11.代謝調(diào)節(jié)-2011.ppt

1、第11章 代謝調(diào)節(jié),11.1 代謝途徑的相互聯(lián)系,11.2 代謝調(diào)節(jié),第11章 代謝調(diào)節(jié),11.1 代謝途徑的相互聯(lián)系 11.1.1 代謝網(wǎng)絡(luò),（二）糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,(一）生物體內(nèi)糖和脂肪的相互轉(zhuǎn)變,（三）脂肪代謝與蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,（四）核酸與其它物質(zhì)代謝的聯(lián)系,重新形成氨基酸,糖 脂肪,蛋白質(zhì),生酮AA,動(dòng)物組織不易利用脂肪酸合成AA,核酸通過(guò)控制Pr的合成影響細(xì)胞的組成和代謝。,核酸的合成受到其它物質(zhì)的控制。如核酸的合成需E和多種Pr因子參加。Gly、Asp、Gln和磷酸戊糖合成核苷酸。,中心代謝途徑（無(wú)定向代謝途徑）：指EMP途徑-TCA循環(huán)。因?yàn)樵撏緩街械囊恍┐x中間物與糖

2、、脂肪、 Pr和核酸等物質(zhì)代謝密切相關(guān)，是溝通各代謝之間聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。,11.1.2 分解代謝與合成代謝的關(guān)系,11.1.3 能量與代謝的關(guān)系,能量與代謝,代謝調(diào)節(jié)分為四個(gè)水平：,11.2.1 E的區(qū)域化分布,DNA復(fù)制、RNA合成 EMP、PPP、糖原合成、糖異生、脂肪酸合成 TCA、脂肪酸氧化、ETS、氧化磷酸化、轉(zhuǎn)氨基作用,P.352,Pr合成、磷脂合成 水解酶類(lèi) 乙醛酸循環(huán),在真核細(xì)胞內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著各種不同的代謝反應(yīng)，相互間不發(fā)生干擾，不出現(xiàn)紊亂的原因：,E定位的區(qū)域化 膜結(jié)構(gòu)對(duì)代謝的調(diào)控（物質(zhì)運(yùn)輸、 能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞）,11.2.2 酶活性的調(diào)節(jié)微調(diào),E活性的調(diào)節(jié)包括：酶原激活、

3、E的變（別）構(gòu)效應(yīng)、 E分子的共價(jià)修飾、E分子的解聚與聚合、抑制與激活的調(diào)節(jié)、輔因子對(duì)代謝的調(diào)節(jié)。,P.353,意義：避免了不需要時(shí)活性E對(duì)組織與器官的損傷；需要時(shí)E可迅速轉(zhuǎn)化為活性形式，保證了代謝的及時(shí)需要。,11.2.2.1 酶原激活,E原激活,E原 活化 活性E 名 稱(chēng) 合成部位 部位 途徑 胃PrE原 胃粘膜 胃PrE 胃腔 從N-末端切 胃PrE 除42個(gè)AA 胰PrE原 胰 腸激E、 小腸腔 從N-末端切 胰PrE 胰PrE 除六肽 胰凝乳 胰 胰PrE 小腸腔 內(nèi)切兩個(gè) 胰凝乳 PrE原 二肽 PrE 羧肽E原 胰 胰PrE 小腸腔 羧肽E,11.2.2.2 變構(gòu)效應(yīng) 3-磷酸甘

4、油醛脫氫酶 負(fù)協(xié)同效應(yīng) 天冬氨酸氨甲?；D(zhuǎn)轉(zhuǎn)移酶 正協(xié)同效應(yīng),酶活性調(diào)節(jié)產(chǎn)生的效應(yīng) E活性的前饋與反饋調(diào)節(jié),重點(diǎn)介紹反饋抑制和前饋激活。,1、限速步驟和標(biāo)兵E,限速步驟， E2是標(biāo)兵E，標(biāo)兵E常常是一種變構(gòu)調(diào)節(jié)E。 如：EMP中的磷酸果糖激E。,2、反饋抑制,反饋抑制：在系列反應(yīng)中，終產(chǎn)物抑制反應(yīng)序列前頭的標(biāo)兵E的作用。,天冬氨酸 十 氨甲酰磷酸 氨甲酰天冬氨酸 十 磷酸 CTP是該酶的一種強(qiáng)烈的抑制劑；而腺苷三磷酸(ATP)是一種激活劑。,順序反饋抑制,多重性的反饋抑制,累積反饋抑制,協(xié)同反饋抑制,二價(jià)反饋抑制：,（1）順序反饋抑制,X或Y積累時(shí)，只分別抑制d或d。當(dāng)d和d同時(shí)受抑制時(shí)，D積

