物质代谢的相互关系及调节控制

第十三章 物质代谢的相互关系 及调节控制,一、物质代谢的相互关系 代谢途径交叉形成网络 二、物质代谢的调节和控制：,一、物质代谢的相互关系 代谢途径交叉形成网络,1、糖代谢与蛋白质代谢的相互关系 2、糖代谢与脂代谢的相互关系 3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系 4、核酸和其它物代谢的相互关系 5、物质代谢相互关系简图,1、糖代谢与蛋白质代谢的相互关系： （1）糖可转变成非必需AA，但不能合成必需AA。,（2）蛋白质降解为AA，其中生糖AA进一步变成-酮酸，再进一步可转变成糖。,2、糖代谢与脂代谢的相互关系： （1）糖可通过乙酰CoA很容易转变成脂肪酸，糖也很 容易转变成甘油，所以糖易转变成脂肪。 （2）脂肪中的甘油易转变成糖，但脂肪酸转变成糖 是困难的，因为乙酰CoA无法转变成丙酮酸。 （3）油料作物中脂肪可通过乙醛酸循环，转变成糖。,3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系 （1）脂肪中甘油可转变成丙酮酸，再转变为草酰乙酸及-酮戊二酸，接受氨基后可转变为丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸。 （2）脂肪酸可形成乙酰CoA，在油料植物种子内可通过乙醛酸循环先合成琥珀酸，从而进入TCA循环并可以转变成AA。但这个途径不易实现。 （3）蛋白质则易转变成脂肪酸，生糖、生酮AA 皆可转变成脂肪酸。 （4）磷脂中乙醇胺，胆碱皆可由丝氨酸转化而来。,5、物质代谢相互关系简图：,二、物质代谢的调节和控制,生物体代谢调控的四个层次：,4321,1、酶水平调节 一切代谢反应都有酶参加，因此，控制酶的生物合成和活性是机体调节自身代谢和重要措施，酶水平调节是最根本、最基础的调节。,（1）酶活性调节（结构调节） 别构调节：别构效应物引起酶分子构象变化而引起活力改变。这类酶称为别构酶（变构酶）。 共价修饰调节：是在调节分子上以共价键连上或脱下某种特殊化学基团所引起的酶分子活性的改变，这类酶称化学修饰酶。共价修饰酶往往兼有别构酶的特性。,别构调节：,别构效应物包括底物、产物或ATP、ADP、AMP等其它物质。,别构酶举例,酶促反应的前馈与反馈：,共价修饰调节：酶分子连上或脱下某种特殊化学基团所引起的活性的改变。 目前已知类型： 磷酸化/脱磷酸化 腺苷酰化/脱腺苷酰化乙酰化/脱乙酰化 尿苷酰化/脱尿苷酰化甲基化/脱甲基化 S-S/SH相互转变。 例：糖原磷酸化酶的活性可因磷酸化而增高，糖原合成酶的活性则因磷酸化而降低。,磷酸化酶的激活过程,（2）酶含量调节 控制酶的生物合成即基因表达的调控 原核生物基因表达的调控： 真核生物基因表达的调控： 酶的降解会影响到酶的浓度（含量） 反义核酸的调节：,原核生物的酶合成的诱导与阻遏 酶合成的诱导：乳糖操纵子模型 （1）乳糖操纵子结构：,结构基因-Z、Y和a，分别转录、翻译-半乳糖苷酶、-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷转乙酰基酶。 “O” 是操纵基因，控制3个结构基因的转录。 “P”是启动子，负责转录起始，它有RNA聚合酶的结合位点。 -P-O-Z-Y-a组成1个乳糖操纵子，共同受1个调节基因（I基因）的调节，调节基因是阻遏蛋白的基因。,当无诱导物存在时，由调节基因转录、翻译产生1个阻遏蛋白，和操纵基因结合，阻碍RNA聚合酶与启动子的结合，从而阻止这3个个结构基因的转录，因此不能合成Z、Y、a这3种基因相应的诱导酶。 也就是说大肠杆菌的生长环境中没有乳糖时，就没有必要合成与乳糖代谢有关的酶,（2）乳糖操纵子的操纵原理：,当培养基中加入诱导物时，如乳糖或乳糖类似物时，诱导物可以和阻遏蛋白结合，并使阻遏蛋白变构，从而使阻遏蛋白失活，失活的阻遏蛋白不能再和操纵基因结合，此时操纵基因发生作用使结构基因转录，合成有关的mRNA，并翻译成乳糖代谢所需的3种诱导酶。