细胞代谢网络和基因表达调控

生物化学 细胞代谢网络和基因表达调控思维导图，包括代谢途径的相互联系、代谢调节、细胞信号转导、基因表达的调控。

细胞代谢网络和基因表达调控

• 代谢途径的相互联系
  • 代谢网络
  • 代谢途径间的相互关系
    • 糖类和脂质的互相转变
      • 糖类分解代谢的中间产物，磷酸二羟丙酮可还原生成磷酸甘油。另一中间产物乙酰CoA则可合成长链脂肪酸，此过程所需的NADPH+H⁺又可由磷酸戊糖途径供给，最后，乙酰CoA与磷酸甘油酯化生成脂质，此外，乙酰CoA还可转变为胆固醇及其衍生物
    • 糖类代谢与蛋白质代谢通过TCA循环相互沟通
      • 糖类可转变成各种氨基酸的碳架结构，丙酮酸是糖类代谢的重要中间产物，丙酮酸经三羧酸循环可以转变为α-酮戊二酸和草酰乙酸这三种α-酮酸经氨基化或转氨基作用分别生成丙氨酸，谷氨酸和天冬氨酸。三羧酸循环的其他中间产物以及磷酸戊糖途径，三羧酸循环TCA中间产物经转化成α-酮酸后，都能为各种氨基酸合成提供碳骨架，再经转氨基作用形成氨基酸，进而合成蛋白质。
      • 蛋白质转化为糖类首先要水解成氨基酸。动物体中除亮氨酸和赖氨酸外，其余氨基酸通过脱氨基作用生成相应的α-酮酸，都能转变为糖异生途径中的某种中间产物，在经糖异生作用合成糖类
    • 脂质代谢与蛋白质代谢的相互联系
      • 蛋白质可以转变为脂质，在动物体内的生酮氨基酸如亮氨酸，赖氨酸和生酮兼生糖氨基酸，如异亮氨酸，苯丙氨酸酪氨酸，色氨酸等，在代谢过程中，能生成乙酰乙酸酮体，然后生成乙酰CoA，再进一步合成脂肪酸。而生糖氨基酸直接或间接生成丙酮酸，可以转变为甘油，也可以在氧化脱羧后转变为乙酰CoA合成胆固醇或经丙二酸单酰CoA用于脂肪酸合成。丝氨酸脱羧可以变为胆胺，，在接受s-腺苷甲硫氨酸给出的甲基后即形成胆碱，胆胺是磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）的组成成分，胆碱是磷脂酰胆碱（卵磷脂）的组成成分
    • 核酸代谢与糖类，脂质，蛋白质代谢的相互联系
      • 核酸是细胞中的遗传物质，许多单核苷酸和核苷酸衍生物在代谢中起着重要作用，核酸的合成也受到其他物质代谢和能量代谢的控制，如核酸的合成需要酶和多种蛋白质因子参加，嘌呤及嘧啶核苷酸的合成需要甘氨酸，天冬氨酸谷氨酰胺，甲酸和氨为原料，核酸分子中的磷酸戊糖，是由磷酸戊糖途径产生的，核酸降解产物最终也通过糖类代谢途径彻底氧化
• 代谢调节
  • 代谢调节的四级水平：神经水平，激素水平，细胞水平和酶水平。
  • 细胞区域化调节
    • 细胞内不同区域各种代谢物的浓度并非均匀一致
  • 酶水平调节
    • 酶含量的调节和酶活性的调节
    • 酶原激活
    • 共价修饰或极联放大机制
      • 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)
    • 酶的别构效应——酶活性的前馈和反馈调节
      • 限速步骤与标兵酶：在代谢过程的一系列反应中，如果其中一个反应进行的慢，便成为整个过程的限速步骤，催化此限速步骤的酶称为限速酶或标兵酶，标兵酶是一种调节酶，他们常常也是别构酶
      • 反馈抑制：在系列反应中终产物对反应序列前头的标兵酶发生的抑制作用，从而调节了整个系列的反应速率，受反馈抑制的酶均是调节酶，一般是别构酶
        • 抑制机制：顺序反馈抑制，协同反馈抑制，积累反馈抑制，同工酶反馈抑制
      • 前馈激活：在反映序列中，前面的代谢物可激活后面的酶，为反应继续前行做好准备，称为前馈激活
      • 寡聚酶和酶聚集体的亚基或单体的聚集与解离
  • 激素对代谢的调节
    • 依据化学本质，动物激素可分为四类，包括类固醇，多萜类，多肽和各种衍生物，按照主要作用，植物激素可分为五类，包括生长素，赤霉素，细胞分裂素，脱落酸和乙烯。激素对代谢的调节强度较大，体内的一种代谢过程常受多种激素作用，一种激素也常可影响多种代谢过程
    • 激素对代谢的调节
      • 蛋白质和多肽类激素
      • 类固醇激素和甲状腺素
  • 神经系统对代谢的调节
• 细胞信号转导
  • 细胞信号物质
    • 生物信号和非生物信号
  • 细胞信号受体
    • 细胞膜表面受体：G蛋白偶联受体，貝酶活性受体，离子通道型受体
    • 细胞内受体
  • 信号转导机制及分子途径
    • 信号转导分为两个阶段：第一阶段，信号的接收和转导。细胞信号转导过程正常进行与否，是由一系列的信号转导蛋白的活性状态来决定。第二阶段，信号对靶蛋白的调节，①通过对酶、膜运输系统等进行可逆磷酸化修饰，对代谢途径和物质运输等进行快速调节，产生短期效应，②通过对转录因子进行可逆磷酸化修饰，调节有关基因的表达产生长期效应
    • 膜受体介导的信号转导通路
    • 胞内受体激素的信息传递
• 基因表达的调控
  • 原核生物和真核生物基因组
    • 原核生物基因组的特点：①原核生物DNA分子上大部分是编码蛋白质的结构基因，因此多数为单拷贝或低拷贝②功能相关的基因常串联在一起，转录在一个mRNA分子中(多顺反子基因)③有基因重叠，即一个基因部分与另一基因重叠，一般有不同的可读框。或一个基因包含在另一个基因中，以此增加原核生物基因组的信息容量
    • 真核生物基因组的特点：①基因组大②有大量重复序列，根据重复次数，可分为单拷贝序列，中度重复序列，高度重复序列③有断裂基因④DNA上有大量非编码序列，在基因表达调控中起重要作用
  • 原核生物的基因表达调控
    • 操纵子学说：在细菌基因组中，编码一组在功能上相关的蛋白质的几个结构基因，与共同的控制位点组成一个基因表达的协同单位，称为操纵子
    • 乳糖操纵子是酶合成的诱导型操纵子
    • 色氨酸操纵子是酶合成的阻遏型操纵子
  • 真核生物的基因表达调控
    • 真核生物基因表达调控的五个水平：①DNA水平调控②转录水平③转录后水平④翻译水平⑤翻译后水平
    • 真核生物的基因调控主要是正调控
    • 顺式作用元件和反式作用因子
      • 常见的与DNA接触的亚结构的结构模体：锌指，螺旋-转角-螺旋模体
      • 与其他调控蛋白或RNA聚合酶接触的结构域：螺旋-环-螺旋，亮氨酸拉链