5、累，進(jìn)而對(duì)a起反饋抑制。,（2）協(xié)同反饋抑制,X和Y除分別對(duì)d和d反饋抑制外，還協(xié)同抑制a。但X或Y單獨(dú)不抑制a。,（3）積累反饋抑制,X或Y單獨(dú)積累時(shí)，對(duì)a只起部分抑制，當(dāng)兩者都積累時(shí)對(duì)a 起累積的反饋抑制。,（4）酶的多重性（同工酶）反饋抑制,分支代謝的幾個(gè)終產(chǎn)物往往對(duì)這一組中的某一個(gè)酶發(fā)生抑制。,3、前饋激活,前饋激活：代謝途徑中，后面的酶促反應(yīng)被前面的中間產(chǎn)物所促進(jìn)的作用。,11.2.2.3 E 的共價(jià)修飾,共價(jià)修飾：E分子中的某些基團(tuán)，在其它E的催化下，可以共價(jià)結(jié)合或脫去，引起E分子構(gòu)象的變化，改變E的活性。 共價(jià)修飾調(diào)節(jié)E的特點(diǎn)： A、存在活性和無(wú)活性?xún)煞N形式 B、E的這兩種形式通

6、過(guò)E促的共價(jià)修飾相互轉(zhuǎn)變 C、伴有級(jí)聯(lián)放大,P.357,共價(jià)修飾形式：,磷酸化/去磷酸化：真核生物E的主要修飾形式 乙?；?去乙酰化 腺苷?；?去腺苷?；?尿苷?；?去尿苷?；?甲基化/去甲基化 氧化（S-S）/還原（2SH）,級(jí)聯(lián)放大作用 連鎖代謝反應(yīng)系統(tǒng)稱(chēng)為級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。級(jí)聯(lián)系統(tǒng)代謝反應(yīng)中一個(gè)酶被激活后連續(xù)地發(fā)生其他酶被激活，導(dǎo)致原始信號(hào)的放大，叫級(jí)聯(lián)放大作用。,腎上腺素激活肝糖原分解的連鎖反應(yīng),第一信使,效應(yīng)器,第二信使,P.358,腎上腺素引起的級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)即是一個(gè)例子。腎上腺素與靶細(xì)胞上的受體相結(jié)合后，產(chǎn)生cAMP，引起一系列的連鎖代謝反應(yīng)。使微弱的原始信號(hào)(腎上腺素濃度為1 0-81

7、0-10 molL)引起強(qiáng)烈的效應(yīng)。（8個(gè)數(shù)量級(jí)）,11.2.2.4 輔因子對(duì)代謝的調(diào)節(jié),1、能荷對(duì)代謝的調(diào)節(jié) 2、NADH/NAD+比對(duì)代謝的調(diào)節(jié) 3、金屬離子濃度的調(diào)節(jié) 如Mg2+是許多激酶的激活劑,11. 2. 2. 5 激素對(duì)代謝的調(diào)節(jié)：,激素：由動(dòng)、植物的特殊細(xì)胞合成，并經(jīng)體液輸送到作用部位，調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝或生理功能的多種微量化合物。 哺乳動(dòng)物的激素：AA及其衍生物、肽及Pr、固醇類(lèi)、脂肪酸衍生物 植物激素：生長(zhǎng)素類(lèi)、赤霉素類(lèi)、激動(dòng)素類(lèi)、脫落酸、乙烯,激素的作用機(jī)理：,第二信使：能接受第一信使傳來(lái)的信息，使之傳到細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)。 cAMP：環(huán)腺苷酸 CaM：鈣調(diào)素 IP3：三磷酸肌醇 D

8、G：二酰甘油,11. 2. 3 酶含量的調(diào)節(jié)粗調(diào),生物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，主要通過(guò)酶合成的控制即基因表達(dá)調(diào)控（主要在轉(zhuǎn)錄水平）進(jìn)行調(diào)節(jié)（基因表達(dá)：遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程）。,P.368,11. 2. 3. 1 原核和真核生物基因組,基因：指DNA分子中的最小功能單位。包括為RNA（tRNA、rRNA）、Pr編碼的結(jié)構(gòu)基因及無(wú)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的調(diào)節(jié)基因。 基因組：指某一特定生物單倍體所含的全體基因。,A、DNA分子上大部分是編碼Pr的結(jié)構(gòu)基因，故多數(shù)為單拷貝或僅有少量重復(fù)。 B、功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起，轉(zhuǎn)錄在一條mRNA分子中（多順?lè)醋樱?C、有基因重疊,1 原核生物基因組的特點(diǎn),2 真核生物基因組

