代谢的相互联系及调控.ppt

代谢的相互联系及调控,一、整体性,各种物质代谢之间互有联系，相互依存。,物质代谢的特点,二、代谢调节,机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度,内外环境不断变化,影响机体代谢,适应环境的变化,三、各组织、器官物质代谢各具特色,结构不同,酶系的种类、含量不同,不同的组织、器官,代谢途径不同、功能各异,是机体物质代谢的枢纽。 在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。,肝,肝在维持血糖稳定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供能为主。,心脏,耗能大，耗氧多。 葡萄糖为主要能源。 不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。,脑,合成、储存糖原； 通常以脂酸氧化为主要供能方式； 剧烈运动时，以糖酵解为主。,肌 肉,能量主要来自糖酵解。,红细胞,合成及储存脂肪的重要组织； 将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。,脂肪组织,也可进行糖异生和生成酮体； 肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。,肾脏,四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池,例如,五、ATP是机体能量利用的共同形式,营养物分 解,六、NADPH是合成代谢所需的还原当量,还原性有机物 氧化产物,还原性生物合成产物 氧化前体,NADPH+H+,NADP+,还原性生物合成反应,分解代谢,七、代谢的基本要略在于形成ATP、还原力和 构造单元用于生物合成,三大营养素,共同中间产物,共同最终代谢通路,第一节 代谢途径的相互联系,从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。 一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。,任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。,例如,一、糖 脂,1. 摄入的糖量超过能量消耗时,磷酸二羟丙酮,2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖,动物体内,3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响,饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时,二、糖 蛋白质,1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖(生糖氨基酸)。,2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸,三、脂 蛋白质,1. 蛋白质可以转变为脂肪,2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料, 但不能说，脂类可转变为氨基酸。,3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸,四、核酸与糖、脂和蛋白质,.核酸是细胞的遗传物质，控制蛋白质的合成，影响细胞的成分 和代谢类型； .核酸本身受其它物质（如蛋白质）的作用和控制； 嘌呤环的合成需要Gly,Asp,Gln等 核酸的合成需要酶及多种蛋白因子 .各类物质的代谢需具有高能磷酸键的各种核苷酸; ATP是通用的能量载体 UTP用于多糖的合成 CTP参与磷脂的合成 GTP参与蛋白质合成和糖异生作用 4.许多重要辅酶含核苷酸,如CoA,NAD,NADP,FMN,FAD等.,代谢网络,p540,代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。,单细胞生物,第二节 代谢的调节与控制,高等生物 三级水平代谢调节,细胞水平代谢调节,激素和神经的调节是生物进化发展而完善起来的调节机制，通过细胞水平和分子水平的变化来体现。 酶和细胞水平的调节是最基本、最原始的调节方式，为动植物和单细胞生物所共有。 细胞水平的调节包括基因表达的调控、酶活性的调控和细胞区域化调控三个方面。,细胞区域化调节,真核细胞有复杂的内膜系统和细胞器。各类代谢反应的酶定位于不同的细胞区域中，使各代谢在空间上彼此隔开，互不干扰，按一定方向进行。 膜运输系统的活性也是可调节的，是代谢调节中一个重要环节。,不同酶在细胞内的分布,不同酶在细胞内的分布,酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。