细胞代谢与基因表达调控调控

1、第一节第一节 新陈代谢新陈代谢新陈代谢新陈代谢概念、意义、本质概念、意义、本质1 1、是生物最基本特征，包括消化、吸收、中间代、是生物最基本特征，包括消化、吸收、中间代谢、排泄。谢、排泄。2 2、包括同化作用和异化作用两个生理过程、包括同化作用和异化作用两个生理过程3 3、实质、实质: :物质、能量代谢物质、能量代谢4 4、新陈代谢是生物体内自我更新的过程、新陈代谢是生物体内自我更新的过程 生物体与外界环境之间物质和能量的交换，以及生生物体与外界环境之间物质和能量的交换，以及生物体内物质和能量的转变过程物体内物质和能量的转变过程 同化作用和异化作用：同化作用和异化作用：外界物质外界物质机体自身

2、物质机体自身物质同化作用同化作用异化作用异化作用atp同化作用，以合成代谢为主，也包含分解代谢同化作用，以合成代谢为主，也包含分解代谢多糖分解成单糖，再分解成乙酰多糖分解成单糖，再分解成乙酰coacoa，合成甘油三脂。，合成甘油三脂。大分子物质大分子物质小分子物质小分子物质合成代谢合成代谢分解代谢分解代谢合成代谢与分解代谢合成代谢与分解代谢异化作用，以分解代谢为主，也包含合成代谢异化作用，以分解代谢为主，也包含合成代谢氨基酸分解生成氨，再合成尿素排出体外。氨基酸分解生成氨，再合成尿素排出体外。中间代谢中间代谢外界物质外界物质化学能化学能 h h机体组织机体组织分解产物分解产物分解代谢分解代谢合

3、成代谢合成代谢自由能自由能 f f（机械能、电能）（机械能、电能）热能热能q能量代谢在新陈代谢中的地位能量代谢在新陈代谢中的地位l 吸能的反应必须由外界供给能量吸能的反应必须由外界供给能量l atpatp是能量代谢的是能量代谢的“货币货币”在能量贮存和传递中，起着重要作用的物质在能量贮存和传递中，起着重要作用的物质1 1）辅酶）辅酶i i和辅酶和辅酶iiii的递能作用的递能作用 （vppvpp）2 2）fmnfmn和和fadfad递能作用（递能作用（vbvb2 2）3 3）coacoa在能量代谢中的作用（在能量代谢中的作用（vbvb3 3 ，泛酸），泛酸）新陈代谢新陈代谢 合成代谢合成代谢（同

4、化作用）（同化作用） 分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用）生物小分子合成为生物小分子合成为生物大分子生物大分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物大分子分解为生物小分子生物小分子能量能量代谢代谢物物质质代代谢谢中间代谢中间代谢生物大分子：生物大分子：糖、脂类、蛋白质糖、脂类、蛋白质蛋白质和脂类代谢取决于糖代谢的程度蛋白质和脂类代谢取决于糖代谢的程度第二节第二节 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系tcatca：糖、脂肪和蛋白质三大物质互相转化的枢纽：糖、脂肪和蛋白质三大物质互相转化的枢纽物质代谢物质代谢-联系联系-转化转化关键代谢物：关键代谢物：如如g-6-pg-6-p，丙

5、酮酸、乙酰辅酶，丙酮酸、乙酰辅酶a a一、糖代谢与蛋白质代谢的相互关系一、糖代谢与蛋白质代谢的相互关系1 1）蛋白质蛋白质aaaa，生糖，生糖aaaa- -酮酸酮酸糖糖（多数）（多数）aaaa脱氨脱氨丙酮酸丙酮酸糖异生糖异生糖糖2 2）糖糖非必需非必需aaaa，但不能合成必需，但不能合成必需aaaa糖代谢：糖代谢：为为prpr合成提供碳源和能源合成提供碳源和能源2 2、糖代谢与脂类代谢的关系、糖代谢与脂类代谢的关系饥饿：与糖尿病类似的情况饥饿：与糖尿病类似的情况3 3、脂类代谢与蛋白质代谢的关系、脂类代谢与蛋白质代谢的关系脂类分解产生较多的能量脂类分解产生较多的能量体内贮藏能量的物质体内贮藏能

