼吸链电子传递;氧化氧化磷酸化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷戊磷戊糖途径糖途径;糖原合成糖原合成;脂肪酸合成脂肪酸合成;细胞核细胞核:核酸核酸合成合成内质网内质网:蛋白蛋白质合成质合成;磷脂磷脂合成合成细胞膜结构对代谢的调节和控制作用细胞膜结构对代谢的调节和控制作用 控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度 控制细胞和细胞器的物质运输控制细胞和细胞器的物质运输 内膜系统对代谢途径的分隔作用内膜系统对代谢途径的分隔作用 膜与酶的可逆结合膜与酶的可逆结合(四四) 激素调节的机制激素调节的机制 ATP cAM
19、P+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶(无活性)蛋白激酶(无活性)c+RcAMP蛋白激酶(有活性)蛋白激酶(有活性)受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白类固醇激素类固醇激素三、基因表达的调控三、基因表达的调控( (一一) ) 原核和真核基因组原核和真核基因组( (二二) ) 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控( (三三) ) 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控(一一) 原核和真核基因组原核和真核基因组 基因基因DNA分子中的最小功能单位。包括分子中的最小功能单位。包括RNA(tRNA、
20、rRNA)和蛋白质编码的和蛋白质编码的结构基因结构基因及无转录产物的及无转录产物的调节基因调节基因 基因组基因组某一特定生物单倍体所含的全体基因。原核细胞某一特定生物单倍体所含的全体基因。原核细胞的的“染色体染色体”DNA分子就包含了一个基因组;在分子就包含了一个基因组;在真核细胞中则是指一套单倍染色体的的全部基因真核细胞中则是指一套单倍染色体的的全部基因原核生物基因组的特点原核生物基因组的特点1. 基因组小,单复制子,基因组小,单复制子,DNA分子上大部分子上大部分是编码蛋白质的基因,因此,多数为分是编码蛋白质的基因,因此,多数为单拷贝或仅有少量重复单拷贝或仅有少量重复2. 功能相同的基因常
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