,不同酶在细胞内的分布,二.酶水平的调节 (最基本、最普遍的调节方式),生物在生命周期中，基因组的各基因表达随生长发育有先有后，并受内外环境影响和诱导。 原核和真核生物基因组 基因包括： 编码蛋白质的基因 只转录没有翻译功能的基因，有tRNA基因和rRNA基因 不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因（控制基因） 基因组(genome)是指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。,酶含量的调节（基因表达的调节）,原核生物基因组的特点,染色体基因组为一条环状双链DNA分子 基因组小，不编码的DNA部份所占比例很小 结构基因一般是单拷贝，但是编码rRNA的基因往往是多拷贝的 功能相关的基因构成操纵元，或高度集中，并常转录成为多顺反子的mRNA 有重叠基因、重叠操纵元现象,真核生物基因组的特点,基因组远大于原核生物的基因组 如人的单倍体基因组有3109 bp，大约含有3万个基因； 而E. coli基因组约4106bp，约有4000个基因。 DNA与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还存在遗传成分(如线粒体DNA等)。体细胞一般是二倍体（diploid），即有两份同源的基因组 单顺反子(monocistron)，基本上没有操纵元的结构 大量重复序列 断裂基因,原核生物基因表达调控,基因表达包括： 基因经转录、翻译产生有生物活性的蛋白质的过程。 rRNA或tRNA的基因经转录和加工产生成熟的rRNA或tRNA的过程。 原核生物基因表达的调节（主要转录水平） 1930 H.Karstrom提出：诱导酶与组成酶 Jacob和Monod等人1961年提出乳糖操纵元(lac operon)学说,操纵元结构,操纵子的调控模型,乳糖操纵子模型,乳糖诱导的负调控,CAP-cAMP对转录的正调控,cAMP的作用,腺苷酸环化酶,磷酸二酯酶,大肠杆菌二阶段生长现象,大肠杆菌色氨酸操纵子,有Trp存在时,无Trp存在时,大肠杆菌色氨酸操纵子-衰减子模型,前导序列,UUUUU,真核生物基因表达调控,不同层次(p571) DNA和染色体水平的调控 基因扩增、基因丢失、基因重排、基因修饰、基因封闭等。 转录水平的调控 转录的起始、延伸的弱化、终止等。 转录后RNA前体加工及转运的调控 真核基因在细胞核中转录，在胞浆中翻译，转录后的加工包括剪切、拼接、编辑、修饰和转运等。 翻译水平的调控 翻译后水平的调控 mRNA降解的调控 细胞内有控制mRNA寿命的机制。,真核生物基因表达调控的可能环节,真核基因转录水平的调控,真核生物基因组中无操纵元结构 转录调控是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用实现的 顺式作用元件(cis-acting elements) 顺式作用元件是对同一条DNA链上的基因表达起调控作用的DNA序列，它们与特定的功能基因连锁在一起，可与许多蛋白因子结合而调控转录。包括启动子(promoter)、增强子(enhancer)以及起负性调控作用的沉默子(silencer)。 反式作用因子（trans-acting factors） 与顺式作用元件结合而影响转录的可扩散蛋白称为反式作用因子。,酶活性的调节,酶原激活 酶的变构调节 前馈与反馈作用 酶的共价修饰 级联系统,1、酶原的激活,某些酶先以无活性的酶原形式合成或分泌，然后在到达作用部位时由其它酶作用，使其断裂或失去部分肽段从而形成或暴露活性中心、形成有活性酶分子的过程。,2、酶的别构效应,别构效应 效应物： 专门合成的效应剂(体外) 底物、产物或代谢途径的最终产物 与该代谢酶系有关的辅酶和核苷酸类化物。,前馈与反馈,限速酶(标兵酶),反馈抑制类型,单价反馈抑制 二价或多价反馈抑制,顺序反馈抑制,累积反馈抑制,累积反馈抑制实例,协同反馈抑制,同工酶调节,氨基酸合成的同工酶调节,3、酶的共价修饰,酶的共价修饰： 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(SS)/还原(2SH)。,酶的磷酸化与脱磷酸化,糖原磷酸化酶和糖原合成酶活性的调节,ATP ADP,Pi H2O,糖原合成酶b,（磷酸化，无活性),糖原磷酸化酶a,（磷酸化，有活性）,ATP ADP,Pi H2O,糖原的分解,糖原合成酶a (脱磷酸化，有活性),糖原磷酸化酶b (脱磷酸化，无活性),糖原的合成,级联放大系统,在连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始调节信号的逐级放大，这样的连锁代谢反应系统称为级联系统。 例血液凝固p547,激素对代谢的调节,激素分类 激素作用机制 蛋白质和肽类激