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1、第十五章 物质代谢的联系及其 调节与控制,1. 物质代谢的相互联系,2. 代谢的调节与控制,1、 物质代谢的相互联系,糖代谢与脂类代谢的相互关系,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,糖代谢与脂类代谢的相互联系,糖,脂肪酸,-磷酸甘油,脂肪,脂肪,磷酸二羟丙酮,糖代谢,乙酰CoA,琥珀酸,糖,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,（胞液）,（线粒体）,（PEP）,糖的分解代谢和糖异生的关系,糖代谢与蛋白质代谢 的相互联系,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联
2、系,脂肪,磷酸二羟丙酮,乙酰CoA,氨基酸 碳架,氨基酸,蛋白质,蛋白质,酮酸或 乙酰CoA,脂肪酸,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之间的代谢联系,酮体,代谢调节的概
3、念,细胞区域化调节,激素调节,2、代谢调节与控制,酶水平的调节,*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。,代谢调节的四级水平： 神经水平调节 激素水平调节 细胞水平调节 酶水平调节,多细胞整体水平调节,新陈代谢调节的基本方式,最原始、最本质的调节方式,*酶水平的调节（细胞内代谢的调节）,基因水平上的调节,酶原激活,酶的别构效应
4、 酶活性的前馈和反馈调节,酶的共价修饰与级联放大机制,酶活性的调节,辅因子对已有酶活性的调节,酶活性的调节,通过激活或抑制，改变细胞内已有酶分子的催化活性进行的调节。,1. 通过调节亚基的聚合与解聚改变酶活性,多数情况下：,少数情况下：,2. 通过酶构象变化改变酶活性, 酶的变构调节（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”代谢底物对代谢的调节. 后者的意思是“输出对输入的影响”代谢产物对代谢的调节. 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。这种调节作用是通过酶的变构效应来实现的
5、。, 正前馈作用：指在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反应的调节酶起激活作用。（前馈激活作用）,反馈调节中酶活性调节的机制, 反馈调节作用,反馈调节指在一些反应序列中代谢产物激活或抑制反应序列中调节酶的活性，进而调节 代谢反应速度的作用。,酶 的 反 馈 激 活,葡萄糖,草酰乙酸,丙酮酸,羧化酶,乙酰CoA,活化,磷酸烯醇式丙酮酸,拧檬酸,-酮戊二酸,1，6-二磷酸果糖,反馈抑制作用指代谢产物对前某一催化 反应的调节酶起抑制的作用。,重要的调节方式,类型,*单价反馈抑制作用,*顺序反馈抑制示意图,芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节,*协同反馈抑制作用,赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节,*累积反馈抑制
6、示意图,谷氨酰氨合成酶的累积反馈抑制,*同工酶反馈抑制示意图,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某种基团，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调节（Covalent moldification ）。, 共价修饰调节,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)。,一些可被共价修饰调节的酶 名称 修饰机理 活性变化 磷酸化酶 磷酸化/脱磷酸化 增强/减弱 磷酸化酶b激酶 磷酸化/脱磷酸化 增强/减弱 糖原合成酶
7、 磷酸化/脱磷酸化 减弱/增强 丙酮酸脱氢酶 磷酸化/脱磷酸化 减弱/增强 谷胺酰胺合成酶 腺苷酸化/脱腺苷酸化 减弱/增强,1、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（活性）,2、ATP,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,酶的连续激活及级联放大系统,级联放大系统指连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地引发其它酶被激活，导致原始信号被放大，这样的连锁代谢反应系统称为级联放大系统。,意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号
8、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。, 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,二.酶含量的调节,基因表达调节的主要环节:,原核生物酶合成调节的遗传机制 操纵子学说,真核生物基因表达的调控(自学),1、基因表达的调控,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. 基因表达(gene expression)：基因表达就是基因转
9、录及翻译的过程。在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程，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；rRNA、tRNA编码基因转录生成相应RNA的过程也属于基因表达.,1.基因表达的概念,2.基因表达的规律（特点）及方式,基因表达的规律（特点）：时、空特异,空间特异性(special specificity，细胞或组织特异性（tissue specificity）：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。,时间特异性(temporal specificity，阶段特异性stage specificity)：按功能需要，某一特定基
10、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,基因表达的方式, 组成性表达(constitutive gene expression),管家基因(housekeeping gene) ：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, 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
11、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）,3 协调调节（coordinate regulation）,在一定机制控制下，机能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达。这种调节称为协调调节,1.原核生物基因表达的调控, 操纵子学说 ：,操纵子原核生物基因表达的协同单位，由功能上彼此相关的结构基因(编码蛋白质)和位于结构基因前的控制部位组成。控制部位包括操纵基因和启动子。,操纵子,.酶合成的诱导和阻遏,诱导基因产物随诱导物分子浓度的增加
12、而增加的过程。,阻遏基因产物随信号分子浓度的增加而减少的过程。,酶的诱导和阻遏操纵子模型,B.有活性阻遏蛋白加诱导剂,A.有活性阻遏蛋白,C.无活性阻遏蛋白,D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂,乳 糖 操 纵 子 的 负 调 控,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,P,LacZ,LacY,Laca,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,启动子,O,R,A、乳糖操纵子的结构,B、乳糖酶的诱导,阻遏蛋白（有活性）,乳糖操纵子的正调控,R,LacZ,LacY,Laca,mRNA,CAP基因,结构基因,T,CAP,O,CAP结合部位,RNA聚合酶,T,cAMP -CAP,P,CAP：降解物基因活化蛋白（catabol
13、ic gene activation protein）,使CAP呈失活状态,真核生物基因表达调控,DNA,转录初产物RNA,mRNA,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,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,动物激素4类：氨基酸及其衍生物、肽及蛋 白类、固醇类、脂肪酸衍生物。 植物激素5类：生长素、赤霉素类、激动素、 脱落酸、乙烯。,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,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、试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？ 3、试以大肠杆菌乳糖操纵子说明酶合成的诱导和阻遏。 4、写出天冬氨酸在体内氧化生成CO2和H2O的主要历程，注明其中脱氢反应的酶，并计算所产生的ATP数目。 名词解释 反馈抑制 共价修饰 第二信使 操纵子 级联放大系统,