9、的特點(diǎn),A、基因組大，如人單倍體基因組為3109bp，有多個(gè)復(fù)制子 B、有大量重復(fù)序列 C、有短裂基因，即基因中有外顯子區(qū)和內(nèi)含子區(qū) D、DNA上有許多不編碼序列，它們?cè)诨虮磉_(dá)調(diào)控中起重要作用,11.2.3.2 原核生物的基因表達(dá)調(diào)控,E合成的調(diào)節(jié)方式有兩種： E合成的誘導(dǎo)：加入誘導(dǎo)劑，E誘導(dǎo)合成；誘導(dǎo)劑一般是E的底物或底物類(lèi)似物。 E合成的阻遏：加入輔阻遏物，E合成被阻遏；輔阻遏物一般是E的產(chǎn)物或產(chǎn)物類(lèi)似物。,1 操縱子（operon）學(xué)說(shuō),1961年，Monod和Jacob提出了操縱子模型，成功地解釋了E的誘導(dǎo)與阻遏。 操縱子：在轉(zhuǎn)錄水平上控制基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，它包括結(jié)構(gòu)基因、操縱基因

10、、啟動(dòng)子。,結(jié)構(gòu)基因（S）：合成一種或幾種功 能上相關(guān)的E或RNA 操縱基因（O）：阻遏Pr 控制部位 的結(jié)合部位 啟動(dòng)子（P）：RNA聚合 E的結(jié)合部位,調(diào)節(jié)基因（R）的產(chǎn)物阻遏Pr控制操縱子中操縱基因的開(kāi)與關(guān)。,操縱子及其調(diào)節(jié)基因示意圖,2 E合成的誘導(dǎo)乳糖操縱子,負(fù)調(diào)控：無(wú)調(diào)節(jié)Pr，基因on；有調(diào)節(jié)Pr，基因off。調(diào)節(jié)Pr稱(chēng)阻遏Pr。 正調(diào)控：無(wú)調(diào)節(jié)Pr，基因off ；有調(diào)節(jié)Pr，基因on 。調(diào)節(jié)Pr稱(chēng)無(wú)輔基誘導(dǎo)Pr。,A、乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控,B、乳糖操縱子的正調(diào)控 分解代謝物阻遏,有G，即使有乳糖，E . Coli也不合成-半乳糖苷E。 cAMP可與降解物基因活化蛋白（CAP）結(jié)合而

11、活化CAP。CAP結(jié)合位點(diǎn)是啟動(dòng)子的一部分，它的結(jié)合促進(jìn)了RNA聚合E與啟動(dòng)子結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄的起始更加頻繁。,（含量降低）,cAMP含量低，CAP無(wú)活性，基因關(guān)閉。,分解代謝物阻遏,乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控(無(wú)葡萄糖),乳糖操縱子的正調(diào)控（存在乳糖）,3 E合成的阻遏Trp操縱子,11. 2. 2. 3 組成性合成,若調(diào)節(jié)基因突變，不能產(chǎn)生正常的阻遏Pr;或操縱基因突變，阻遏Pr不能與突變的操縱基因結(jié)合，則無(wú)論誘導(dǎo)與阻遏存在與否細(xì)胞都能合成相應(yīng)的E。這種現(xiàn)象成為組成型合成（constitutive synthesis）。,11.2.3.4 真核生物的基因表達(dá)調(diào)控,1、真核基因表達(dá)調(diào)控的五個(gè)水平 A、DNA水平 B、轉(zhuǎn)錄水平 C、轉(zhuǎn)錄后水平 D、翻譯水平 E、翻譯后水平,2、真核生物的基因調(diào)控主要是正調(diào)控,3、順式作用元件和反式作用因子 （1）調(diào)控Pr與DNA接觸的亞結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)基元 A、鋅指（Zinc finger) B、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（HTH）,（2）調(diào)控Pr與其它調(diào)控Pr或RNA聚合E接觸的結(jié)構(gòu)域,A、螺旋-環(huán)-螺旋（HLH） B、亮氨酸拉鏈（leucine zipper