物质代谢的联系及其调节

第九章各种代谢中的联系及调节 第一节细胞代谢的调节网络 第二节代谢调节 思考 第一节细胞代谢的调节网络 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 一 代谢途径交叉形成网络 1 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3 脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系4 核酸与糖 脂类 蛋白质代谢的联系 糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系 糖代谢与脂类代谢的相互联系 糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 糖 酮酸氨基酸蛋白质 NH3 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 脂肪 核酸与糖 脂类 蛋白质代谢的联系 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 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 各类物质代谢都离不开具有高能磷酸键的各种核苷酸 如ATP是能量的 通货 此外UTP参与多糖的合成 CTP参与磷脂合成 GTP参与蛋白质合成与糖异生作用 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 甘油 乙酰CoA 三酰甘油 脂肪酸 植物或微生物 糖分解和糖异生途径中相对独立的单向反应 ATP携带能量 ATP ADP 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 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CoA e 磷酸化 Pi 小分子化合物分解成共同的中间产物 如丙酮酸 乙酰CoA等 共同中间物进入三羧酸循环 氧化脱下的氢由电子传递链传递给氧生成H2O 释放出大量能量 其中一部分通过磷酸化储存在ATP中 大分子降解成基本结构单位 生物氧化的三个阶段 NADPH 生物系统中的能流 D 太阳能 胞液 线粒体 PEP 糖的分解代谢和糖异生的关系 一 代谢调节的概念二 酶水平的调节三 细胞结构对代谢途径的分隔控制调节四 激素调节和跨膜信号转导 第二节代谢调节 代谢调节 生命是靠代谢的正常运转维持的 生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转 必须有灵巧而严密的调节机制 才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要 调节失灵便会导致代谢障碍 出现病态甚至危及生命 在漫长的生物进化历程中 机体的结构 代谢和生理功能越来越复杂 代谢调节机制也随之更为复杂 激素水平调节 神经水平调节 1 酶的别构效应 酶活性的前馈和反馈调节2 产能反应与需能反应的调节3 酶的共价修饰与级联放大机制 二 酶水平的调节 酶活性的前馈和反馈调节 前馈 feedforward 和反馈 feedback 分别说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用 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 一价反馈抑制 多价反馈抑制 反馈抑制 反馈调节中酶活性调节的机制 6 磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用 G UDPG 6 P G 1 P G 糖原 糖原合酶 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 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 氨基酸合成的反馈调控 反硝化作用 氧化亚氮 氨甲酰磷酸 分支酸 脱氧庚酮糖酸 7 磷酸 天冬氨酸 天冬氨酰磷酸 赤藓糖 4 磷酸 脱氢奎尼酸 莽草酸 谷氨酸 磷酸烯醇式丙酮酸 预苯酸 Tyr Phe Trp Ile Trp His CTP AMP Gln Lys Met Thr 酮丁酸 Gly Ala 谷氨酰胺合成酶 天冬氨酰半醛 高丝氨酸 氨基苯甲酸 细胞能量状态指标 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 PEP ADP PiATP ADP PiATP NADH O2 ATPADP Pi AMP ATP2ADP Pi Pi 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某些修饰基团 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 Covalentmoldification 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 例 糖原磷酸化酶的共价修饰 共价修饰 级联系统调控示意图 意义 由于酶的共价修饰反应是酶促反应 只要有少量信号分子 如激素 存在 即可通过加速这种酶促反应 而使大量的另一种酶发生化学修饰 从而获得放大效应 这种调节方式快速 效率极高 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 ATP cAMP R cAMP 3 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 1 4 5 6 cAMP激活蛋白激酶的作用机理 糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控 糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控 其限速酶分别为糖原磷酸化酶和糖原合成酶 它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节 二种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 无活性 OH OH ATP ADP H2O Pi 糖原合成酶b 无活性 糖原磷酸化酶a 有活性 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 糖酵解 磷酸戊糖途径 糖原合成 脂肪酸合成 核苷酸合成 细胞核 核酸合成 内质网 蛋白质合成 磷脂合成 动物细胞结构和代谢途径 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 激素调节的机制 1 含氮激素作用模式2 甾醇类激素作用模式 甾醇类激素作用原理示意图 肽类激素通过cAMP 蛋白激酶调节代谢示意图 内在蛋白质的磷酸化作用 改变细胞的生理过程 细胞膜 细胞膜 动画1 2 3 问答题 1 为什么说三羧酸循环是糖 脂 蛋白质三大物质代谢的共同通路 2 举例说明核苷酸类化合物在各种代谢中的作用 3 试比较变构