代谢调控-1(上传)

第十七章代谢调控第一节代谢简介第二节代谢途径的区域化调节第三节代谢调节☆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。代谢调节的水平◆分子水平◆细胞水平◆多细胞整体水平◆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——代谢整体网络化1.细胞水平的分隔调控：区域化：相对独立；相对集中；相互联系——可过膜物质对代谢的调控。动物细胞结构和代谢途径酶定位的区域化线粒体: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:酵解;磷酸戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;细胞核:核酸合成内质网:蛋白质合成;磷脂合成细胞膜结构对代谢的调节和控制作用控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度控制细胞和细胞器的物质运输内膜系统对代谢途径的分隔作用膜与酶的可逆结合脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、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间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成基本结构单位NADPH生物氧化的三个阶段糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系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色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赖氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨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-磷酸葡萄糖糖代谢与脂类代谢的相互联系糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解从头合成脂肪甘油磷酸二羟丙酮糖代谢脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖(植物)乙醛酸循环-氧化糖异生TCA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-磷酸甘油三羧酸循环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磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白质转氨基作用蛋白质氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）转氨基作用脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪甘油磷酸二羟丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白质蛋白质氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）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信息物质，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。糖酵解和糖异生途径中相对独立的单向反应糖原（或淀粉）1-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2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶合成与降解途径的单向性生物系统中的能流通过NADPH循环将还原力由分解代谢转移给生物合成反应NADPH+H+NADP+分解代谢还原性有机物还原性生物合成反应氧化物还原性生物合成产物氧化前体◆代谢途径交叉形成网络◆分解代谢和合成代谢的单向性◆ATP是通用的能量载体◆NADPH以还原力形式携带能量直接用于还原性物质的合成代谢的基本策略代谢的基本目的在于形成ATP、还原力和构造单元以用于生物合成。由ATP、还原力和构造单元可合成各类生物分子，并进而装配成生物不同层次的结构。生物合成和生物形态建成是一个耗能和增加有序结构的过程，需要由物质流、能量流和信息流来支持。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。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↑↑↑三个最关键的中间代谢产物：•6-磷酸葡萄糖•丙酮酸•乙酰-CoA为什么……？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：●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）操纵子——原核基因表达的协同单位操纵子结构基因（编码蛋白质，S）控制部位操纵基因（operator,O）启动子（premotor,P）酶诱导和阻遏的操纵子模型合成途径操纵子的衰减作用原核生物酶合成调节的分子机制操纵子学说可诱导操纵子：诱导酶:阻遏物，诱导物典型：乳糖操纵子常见于：分解代谢途径的调控可阻遏操纵子：阻遏酶:阻遏物,辅阻遏物典型：色氨酸操纵子常见于：合成代谢途径的调控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操纵基因启动基因调节基因结构基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达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操纵子：操纵子是原核生物基因表达调控的基本单元，具体指其DNA序列上控制蛋白质(酶)合成的功能单元。由启动子、操纵基因和功能彼此相关的若干个结构基因所组成，是基因表达的协同单元，使功能相关的结构基因在转录水平上作为一个单元被激活或抑制。从而在分子水平对环境变化做出迅速应答。（1）乳糖操纵子lac•结构•阻遏蛋白（repressor）和诱导物•cAMP-CAP乳糖半乳糖葡萄糖结构：乳糖操纵子模型:(Thelacoperon)是酶合成的诱导型操纵子，由一个启动子，一个操纵基因和Z、Y、A三个结构基因所组成，Z、Y、A分别编码与乳糖代谢相关的三种酶(分别为…)。大肠杆菌乳糖操纵子模型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ORPLacZLacYLaca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、乳糖的诱导乳糖阻遏蛋白（有活性）不以乳糖为有效能源时？而当乳糖成为唯一有效能源时？cAMP-CAP复合物代谢物优先利用原则乳糖操纵子结构基因的表达需诱导物和cAMP-CAP复合物的共同作用。CAP：环腺苷酸受体蛋白（降解物基因活化蛋白)乳糖操纵子的降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表达CAP基因结构基因TCGP(CAP)OCAP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cAMPCGP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）CAP：环腺苷酸受体蛋白（cycilicAMPreceptorprotein）降低cAMP浓度使CAP呈失活状态可诱导操纵子：诱导酶:阻遏物，诱导物典型：乳糖操纵子常见于：分解代谢途径的调控可阻遏操纵子：阻遏酶:阻遏物,辅阻遏物无活性的阻遏蛋白阻遏蛋白酶⑵可阻遏操纵子：阻遏酶:阻遏物,辅阻遏物无活性的阻遏蛋白加辅阻遏剂阻遏蛋白辅阻遏剂不转录，继而不翻译。色氨酸操纵子：酶合成的阻遏型操纵子：阻遏蛋白的负调控和衰减调控大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制111232233444核糖体核糖体转录继续转录终止C.高浓度色氨酸使核糖体到达2部位，3与4碱基配对，转录终止。A.游离mRNA中1与2以及3与4碱基配对。B.低浓度色氨酸使核糖体停留在1部位，转录得以完成。Trp密码子可诱导操纵子：诱导酶:阻遏物，诱导物典型：乳糖操纵子常见于：分解代谢途径的调控可阻遏操纵子：阻遏酶:阻遏物,辅阻遏物典型：色氨酸操纵子常见于：合成代谢途径的调控(3)操纵子的调控：负调控：结构基因关闭……正调控：结构基因转录……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。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。