生物化學(xué)第39章課件

第39章細(xì)胞代謝調(diào)控一、細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)二、酶活性的調(diào)節(jié)三、細(xì)胞結(jié)構(gòu)對代謝途徑的分隔控制四、細(xì)胞信號傳遞系統(tǒng)五、基因表達(dá)的調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝內(nèi)容：物質(zhì)代謝能量代謝信息代謝代謝調(diào)節(jié)的三個水平：分子水平細(xì)胞水平多細(xì)胞整體水平負(fù)責(zé)代謝調(diào)控的物質(zhì)：蛋白質(zhì)（及RNA），因此與基因表達(dá)有關(guān)。一、細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞代謝的原則和要略：將各類物質(zhì)分別納入共同代謝途徑，以少數(shù)種類的反應(yīng)產(chǎn)生種類繁多的分子；不同的代謝途徑可通過交叉點(diǎn)上的關(guān)鍵中間代謝物相互作用和相互轉(zhuǎn)化。三個最關(guān)鍵的中間代謝物：葡萄糖—6磷酸丙酮酸乙酰輔酶A2、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝

的相互聯(lián)系

脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪3、糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

乙醛酸循環(huán)-氧化糖異生檸檬酸循環(huán)植物微生物酵解磷酸二羥丙酮丙酮酸還原甘油氧化脫羧乙酰CoA脂肪酸脂肪糖4、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)

代謝的聯(lián)系

核苷酸的一些衍生物具重要生理功能，如CoA，F(xiàn)AD，F(xiàn)MN，NAD+，NADP+，cAMP，cGMP等。核酸是細(xì)胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細(xì)胞的成分和代謝類型。核酸的合成需要糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要酶和多種蛋白因子。許多核苷酸在代謝中具有重要作用，ATP是主要的能量載體，此外，UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，

GTP參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。葡糖異生途徑概貌分解代謝和合成代謝的單向性代謝過程是單向的，同一物質(zhì)的分解和合成途徑不同，其分解和合成途徑中某些關(guān)鍵部位的正、逆反應(yīng)由不同的酶催化。己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶代謝的基本要略細(xì)胞代謝的內(nèi)容：分解代謝合成代謝基本要略：形成ATP（底物水平磷酸化、氧化磷酸化）、還原力（NADPH）、構(gòu)造單元，用于生物合成。脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA）共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分儲存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位。主要產(chǎn)能物質(zhì)分解代謝的三個步驟核糖

NADP＋→NADPH酶的兩種功能：作為催化劑催化生物反應(yīng)；調(diào)節(jié)和控制代謝速度、方向和途徑。酶對代謝調(diào)節(jié)的兩種主要方式：酶活性的調(diào)節(jié)，激活或抑制已有酶分子的活性；方式：別構(gòu)效應(yīng)、共價修飾酶含量的調(diào)節(jié)，影響酶分子的合成和降解，改變酶含量。方式：基因表達(dá)調(diào)控酶水平的調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)的前饋和反饋前饋和反饋的本意：前饋：“輸入對產(chǎn)出的影響”反饋：“產(chǎn)出對輸入的影響”在生物化學(xué)中分別說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)作用通過酶的別構(gòu)效應(yīng)實現(xiàn)。前饋和反饋的類型前饋正前饋：前面的底物對后面某一反應(yīng)的酶起激活作用。負(fù)前饋：前面的底物對后面某一反應(yīng)的酶起抑制作用。反饋正反饋：代謝反應(yīng)的產(chǎn)物對前面某一反應(yīng)的酶起激活作用。負(fù)反饋：代謝反應(yīng)的產(chǎn)物對前面某一反應(yīng)的酶起抑制作用。由代謝終產(chǎn)物作為別構(gòu)效應(yīng)劑，來抑制在此產(chǎn)物合成過程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱為負(fù)反饋抑制。多數(shù)情況下控制合成代謝。

負(fù)反饋抑制負(fù)反饋抑制示意圖ABGFJDCHE1E3E2負(fù)反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制產(chǎn)物別構(gòu)中心活性中心例.嘧啶核苷酸從頭合成的調(diào)節(jié)在其它酶的催化下，酶分子中的某些基團(tuán)可以共價結(jié)合或脫去，引起酶分子構(gòu)象改變，使酶活性得到調(diào)節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾。目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙?；?，腺苷酰化/去腺苷?；?，尿苷?；?去尿苷?；?，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。激酶ATPADP磷酸化酶（無活性）磷酸化酶P（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價修飾酶的共價修飾酶活性調(diào)節(jié)的其它方式產(chǎn)能反應(yīng)與需能反應(yīng)的調(diào)節(jié)酶活性的激活和抑制酶原的激活酶定位的區(qū)域化線粒體：丙酮酸氧化；檸檬酸循環(huán)；-氧化；呼吸鏈電子傳遞；氧化磷酸化細(xì)胞質(zhì)：糖酵解；戊糖磷酸途徑；糖原合成；脂肪酸合成細(xì)胞核：核酸合成、加工內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成；磷脂合成四、細(xì)胞信號傳遞系統(tǒng)通過細(xì)胞信號傳遞系統(tǒng)進(jìn)行代謝調(diào)節(jié)的方式：激素調(diào)節(jié)、神經(jīng)調(diào)節(jié)兩種方式都體現(xiàn)了多細(xì)胞生物從整體水平上對代謝進(jìn)行的調(diào)節(jié)操縱子模型的基本內(nèi)容酶的誘導(dǎo)和阻遏在調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物——阻遏蛋白作用下，通過操縱基因控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。細(xì)菌通常并不合成代謝無用的酶，一些分解代謝的酶類在底物或底物類似物存在時被誘導(dǎo)合成，酶誘導(dǎo)時，阻遏蛋白與誘導(dǎo)物結(jié)合失去封閉操縱基因的能力；合成代謝的酶類在產(chǎn)物或產(chǎn)物類似物足夠時，合成被阻遏，酶阻遏時，原本無活性的阻遏蛋白與輔阻遏物（合成途徑的終產(chǎn)物或產(chǎn)物類似物）結(jié)合而被活化，封閉操縱基因。酶的誘導(dǎo)和阻遏的操縱子模型A.酶的誘導(dǎo)B.酶的阻遏調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因誘導(dǎo)物

阻遏蛋白阻遏蛋白結(jié)合操縱基因，結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白不能結(jié)合操縱基因，結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白能夠結(jié)合操縱基因，結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)

阻遏蛋白酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物啟動子操縱基因大

腸

桿

菌

乳

糖

操

縱

子

模

型調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacAmRNA阻遏蛋白（有活性）基因關(guān)閉啟動子ORPLacZLacYLacA調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動子ORmRNAZmRNAYmRNAA基因表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

B、乳糖酶的誘導(dǎo)

乳糖阻遏蛋白（無活性）真核生物基因表達(dá)調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)