章物质代谢的联系及其调节课件

第十一章物质代谢的联系及其调节第一节物质代谢的相互联系第二节代谢调节第三节基因表达调控第一节物质代谢的相互联系

一、糖代谢与脂类代谢的相互关系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系脂肪代谢和糖代谢的关系琥珀酸草酰乙酸3-磷酸甘油TCA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PEP丙酮酸合成葡萄糖或糖原磷酸丙糖

磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸乳酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸延胡索酸a酮戊二酸谷氨酸

琥珀酸单酰CoA

糖脂肪丙氨酸半胱氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸亮氨酸异亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸脯氨酸亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸糖与蛋白质代谢的联系乙醛酸TCA葡萄糖或糖原甘油三酯磷酸丙糖3-磷酸甘油脂肪酸磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸乳酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA酮体草酰乙酸柠檬酸延胡索酸a酮戊二酸谷氨酸

琥珀酸单酰CoA

糖脂肪丙氨酸半胱氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸亮氨酸异亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸脯氨酸亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸

氨基酸、糖及脂肪代谢的联系乙醛酸TCA蛋白质可转变为脂类但脂肪转变为蛋白质的可能性是有限的核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系

核苷酸的一些衍生物具有重要生理功能（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备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。糖类、脂类、氨基酸和核苷酸的代谢联系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-磷酸葡萄糖第二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。代谢调节的四级水平：细胞水平调节酶水平调节激素水平调节神经水平调节多细胞整体水平调节动物植物单细胞生物一、细胞区域化调节线粒体: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;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;氨基酸合成；核苷酸合成；蛋白质合成细胞核:核酸合成内质网:蛋白质加工;磷脂合成二、酶水平调节抑制作用：

反馈抑制－指系列反应终产物对酶活力的抑制激活作用：

前馈激活级联放大激活（一）、酶原激活1、Arg15、Ile162.Thr147

、Asn1482、Arg15、Ser14胰凝乳蛋白酶原激活（2）前馈和反馈激活（4）前馈和反馈调节中酶活性调节的机制(二）、酶活性的前馈和反馈调节（1）限速步骤和标兵酶（3）反馈抑制1、限速步骤和标兵酶

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-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21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖123

调控位点激活剂抑制剂1己糖激酶

ATPG-6-P

2磷酸果糖

AMP

ATP

激酶柠檬酸（限速酶）果糖-2,6-二磷酸

脂肪酸

H＋3丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸ATP

Ala

乙酰CoAATP+CO2+谷氨酰胺

=

氨基甲酰磷酸

天冬氨酸

=

氨甲酰天冬氨酸

PRPP||ATP+5磷酸核糖

UMP

UTPCTP----实线表示代谢途径；虚线表示调节途径；代表抑制-嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶从头合成的调节ATCase反馈抑制

由代谢终产物作为变构剂来抑制在此产物合成过程中某一酶（通常为限速酶）活性的作用，称为反馈抑制。这是一种负反馈机制，多数情况下控制合成代谢。类型：顺序反馈抑制

协同反馈抑制

累积反馈抑制

同工酶反馈抑制反馈抑制顺序反馈抑制示意图ABGDCH---E1E3E2芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节协同反馈抑制示意图ABGFJDCH-E1E3E2---赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节累积反馈抑制示意图谷氨酰氨合成酶的累积反馈抑制前馈激活

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-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21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖123

调控位点激活剂抑制剂1己糖激酶

ATPG-6-P

2磷酸果糖

AMP

ATP

激酶柠檬酸（限速酶）果糖-2,6-二磷酸

脂肪酸

H＋3丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸ATP

Ala

乙酰CoA＋RRCCRRRRCCCC酶活性增加/降低--生理小分子物质：代谢产物、底物、其他和调节基团非共价、可逆结合

酶的别构调节酶分子同工酶反馈抑制示意图ABGFJDCH----E1E2E3E4（三）、同工酶反馈抑制几种氨基酸的同工酶反馈调节

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（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)。蛋白激酶ATPADP磷酸化酶（无活性）磷酸化酶P（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰（四）、共价修饰

果糖－2，6-二磷酸合成和降解的调控

2,6-二磷酸果糖酶2（FBPase2）6-磷酸果糖激酶2（PKF2）低血糖时PiF-2,6-BPF-6-P高血糖时cAMP胰高血糖素+PFK2/FBPase2PFK2/FBPase2H2OPi己糖激酶—+EMP级联放大作用（五）辅因子对已有酶活性的调节

能荷对代谢的调节[NADH]/[NAD+]对代谢的调节金属离子浓度对代谢的调节三、激素水平的调节

制造分泌血液内分泌细胞激素靶细胞生物学效应（第一信使）（受体）激素作用特点量小作用大有特异性作用迅速激素的受体（receptor）化学本质存在部位蛋白质靶细胞质膜靶细胞内靶细胞质膜和靶细胞内蛋白质激素的信息传递激素受体Ｇ蛋白酶第二信使（cAMP)蛋白激酶酶或其他功能蛋白生物学效应主要的第二信使物质：cAMP、cGMP、IP3、DG(DAG，甘油二脂)、Ca2+