6、量的物质脂类与蛋白质之间可以相互转化脂类与蛋白质之间可以相互转化4 4、核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系、核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系glygly、aspasp、glngln嘌呤、嘧啶嘌呤、嘧啶ampamp辅酶、组氨酸等辅酶、组氨酸等蛋白酶蛋白酶核苷酸、核酸的合成核苷酸、核酸的合成一碳基团一碳基团核苷酸、核酸的合成核苷酸、核酸的合成酮体酮体co2尿素尿素大分子降解大分子降解成基本结构成基本结构单位（构造单位（构造单元）单元）构造单元形成构造单元形成共同的中间产共同的中间产物（如物（如丙酮酸丙酮酸、乙酰、乙酰coacoa等）等），产生，产生nadphnadph、atpatp中间物进入

7、中间物进入tca,tca,彻底氧化彻底氧化h h2 2o o、coco2 2，产生大量，产生大量atpatp第三节、代谢调控总论第三节、代谢调控总论代谢调节的三级水平：代谢调节的三级水平： 细胞细胞/ /酶水平调节酶水平调节 激素水平调节激素水平调节 神经水平调节神经水平调节多细胞整体水平调节多细胞整体水平调节代谢物通过影响细胞内酶活力和酶合成代谢物通过影响细胞内酶活力和酶合成量的变化，改变合成或分解代谢过程的量的变化，改变合成或分解代谢过程的速度速度内分泌腺所分泌的激素通过体液输送到内分泌腺所分泌的激素通过体液输送到一定组织，作用于靶细胞，改变酶活性一定组织，作用于靶细胞，改变酶活性而调节代

8、谢反应的方向和速度。而调节代谢反应的方向和速度。cns的控制下，通过神经递质对效应的控制下，通过神经递质对效应器发生直接影响，或者改变激素的分泌。器发生直接影响，或者改变激素的分泌。一、酶水平的调节一、酶水平的调节酶酶水水平平调调节节酶活性调节酶活性调节 （酶结构调节）（酶结构调节）变（别）构调节变（别）构调节快速调节快速调节 （微调）（微调）酶合成的诱导与阻遏酶合成的诱导与阻遏 长期调节长期调节 （粗调节）（粗调节）酶含量调节酶含量调节 （基因表达水平调节）（基因表达水平调节）化学修饰调节化学修饰调节酶的降解酶的降解 （一）酶活力的调节（一）酶活力的调节别构效应物别构效应物别构激活剂别构激活

9、剂别构激活（正反馈）别构激活（正反馈）增加活性增加活性 别构抑制剂别构抑制剂别构抑制（负反馈）别构抑制（负反馈）降低活性降低活性底物、产物底物、产物或或atpatp、adpadp、ampamp等等代谢物代谢物别别构构中中心心活性活性中心中心反馈调节中酶活性调节的机制反馈调节中酶活性调节的机制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-7-7-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-4-4-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

10、酸trytryphephetrptrpileiletrptrphishisctpctpampampglnglnlyslysmetmetthrthr酮丁酸酮丁酸glyglyalaala谷氨酰胺合酶谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛高丝氨酸高丝氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸协同反馈抑制协同反馈抑制顺序反馈抑制顺序反馈抑制2 2、产能反应与需能反应的调节、产能反应与需能反应的调节细胞能量状态指标细胞能量状态指标0.850.850.950.95能荷能荷0.850.85，产能（分解）代谢加强，产能（分解）代谢加强能荷能荷0.950.95，贮能（合成）代谢加强，贮能（合成）代谢加强糖原糖原葡萄糖葡萄糖co2h

