《核酸糖類脂質及其生物合成機制》課件

核酸糖類脂質及其生物合成機制生命科學基礎理論與應用研究課程內容簡介結構與功能三大物質基本組成特點生物合成機制代謝通路與酶學原理疾病與應用代謝異常與前沿研究學習目標前沿應用新技術與臨床轉化合成機制代謝通路與調控3基礎結構三大物質特征與功能分子生物學"三大類"回顧核酸遺傳信息載體1糖類能量來源與結構組分脂質膜結構與信號傳遞核酸簡介DNA雙鏈螺旋結構遺傳信息儲存ATCG堿基配對RNA單鏈結構多樣信息傳遞與翻譯AUCG堿基組成核苷酸與核苷結構堿基嘌呤：腺嘌呤、鳥嘌呤嘧啶：胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶糖核糖（RNA）脫氧核糖（DNA）磷酸基團能量載體連接骨架形成核酸的分類與分布核酸類型主要存在位置主要功能DNA細胞核、線粒體遺傳信息儲存mRNA細胞質編碼蛋白質tRNA細胞質氨基酸轉運rRNA核糖體蛋白質合成糖類基礎知識單糖最簡單糖分子單位寡糖2-10個單糖連接多糖長鏈復雜結構糖類的主要代表葡萄糖能量代謝主要底物糖原動物能量儲存形式纖維素植物細胞壁主要成分糖類的生理作用能量供給ATP生成的主要底物結構功能細胞壁、基質組成信號識別細胞間通訊媒介儲能功能以多糖形式儲存脂質基礎知識脂肪酸基本結構單元甘油三酯能量儲存形式磷脂膜結構組分固醇類膜流動性調節(jié)脂質的類別與功能結構脂質磷脂雙分子層膜蛋白錨定細胞區(qū)室劃分儲能脂質脂肪細胞儲存高能量密度饑餓時動員信號脂質激素前體膜信號轉導炎癥調節(jié)脂肪酸常見種類飽和脂肪酸無雙鍵，不飽和脂肪酸含雙鍵，多不飽和脂肪酸含多個雙鍵，反式脂肪酸雙鍵為反式構型生物大分子的關系和交互核酸編碼合成酶1蛋白質催化代謝反應2代謝物提供合成原料3調控反饋控制表達核酸的生物合成總覽1前體物質形成糖、磷酸、氨基酸2核苷酸合成嘌呤、嘧啶途徑3聚合作用酶催化連接修飾加工修剪、甲基化等嘌呤核苷酸合成（上）PRPP形成磷酸核糖焦磷酸-合成起點谷氨酰胺提供氮源氨基轉移關鍵步驟甘氨酸加入嘌呤環(huán)構建嘌呤核苷酸合成（下）亞精胺環(huán)形成多步酶催化IMP形成嘌呤共同中間體分支路徑AMP與GMP生成嘧啶核苷酸合成（上）1氨基甲酰磷酸合成碳酸和谷氨酰胺反應2天冬氨酸參與提供嘧啶環(huán)骨架3二氫嘧啶形成環(huán)化反應關鍵步驟嘧啶核苷酸合成（下）DNA的合成與半保留復制1DNA解旋解旋酶打開雙鏈引物合成RNA聚合酶起始鏈延伸DNA聚合酶添加核苷酸4校對修復保證復制準確性RNA生物合成與轉錄過程1轉錄起始啟動子識別與結合2鏈延伸RNA聚合酶活性中心轉錄終止終止信號識別4RNA加工剪接、修飾成熟核苷酸代謝調控反饋抑制終產(chǎn)物抑制起始酶快速應對過量積累能量節(jié)約機制變構調節(jié)酶構象變化活性位點改變快速精確調控基因表達調控轉錄水平控制長期適應性調節(jié)細胞分化相關糖類的生物合成路徑1糖異生非糖前體轉化為葡萄糖2糖激活UDP-葡萄糖形成3聚合糖基轉移延長鏈4分支形成支鏈酶作用糖原合成途徑例解葡萄糖磷酸化葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸UDPG形成活化糖基供體糖原合成酶α-1,4-糖苷鍵形成糖原分支酶α-1,6-分支點形成糖原分解與代謝調控分解酶系磷酸化酶轉移酶脫支酶激素調控胰島素↓分解腎上腺素↑分解胰高血糖素↑分解細胞內調節(jié)鈣離子信號AMP/ATP比率磷酸化級聯(lián)多糖