蛋白质和肽类激素

2,6-二磷酸果糖酶2（FBPase2）低血糖时PiF-2,6-BPF-6-PcAMP胰高血糖素+PFK2/FBPase2己糖激酶—EMP级联放大作用类固醇激素的调节机制转录因子转录因子

+顺式作用元件四、神经系统对代谢的调节整体调节=神经-体液调节神经系统直接作用通过调节激素的分泌对代谢调节细胞水平调节激素水平调节神经水平调节酶水平调节最主要的调节方式最高水平的调节一、原核和真核基因组二、原核生物酶合成调节的遗传机制

——操纵子学说三、真核生物基因表达的调控第三节基因表达调控一、原核和真核生物基因组基因（gene）：从遗传学讲，基因就是遗传的基本单位或单元，具有编码RNA或多数情况下编码多肽功能的信息单位。从分子生物学看，基因是负载特定遗传信息的DNA分子片段原核生物基因组基因组（genome)：指某一特定生物单倍体所含有的全部基因。基因表达(geneexpression)：基因表达就是基因转录及翻译的过程。产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形态表型1、基因表达的规律（特点）：时、空特异性

1.1时间特异性(temporalspecificity，阶段特异性stagespecificity)：按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性

1.2空间特异性(spacialspecificity，细胞或组织特异性（tissuespecificity）：在个体生长全过程，某种基因产物按不同组织空间顺序出现。

2、基因表达的方式

2.1组成性表达(constitutivegeneexpression)管家基因(housekeepinggene)：在生物个体的几乎所有细胞中持续表达，其表达产物对生命全过程都是必需的或必不可少的基因组成性基因表达（基本的基因表达）：管家基因的表达，它只受启动子与RNA聚合酶相互作用的影响

2.2诱导(induction)和阻遏(repression)表达诱导：在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，该现象称为诱导。相应基因称为可诱导的基因。阻遏：基因对环境信号应答时被抑制，这种基因称为可阻遏的基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏.可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响外，尚受其它机制调节（如：增强子）（一）原核生物基因组的特点1、原核生物DNA分子上大部分是编码蛋白质的结构基因，且多数为单拷贝或仅有少数重复2、功能相关的基因常串联在一起，转录在一条mRNA分子中（多顺反子）3、有基因重叠，即一个基因部分与另一个基因重叠，但有不同的阅读框。基因或一个基因包含在另一个中（基因内基因）。（二）真核生物基因组的特点1、基因组大，有多个复制子2、有大量重复序列：单拷贝序列－－主要编码蛋白质

中度重复序列－－重复几十次到几千次。主要rRNA,tRNA和某些表达量大的蛋白质

高度重复序列－－可重复几百万次，为不编码序列3、有断裂基因，即基因中有内含子和外显子4、基因组上有多数不编码序列，其在基因表达调控中起重要作用二、原核生物的基因表达调控

操纵子学说

●

操纵子（operon）：原核生物中几个功能相关的结构基因，与共同的控制位点组成的一个基因表达的协同单位（DNA序列）.●

一个操纵子

=结构基因（2-6）

+控制位点（启动子+操纵基因+调节基因)调节基因操纵基因结构基因PZYA启动子OR操纵子结构示意图控制位点乳

糖

操

纵

子

的

负

调

控PLacZLacYLacA调节基因操纵基因乳糖结构基因启动子ORmRNAZmRNAYmRNAa阻遏蛋白（无活性）基因表达mRNAA、乳糖操纵子的结构

B、乳糖酶的诱导

乳糖阻遏蛋白（有活性）调节基因操纵基因乳糖结构基因PLacZLacYLacAmRNA阻遏蛋白（有活性）基因关闭启动子OR乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表达CAP基因结构基因TCAPOCAP结合部位

RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代谢产物腺苷酸环化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物与cAMP的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）降低cAMP浓度使CAP呈失活状态失活状态活化状态二、色氨酸操纵子

1.阻遏物对色氨酸操纵子的负调控

trpRtrpa衰减基因调控基因结构基因催化色氨酸合成的酶不转录L2.衰减作用对色氨酸操纵子的调控衰减子是一段富含GC回文序列和富含AT的DNA序列，即内部内终止子。前导肽含14个AA，第10、11位为Trp色氨酸操纵子的前导序列转录、翻译偶联图15-8前导序列的配对方式色氨酸操纵子的衰减机理2、Trp浓度低时转录1、Trp浓度高时衰减酶的诱导和阻遏操纵子模型B.有活性阻遏蛋白＋诱导物A.有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白+辅阻遏剂阻遏蛋白(有活性)结构基因不表达操纵基因启动子调节基因结构基因诱导物诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合,结构基因可以表达阻遏蛋白(无活性)酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达代谢产物真核生物基因表达调控DNA转录初产物RNAmRNA蛋白质前体mRNA降解物