2017四川农业大学生物化学考研854考研物质代谢的联系及调节.

1、生物化学辅导,细胞代谢及其相互联系与调节,第一部分 细胞代谢网络 第二部分 代谢调节 第三部分 基因表达调控,练习题,细胞是生物体的结构和功能单位，细胞代谢是一切生命活动的基础。细胞代谢包括物质代谢、能量代谢和信息代谢三个方面，生物机体的新陈代谢是一个完整统一的过程，并且存在复杂的调控机制。,第一部分 细胞代谢网络及特点,第一节 细胞代谢的概念和内涵 第二节 细胞代谢主要途径 第三节 代谢途径交叉形成网络 第四节 细胞代谢的一些特点,新陈代谢的概念及内涵,小分子 大分子 合成代谢（同化作用） 需要能量 释放能量 分解代谢（异化作用） 大分子 小分子,物质代谢,能量代谢,新陈代谢,信息交换,体外环境,环境机体,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CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物（如乙酰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,生物氧化的三个阶段,NADPH,生物界能量传递及转化总过程,太

2、 阳,电子传递,合成,分解,电子传递,光合作用,呼吸作用,生命现象,自养细胞,异养细胞,ATP,ADP,(CH2O) +O2,(CO2) +H2O,ATP,ADP,（光 能）,（电 能）,（化 学 能）,（化 学 能）,（电 能）,（化 学 能）,二、细胞代谢主要途径,1、糖代谢主要途径 2、脂类代谢主要途径 3、蛋白质和核酸酶促降解 4、氨基酸及核苷酸代谢主要途径 5、生物氧化及电子传递和氧化磷酸化,三、 代谢途径交叉形成网络,1、糖代谢与脂类代谢的相互关系 2、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系 4、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,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,核糖-5-磷酸,甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨,丙氨酸 甘氨酸丝氨酰苏氨酸,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,乙酰乙酰CoA,脂肪,核苷酸,天冬氨酸天冬酰氨,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,丙二单酰CoA,1-磷酸葡萄糖,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,苹

3、果酸,草酰乙酸,延胡索酸,琥珀酸,草酰乙酸,磷脂,糖代谢与脂类代谢的相互联系,脂肪代谢和糖代谢的关系,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,糖 -酮酸 氨基酸 蛋白质,NH3,蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖,（生糖氨基酸）,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖,6-P-葡萄糖,1-P-葡萄糖,糖原,6-P-果糖,ATP,ADP,1,6-二P-果糖,PEP(磷酸烯醇式丙酮酸),丙酮酸,乳酸,丙酮酸,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酸,CO2,苹果酸,草酰乙酸,ADP,ATP,HCO3 -,苹果酸,草酰乙酸,GTP,GDP,CO2,H2O,Pi,Pi,天冬氨酸,丙氨酸,H2O,Pi,葡萄糖分解和糖异生以及氨基酸代谢的关系,乙酰CoA,CO2,（胞液）,（线粒体）,PEP(磷酸烯醇式丙酮酸),丙酮酸,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酸,CO2,苹果酸,GTP,苹果酸,草酰乙酸,GTP,GDP,CO2,谷氨酸,NADH,三种AA氧化分解途径,乙酰CoA,CO2,草酰乙酸,丙酮酸,NADH,FADH2,NADH,ATP,NADH+CO2,NADH,糖异生作用,天冬氨酸,Ala/Asp/Glu氧化分解生成ATP计

4、算,氨基酸 产生NADH 产生FANH2 产生A(G)TP *兑换ATP总数,Ala * 4 1 1 12.5 Asp * 4 1 1 12.5 Glu *6 2 2 20.0 *(或7) (或22.5),*兑换率以一分子NADH氧化生成2.5ATP，一分子FADH2氧化生成1.5ATP计算； * Ala/Asp/Glu在转氨酶催化下脱氨基； *Glu在谷氨酸脱氢酶催化下氧化脱氨基。,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）,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径,草酰乙酸,磷酸烯醇式酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰氨,丙酮酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸,丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸,谷氨酰胺 精氨酸 组氨酸 脯氨酸,异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸 缬氨酸,葡萄糖,柠檬酸,谷氨酸,生酮氨基酸,生糖氨基酸,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,核苷