（如纖維素）合成機制前體活化UDP-葡萄糖合成1合成酶作用纖維素合成酶復合體2纖維擠出穿膜復合體轉運3微纖維裝配氫鍵穩(wěn)定結構果糖與乳糖的合成途徑果糖合成經(jīng)6-磷酸葡萄糖異構乳糖合成乳糖合成酶催化磷酸化過程ATP提供能量糖類合成的調控機制胰島素信號促進糖原合成胰高血糖素促進糖異生磷酸化修飾快速酶活性調節(jié)基因表達調控轉錄因子ChREBP脂肪酸的生物合成路徑乙酰輔酶A羧化ACC催化-限速步驟丙二酰輔酶A生成脂肪酸延長起始單元脂肪酸合酶復合體七種酶活性協(xié)同作用延長循環(huán)每輪添加2個碳原子飽和脂肪酸合成詳細過程?；D移酶β-酮酰-ACP合成酶β-酮酰-ACP還原酶β-羥酰脫水酶烯酰-ACP還原酶不飽和脂肪酸合成脂肪酰去飽和酶引入雙鍵的關鍵酶氧氣需求電子傳遞鏈參與位置特異性不同位點雙鍵形成延長系統(tǒng)內質網(wǎng)進一步加工甘油三酯合成與轉運甘油-3-磷酸骨架前體1?；；D移酶2去磷酸化磷酸酯酶作用3脂滴形成儲存與轉運磷脂、鞘脂類的合成磷脂合成磷脂酰膽堿途徑CDP-甘油途徑脫羧基作用鞘脂合成絲氨酸棕櫚酰轉移酶神經(jīng)酰胺形成糖基化修飾膽固醇生物合成乙酰輔酶A合并形成HMG-CoA甲羥戊酸生成HMG-CoA還原酶催化鯊烯合成C5單位縮合環(huán)化反應形成四環(huán)結構脂類合成途徑的調控營養(yǎng)感應糖、脂肪酸水平監(jiān)測2激素信號胰島素促進脂肪合成3轉錄因子SREBP活化合成基因4酶活性調節(jié)磷酸化與變構效應三大物質生物合成的聯(lián)系乙酰輔酶A多途徑中心樞紐1ATP共同能量貨幣2NADPH還原力提供者葡萄糖核糖與能量來源4能量代謝與三大合成的耦合表觀遺傳與代謝調控代謝酶調節(jié)乙酰化修飾甲基化調控泛素化降解代謝物作為輔因子乙酰輔酶AS-腺苷甲硫氨酸NAD+/NADH比率組蛋白修飾染色質結構改變基因表達轉換代謝通路反饋核酸代謝異常與相關疾病痛風嘌呤代謝紊亂免疫缺陷腺苷脫氨酶缺乏癌癥核苷酸合成亢進萊希綜合征線粒體DNA耗竭糖類代謝異常與疾病糖尿病胰島素缺乏/抵抗高血糖狀態(tài)糖異生失控糖原儲積病酶缺陷導致多種臨床類型器官糖原堆積半乳糖血癥轉酶缺陷半乳糖積累肝臟損害脂質合成異常與疾病脂質代謝異?？梢l(fā)多種疾病，包括高脂血癥、動脈粥樣硬化、脂肪肝及肥胖癥，涉及脂質合成過度或分解障礙先天性代謝缺陷舉例1核酸代謝萊希-尼漢綜合征糖代謝糖原累積癥I-VII型3脂質代謝家族性高膽固醇血癥4氨基酸代謝苯丙酮尿癥藥物靶點與抑制劑開發(fā)核苷酸代謝抑制劑抗腫瘤、抗病毒糖苷酶抑制劑控制血糖HMG-CoA還原酶抑制劑降低膽固醇前沿技術：代謝組學樣本制備生物樣本處理與萃取質譜分析高通量代謝物檢測數(shù)據(jù)處理生物信息學流程生物學解讀通路分析與功能預測基因編輯與代謝調控CRISPR技術精準編輯代謝基因關鍵酶修飾改變活性與調控通路重構合成生物學應用細胞工廠定向生產(chǎn)有價值物質合成生物學助力物質生產(chǎn)200+核苷生產(chǎn)菌株抗病毒藥物原料350%脂肪酸產(chǎn)量提升生物燃料開發(fā)80%生產(chǎn)成本降低工業(yè)酶制劑臨床應用與疾病干預基因治療酶缺陷替代表達系統(tǒng)恢復臨床試驗進展靶向藥物抑制劑設計激活劑篩選新靶點發(fā)現(xiàn)精準營養(yǎng)代謝類型鑒定個體化飲食功能食品開發(fā)重要實驗方法與模型介紹1細胞模型基礎機制探索動物模型全身代謝研究3計算模型系