代谢调控-2(上传)

☆代谢作用的基本目的是形成ATP、NADPH以及合成自身生物大分子的前体。第十七章代谢调控◆细胞的区域化分隔◆代谢整体网络化◆酶合成水平的调控◆酶活性水平的调控代谢调控一、代谢途径的相互联系1.细胞水平的分隔调控;2.由少数中间代谢物沟通各代谢途径；并使各个途径的相互转化成为可能;3.由少数不可逆反应决定代谢特点：方向、水平;（限速酶/关键酶）二、酶水平的调控是代谢调控的基础二、酶水平的调控是代谢调控的基础：●合成水平的调控；●活性水平的调控。1、酶合成水平的调控——转录水平的调控。原核生物基因表达的调控：操纵子模型——Jacob和Monod，1961年。（原核转录调控）真核生物基因表达调控DNA转录初产物RNAmRNA蛋白质前体mRNA降解物活性蛋白质DNA水平调节转录水平调节转录后加工的调节翻译调节mRNA降解调节翻译后加工的调节核细胞质真核基因表达调控的五个水平DNA水平调节转录水平调节转录后加工的调节翻译水平调节翻译后加工的调节真核基因调控主要是正调控顺式作用元件和反式作用因子转录因子的相互作用控制转录二、酶水平的调控是代谢调控的基础：●合成水平的调控；●活性水平的调控。（1）酶原的激活（2）酶的别构效应酶活性的前馈和反馈调节（3）产能反应与需能反应的调节（4）酶的共价修饰与级联放大机制2、酶活性水平的调节酶活性调节的别构效应代谢物别构中心活性中心酶活性的前馈和反馈调节前馈（feedforward）和反馈（feedback）是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别借用来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。S0SnS2S1E0E1En-1或+—或+—反馈前馈6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原合成酶ATPADPUTPUDPG同功酶反馈抑制协同反馈抑制顺序反馈抑制累积反馈抑制谷氨酰氨合成酶反馈抑制：同功酶反馈抑制协同反馈抑制顺序反馈抑制累积反馈抑制是一种准确而经济的调控方式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细胞能量状态指标能荷=—————————[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]产能反应与需能反应的调节糖酵解与三羧酸循环途径的能量信号调节丙酮酸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-PF-6-PF-1.6-2P磷酸果糖激酶PEPADP+PiATPADP+PiATPNADHO2ATPADP+PiAMP+ATP2ADPPiPiPEP羧激酶+++---++----己糖激酶丙酮酸脱氢酶柠檬酸合成酶-酮戊二酸脱氢酶又称辅因子对酶活的调控●能荷及能荷的调控●NAD（P）H/NAD(P)比值的调控＋●金属离子的调控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。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)。激酶ATPADP磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶aP（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰共价修饰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)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶b(无活性)糖原磷酸化酶a(有活性)PP酶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、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102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456（1）酶原的激活（2）酶的别构效应酶活性的前馈和反馈调节（3）产能反应与需能反应的调节（4）酶的共价修饰与级联放大机制2、酶活性水平的调节二、酶水平的调控是代谢调控的基础：●合成水平的调控；●活性水平的调控。◆细胞的区域化分隔◆代谢整体网络化◆酶活性水平的调控◆酶合成水平的调控代谢调控生命即为受集成和受调控的各代谢途径的网络系统。