11、2oatp321atpatp、adpadp、ampamp也也是一种变构剂是一种变构剂丙酮酸丙酮酸 g g细胞液细胞液柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰coacoa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coacoa丙酮酸丙酮酸 线粒体线粒体 g-6-pg-6-p f-6-p f-6-p f-1.6-2p f-1.6-2p 磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶peppepadp+pi atpadp+pi atpadp+pi atpadp+pi atp nadhnadh o o2 2atpatp adp+piadp+piamp + atp 2adpamp + atp 2adp pipipipi pep

12、pep 羧激酶羧激酶+ + + +- - - -+ + +- - - - - 己糖激酶己糖激酶 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 脱氢酶脱氢酶糖酵解与糖酵解与tcatca途径的调节途径的调节3 3、酶的共价修饰和级联系统、酶的共价修饰和级联系统（1 1）共价修饰）共价修饰（covalent modificationcovalent modification）：）： 酶蛋白肽链上的基团在另一些酶的催化下可与某种化学酶蛋白肽链上的基团在另一些酶的催化下可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这种改变酶基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，

13、这种改变酶活性的调节方式活性的调节方式（2 2）共价修饰的类型：）共价修饰的类型：磷酸化磷酸化/ /去磷酸化去磷酸化（最常见），乙酰化（最常见），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-ss-s）/ /还原还原(2sh)(2sh)（3 3）特点）特点 修饰过程，酶活性在修饰过程，酶活性在无活性无活性（低活性）与（低活性）与有活性有活性（高活性）（高活性） 两种状态中两种状态中互变互变 共价修饰互变由共价修饰互变由不同的酶催化不同的酶催化 快速快速调节调节 激素信号启

14、动的共价修饰会引起激素信号启动的共价修饰会引起级联放大效应级联放大效应糖原磷酸化酶和糖原合成酶活性的调节糖原磷酸化酶和糖原合成酶活性的调节受共价修饰调节的酶受共价修饰调节的酶酶酶来源来源改变反应改变反应对酶活力的对酶活力的影响影响糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶真核细胞真核细胞磷酸化磷酸化/ /脱磷酸化脱磷酸化+/-+/-磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶哺乳类哺乳类磷酸化磷酸化/ /脱磷酸化脱磷酸化+/-+/-糖原合成酶糖原合成酶真核细胞真核细胞磷酸化磷酸化/ /脱磷酸化脱磷酸化-/+-/+丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶真核细胞真核细胞磷酸化磷酸化/ /脱磷酸化脱磷酸化-/+-/+谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶

15、原核细胞原核细胞( (大肠杆菌大肠杆菌) )腺苷酰化腺苷酰化/ /脱腺苷酰化脱腺苷酰化-/+-/+（4 4）级联系统级联系统（cascade systemcascade system）：）： 连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激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，导致原始信号的放大活，导致原始信号的放大级联系统。级联系统。肾上腺素肾上腺素膜受体，效应器活化，引发一系列胞内连锁反应膜受体，效应器活化，引发一系列胞内连锁反应意义意义：由于酶由于酶的共价修饰反应的共价修饰反应是酶促反应，只是酶促反应，只要有少量信号分要有少量信号分子（如激素）存子（如激素）存在，即可通过加在，即可通过加速这种酶促反应，速这种酶促反应，而使大量的另一而使大量的另一种酶发生化学修种酶发生化学修饰，从而获得放饰，从而获得放大效应。这种调大效应。这种调节方式节方式快速、效快速、效率极高。率极高。4 4、酶原与酶原激活、酶原与酶原激活酶原：酶原：某些酶的无活性前体蛋白某些酶的无活性前体蛋白酶原激活：酶原激活：无活性的酶原形成活性酶的过程无活性的酶原形成活性酶的过程实质：实质：活性中心的形成或暴露过程活性中心的形成