,乳糖操纵子的操纵原理：,酶合成的阻遏：色氨酸操纵子模型,（1）色氨酸操纵子结构：,该操纵子是对色氨酸的合成进行调节,在一般情况下，调节基因转录、翻译成的阻遏蛋白无活性，不能与操纵基因结合，操纵子上的5个结构基因能进行正常的转录和翻译，促进合成色氨酸。 当终产物色氨酸过多时，就与阻遏蛋白结合，使无活性的阻遏蛋白转变为有活性的阻遏蛋白，进而能和操纵基因结合，使操纵基因关闭，操纵基因就不能发生作用，使5个结构基因不能转录，阻止有关酶的合成，阻止色氨酸合成。,（2）色氨酸操纵子的操纵原理：,真核生物基因表达的调控：,转录前水平的调控 转录水平的调控 转录后水平的调控 翻译水平的调控 翻译后水平的调控,转录前水平的调控： 是指通过改变DNA序列和染色质结构的过程，包括染色质的丢失、基因扩增、基因重排、基因修饰等。但转录前水平的调控并不是普遍存在的调控方式。例如，染色质的丢失只在某些低等真核生物中发现。,转录水平上的调控： 是真核生物基因表达调控的主要位置，主要有顺式作用元件和反式作用因子等。 顺式作用元件包括启动子和增强子两种特异性DNA调控序列。 启动子是RNA聚合酶识别并与之结合，从而起始转录的一段特异性DNA序列。 增强子是能增强基因转录活性的调控序列 反式作用因子是各蛋白质合成的调控因子,转录后水平的调控： 包括转录产物的加工和转运的调节。通过不同方式的拼接可产生不同的mRNA，从而产生多种多样的蛋白质。 翻译水平的调控： 就是控制mRNA的稳定性及其翻译的起始频率 翻译后水平的调控： 主要是控制多肽链的加工和折叠，以产生不同功能活性的蛋白质。,酶的降解会影响到酶的浓度（含量）：了解不多 反义核酸的调节： 广义地说，反义核酸是指一切含有与靶mRNA的碱基序列成互补的，对基因表达有调节作用的核酸（包括人工合成的DNA和RNA片段）。 反义核酸的作用原理是：当用反义核酸处理mRNA时，由于互补双链，抑制了mRNA的翻译成蛋白质的过程，从而表现为对基因的抑制。,靶基因,靶mRNA,反义基因,反义RNA,互补,2、细胞水平的调节 （1）酶的分布区域化对代谢的调节 （2）细胞膜结构对代谢的调控 （3）蛋白质的定位控制：,（1）酶的分布区域化对代谢的调节,原核细胞无明显的细胞器，各种代谢所需的酶都存在于原核细胞的质膜上。 真核细胞中，核、线粒体、核糖体和高尔基体、细胞质均以隔离分室状态存在。各分室中的酶系分布有区域化现象，从而对代谢进行调节。 例如线粒体的内膜与外膜上所含的酶系就有不同，前者含有与电子转移及氧化磷酸化有关的酶系；后者含有脂肪氧化，脂肪酸合成等酶系。,（2）细胞的膜结构对代谢的调控：,细胞的膜系统对代谢的调节和控制作用形式： 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 内膜系统对代谢途径的分隔作用 膜与酶的可逆结合：有些酶能可逆地与膜结合，并以其膜结合型和可溶型的互变来影响酶的性质和调节酶活性。大多数是代谢途径中关键的酶或调节酶。如糖酵解途径中的己糖激酶、磷酸果糖激酶等,（3）蛋白质的定位控制 信号肽假说 线粒体蛋白质的跨膜定位运输： 线粒体组成蛋白质的90%以上是由细胞核DNA编码，在细胞质的多核糖体上合成后大多数以前体形式存在，它的导向信息通常位于N-末端20-80个氨基酸残基的一段导肽内。导肽引导线粒体蛋白质运送到线粒体的外膜、膜间间隙、内膜、基质。导肽中不同肽段含有不同的导向信息。 蛋白质寿命的控制：,3、激素水平调节： 激素是由多细胞生物（植物、无脊椎动物与脊椎动物）的特殊细胞所合成，并经体液输送到其他部位显示特殊生理活性的微量化学物质。 激素对代谢起着强大的调节作用，体内的一种代谢过程常可受多种激素影响，一种激素也常可