细胞代谢与基因表达调控

重点： 代谢途径的相互作用 酶活性的调节 真核生物与原核生物基因的表达调控难点：基因表达调节的水平与差异。第十五章 物质代谢的联系及其调节第一节第一节 细胞代谢的细胞代谢的 调节网络调节网络一、 代谢途径 交叉 形成网络二、分解代谢和合成代谢的 单向性三、 ATP是通用的能量载体四、 NADPH 以 还原力形式携带能量五、代谢的 基本要略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乙酰 CoA， NADPH 脂肪酸磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油脂肪有 氧氧化酵解从头合成脂肪甘油 磷酸二羟丙酮 糖代谢脂肪酸 乙酰 CoA 琥珀酸 糖 (植物 )乙醛酸循环-氧化 糖异生TCA糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖 -酮酸 氨基酸 蛋白质 NH3蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖（ 生糖氨基酸 ）脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪甘油 磷酸二羟丙酮脂肪酸 乙酰 CoA 氨基酸碳架 氨基酸 蛋白质蛋白质 氨基酸 酮酸或乙酰 CoA 脂肪酸 脂肪（生酮氨基酸）脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰 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羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系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 甘氨酸丝氨酰苏氨酸半胱氨酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰 CoA甘油脂肪酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异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异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰 CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质 淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰 CoA1-磷酸葡萄糖糖分解和糖异生途径中相对独立的单向反应糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1， 6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶ATP携带能量由能源传递给细胞的需能过程ATPADP+Pi太阳能化学能生物合成细胞运动膜运输通过 NADPH循环将还原力由分解代谢转移给生物合成反应NADPH+H+NADP+分解代谢还原性有机物还原性生物合成反应氧化物还原性生物合成产物氧化前体6 葡萄糖 -6-磷酸66- 磷酸 -葡萄糖酸 内酯66- 磷酸 -葡萄糖酸65- 磷酸 -核酮糖NADPHNADPH CO225- 磷酸 -核糖 25- 磷酸 -木酮糖23- 磷酸甘油醛 27- 磷酸景天庚酮糖2 果糖 -6-磷酸 24- 磷酸赤藓糖2 果糖 -6-磷酸 23- 磷酸甘油醛果糖 -1.6-二磷酸果糖 -6-磷酸H2OPiH2O25- 磷酸 -木酮糖葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乙酰 COA丙酮酸 草酰乙酸柠檬酸柠檬酸乙酰 COA草酰乙酸苹果酸 丙酮酸柠檬酸合酶丙酮酸羧化酶NADP NADPH+CO2苹果酸酶NADNADHCO2 ATPATP柠檬酸裂解酶ADP+PiATP+HSCOA胞 液 线粒体乙酰乙酰 CoA的转运（柠檬酸丙酮酸循环）的转运（柠檬酸丙酮酸循环）代谢的基本要略代谢的基本要略在于 形成 ATP、还原力 和 构造单元 以用于生物合成。 由 ATP、 还原力和构造单元可合成各类生物分子，并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序结构的过程，需要由 物质流 、 能量流 和 信息流来支持。脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰 CoAe-磷酸化+Pi共同降解物代谢终产物构造单元NADPH一、 酶活性的调节二、 细胞对代谢途径的分隔与控制第二节第二节 代代 谢谢 调调 节节一一 、酶活性的调节最 基本的代谢调节酶 活性调节酶 含量调节变构 效应（别构）共价 修饰基因表达调控酶的激活与抑制酶的诱导与阻遏酶活性的前馈和反馈调节底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。其调节机理是通过酶的 变构效应 来实现的。S0 SnS2S1E0 E1 En-1或+ 或+ 反馈前馈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-酮戊二酸拧 檬酸天冬氨酸氨基酸蛋白质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应的调节控制产能反应和需能反应的调节能荷 = ATP+0.5ADPATP+ADP+AMPATPPi ADPATP系统质量作用比 =糖酵解与三羧酸循环途径的调节丙酮酸 G细胞液柠檬酸 乙酰 CoA柠檬酸草酰乙酸-酮戊二酸乙酰 CoA 丙酮酸 线粒体G-6-P F-6-P F-1.6-2P磷酸果糖激酶PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATPNADH O2ATP ADP+PiAMP + ATP 2ADP PiPi丙酮酸 激酶+ - -+- -己糖激酶丙酮酸脱氢酶柠檬酸合成酶-酮戊二酸脱氢酶酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或脱去，引起酶分子构象的改变，使其活性得到调节，这种方式称为酶的 共价修饰 （ Covalent moldification ）。共价修饰激酶ATP ADP磷酸化酶 b（无活性）磷酸化酶 a P（有活性）磷酸酯酶-OH H2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰目前已知有六种修饰方式：磷酸化 /去磷酸化， 乙酰化 /去乙酰化，腺苷酰化 /去腺苷酰化，尿苷酰化 /去尿苷酰化，甲基化 /去甲基化，氧化 （ S-S） /还原 (2SH)。酶级联系统调控示意图肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性） 腺苷酸环化酶（活性）2、 ATPcAMPR、 cAMP3、蛋白激酶（无活性） 蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性） 磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶 b（无活性） 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肾上腺素或胰高血糖素132 102104106108葡萄糖ATP ADPATP ADP456酶定位的区域化线粒体 :丙酮酸氧化 ;三羧酸循环 ;-氧化 ;呼吸链电子传递 ;氧化磷酸化细胞质 :酵解 ;磷戊糖途径 ;糖原合成 ;脂肪酸合成 ;细胞核 :核酸合成内质网 :蛋白质合成 ;磷脂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动物细胞结构和代谢途径一、 原核生物基因表达的调节二、 真核生物基因表达的调控第三节第三节 基因表达的调控基因表达的调控1、基因表达的时间性及空间性（ 1）时间特异性某一基因的表达严格按特定的时间顺序发生（ 2）空间特异性在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现2、基因表达的方式按对刺激的反应可分为：（ 1）组成性表达 管家基因（ housekeeping gene） -在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。此类基因只受启动子