第二章蛋白质化学第三章核酸化学第四/五章酶学/维生素与辅酶第六章生物膜第七章代谢概述第八/九章糖类代谢/生物氧化与氧化磷酸化第十章脂类代谢第十一章蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢第十二章核酸的酶促降解和核苷酸代谢第十三/十四章DNA/RNA的生物合成第十五/十六章蛋白质的生物合成/重组DNA技术第七章代谢概述第八/九章糖类代谢/生物氧化与氧化磷酸化第十章脂类代谢第十一章蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢第十二章核酸的酶促降解和核苷酸代谢第十三/十四章DNA/RNA的生物合成第十五/十六章蛋白质的生物合成/重组DNA技术新陈代谢：蛋白质核酸碳水化合物脂类生物大分子氨基酸核苷酸葡萄糖脂肪酸/甘油构件分子6-磷酸-葡萄糖丙酮酸共同降解物乙酰COA电子传递链氧化磷酸化代谢终产物含氮终产物ADPATPTCA循环H+e-o2+H2OCO2尿素循环生物大分子的降解并非简单的逐一降解，而是先降解成共同的小的片段，再由小片段按一定的代谢途径最终降解。这样的好处？……生物大分子的降解方式：水解、硫解、磷酸解、焦磷酸解降解产物往往多是一种活化形式，方便后续的彻底分解或合成的再利用。生物物质的分解方式：降解：构件分子或小分子中间物分解：最简单的无机物（CO2、H2O、NH3、SO2等）物质分解的作用：获取自身生长的能量和中间物生命物质合成的特点：自养生物：从无到有、从头合成异养生物：半合成－缩合、聚合由小到大、由简单到复杂生命物质合成的中心是：光合作用和生物固氮生命物质代谢的条件：实现酶催化作用的条件就是生命物质代谢所需的条件。酶促反应是生命物质的基本特点生命物质代谢的互补性生命物质代谢在种属之间的互补性就是一种生态学上的生物链关系。同一生物体内物质代谢的互补性，其实质就是一种内在的相互联系，体现了即联系又独立的整体性。蛋白质核酸碳水化合物脂类生物大分子氨基酸核苷酸葡萄糖脂肪酸/甘油构件分子6-磷酸-葡萄糖丙酮酸共同降解物乙酰COA电子传递链氧化磷酸化代谢终产物含氮终产物ADPATPTCA循环H+e-o2+H2OCO2尿素循环呼吸代谢：糖酵解TCA循环电子传递链氧化磷酸化细胞质线粒体基质线粒体内膜呼吸代谢之物质代谢部分：糖代谢——生理功能：1.供应能量的主体；2.有机体重要的碳源；3.有机体重要的结构组分；生理功能：4.特殊生理功能的糖脂糖蛋白；5.其磷酸化衍生物可形成许多重要的生理活性物质：如NADH、FADH2、ATP、GTP、cAMP等。糖类的降解与合成：水解、磷酸解：酶的协同作用合成：糖核苷酸的形成及作用直接能量供体：葡萄糖1.供氧充足时，彻底氧化分解：H2O和CO2；2.缺氧时，糖酵解至丙酮酸再乳酸或乙醇发酵；直接能量供体：葡萄糖3.重要的己糖支路：专为有机体自身还原性物质的合成做准备；4.小分子非糖物质经糖异生作用生成葡萄糖以维持血糖稳定。呼吸代谢之能量代谢部分：生物氧化——生成ATP的氧化系统氧化磷酸化作用光合磷酸化、底物水平磷酸化机体最主要的能量储存和供应物质：甘油三酯的代谢磷酸戊糖途径：还原力、骨架库甘油三酯的降解1.脂肪动员：由脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸；2.脂肪酶为其关键限速酶，属于共价修饰酶；3.产物去向：甘油（糖酵解或糖异生）；脂肪酸（氧化供能）脂肪酸代谢的调控柠檬酸、乙酰CoA羧化酶、丙二酰COA、肉毒碱转移酶Ι；乙醛酸循环脂肪酸向糖的转化含氮化合物的代谢：氨基酸与核苷酸的代谢一、氮素循环二、生物固氮三、氨的同化蛋白质核酸碳水化合物脂类生物大分子氨基酸核苷酸葡萄糖脂肪酸/甘油构件分子6-磷酸-葡萄糖丙酮酸共同降解物乙酰COA电子传递链氧化磷酸化代谢终产物含氮终产物ADPATPTCA循环H+e-o2+H2OCO2尿素循环代谢调控的策略及特点一、物质代谢的特点：整体性、少数的共同代谢中间物、限速酶（关键酶）、严格调控、区域化（各代谢途径严格的细胞内定位）、共同的能量载体（ATP、NADH、FADH2、NADPH）物质代谢的相互联系三大营养物质糖、脂和蛋白质，乙酰CoA是其共同代谢中间物，TCA循环是其碳骨架最后分解的共同代谢途径，一般情况下，优先糖和脂质供能以节约蛋白质的消耗。酶水平的调控是代谢调控的基础：●合成水平的调控；●活性水平的调控。功能型生物信息大分子的组装中心法则DNA是主要的遗传物质◆复制◆转录◆翻译DNARNA蛋白质第七章代谢概述第八/九章糖类代谢/生物氧化与氧化磷酸化第十章脂类代谢第十一章蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢第十二章核酸的酶促降解和核苷酸代谢第十三/十四章DNA/RNA的生物合成第十五/十六章蛋白质的生物合成/重组DNA技术新陈代谢：共享生命敬重生命探究生命