5、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。,四、 细胞代谢的一些特点,1、分解代谢和合成代谢的单向性 2、ATP是通用的能量载体 3、NADPH 以还原力形式携带能量,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,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P,1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6NADP+ 6NADPH+6H+ 6NADP+ 6ADPH+6H+,6CO2,6H2O,脂肪酸生物合成的反应历程,还原酶,还原酶,

6、脱水酶,糖分解和糖异生途径中相对独立的单向反应,二磷酸果糖磷酸酯酶,ATP携带能量由能源传递给细胞的需能过程,ATP,ADP+Pi,太阳能,化学能,生物合成,细胞运动,膜运输,ATP供能的方式: 1、水解释放自由能 2、转移磷酸基团,ATP产生的方式: 1、底物水平磷酸化 2、电子传递水平磷酸化,第一节 细胞结构对代谢途径的分隔控制调节 第二节 酶水平的调节 第三节 激素调节和跨膜信号转导,第二部分 代 谢 调 节,生物机体的新陈代谢是一个完整统一的过程，并且存在复杂的调节机制。生物机体的代谢调节在三个不同的水平上进行，即酶水平调节，细胞水平调节，多细胞整体水平调节（激素水平、神经水平调节），其中酶水平是最基本的调节方式。所有这些调节机制都是在基因产物蛋白质（可能还有RNA）的作用下进行的，也就是说与基因表达有关。,一、酶的别构效应(酶活性的前馈和反馈调节) 二、酶的共价修饰与级联放大机制 三、产能反应与需能反应的调节,第二节 酶水平的调节,细胞结构和酶的空间分布,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 磷戊糖途径 糖原合成 脂肪酸合成,细胞核

7、 DNA复制 RNA合成和加工,内质网 蛋白质合成 磷脂合成,细胞膜结构对代谢途径的分隔控制调节,控制跨膜离子浓度梯 度梯度和电化梯度,控制细胞和细胞器物 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,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。,反馈调节中酶活性调节的机制,6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用,G,UDPG,6-P-G,1-P-G,糖原,糖原 合成酶,脂肪酸合成的调节,乙酰-CoA,丙二酸单酰-CoA,软脂酸-CoA,丙酮酸,柠檬酸,胰高血糖素、肾上腺素（引发磷酸化/活化）,柠檬酸裂解酶,丙酮酸脱氢酶复合体,乙酰-CoA羧化酶,氨基酸合成的反馈调控,反硝化作用,氧化亚氮,氨甲酰磷酸,分支酸,脱氧庚酮糖酸-7-磷酸,天冬氨酸,天冬氨酰磷酸,赤藓糖-4-磷酸,脱氢奎尼酸,莽草酸,谷氨酸,磷酸烯醇式丙酮

8、酸,+,预苯酸,Try,Phe,Trp,Ile,Trp,His,CTP,AMP,Gln,Lys,Met,Thr,酮丁酸,Gly,Ala,谷氨酰胺合酶,天冬氨酰半醛,高丝氨酸,氨基苯甲酸,酶的共价修饰,某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性。这类酶称为共价修饰酶。目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶。 由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应，所以日益引人注目。,A,P1,G,E,D,C,B,H,Ea-b,Ec-d,Ec-g,关键酶（限速酶）,P2,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)。,例：蛋白质磷酸化和脱磷酸化,共价修饰方式,酶的共价修饰及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

9、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、ATP,cAMP,R、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,血液,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),OH,OH,ATP,ADP,H2O,Pi,糖原合成酶 b ( 无活性),糖原磷酸化酶 a ( 有活性),磷酸激酶,磷酸酯酶,糖异生作用与糖酵解的协同调节,糖原(或淀粉),葡萄糖-1-磷酸,葡萄糖-6-磷酸,6-磷酸果糖,果糖-1，6-二磷酸,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,21，3-二磷酸甘油酸,23-磷酸甘油酸,22-磷酸甘油酸,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,磷酸果糖激酶I,丙酮酸激酶,己糖激酶,

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