北大基础医学生物化学ppt课件物质代谢的联系与调节

,刘新文,北京大学医学部生物化学与分子生物学系,物质代谢的联系与调节,Metabolic network and regulation,新者陈,陈乃谢,新陈恒代谢,生则化,化者生,生化即化生,动态平衡,第一节 物质代谢的特点,2、动态平衡，以防止中间产物的堆积和缺乏,4、代谢调节与协调,5、组织、器官的代谢各有特色，相互配合形成整体,6、ATP是机体能量利用的共同形式,7、NADPH是合成代谢所需的还原当量,3、代谢联系构成代谢网络,1 、共有的代谢池,8 、以糖和脂肪为主要供能物质，节约蛋白质,9 、存在两用代谢途径，简化机构,第二节 代谢途径间的相互联系,一、枢纽性中间产物可以沟通不同的代谢通路,2、糖、核苷酸代谢的交汇点：5磷酸核糖（5C）,3、糖、甘油代谢的交汇点：磷酸二羟丙酮（3C）,4、糖、脂、氨基酸分解代谢的交汇点：乙酰辅酶A（2C）,5、氨基酸、核苷酸代谢的交汇点：一碳单位（1C）,1、糖酵解、异生、有氧氧化、磷酸戊糖途径及糖原代谢的交汇点：6磷酸葡萄糖（6C水平）,6、3个重要氨基酸与糖代谢的交汇点： Asp-草酰乙酸（4C）；Glu-酮戊二酸(5C)；Ala-丙酮酸(3C),1、糖是良好的碳源，可转变为：脂肪、氨基酸、胆固醇等. 但一般不能转变为酮体,2、偶数碳原子的脂肪酸不能转变为葡萄糖,3、生糖、生酮、生糖兼生酮的氨基酸,5、两用代谢途径在物质转变中具有重要意义,7、奇数碳原子脂肪酸代谢与糖代谢的交汇点：琥珀酰辅酶A(4C)、乙酰辅酶A(2C),6、3个重要氨基酸的代谢转变： Asp；Glu；Ala,二、不同物质之间的代谢转变,4、磷酸戊糖途径可实现3、4、5、6、7C的转变,1、糖类、脂类是人体的主要供能物质,2、糖类在动物供能中的优势,3、脂肪是良好的能量储存形式，相同碳原子的脂肪酸氧化分解时提供的ATP最多,三、能量代谢的共性,4、ATP在能量代谢中的中心作用,四、细胞内、间的代谢联系,1、细胞器之间的代谢分工及合作,2、器官之间的代谢分工及合作,第三节 物质代谢的调节网络,一、细胞水平的调节/酶调节：酶结构、数量、位置,关键酶(key enzyme)与限速酶(rate-limiting enzyme),1、酶活性调节：别构调节、化学修饰调节、同工酶,反馈调节(feedback regulation),1.1 别构调节（allosteric regulation ）与别构酶,1.2 化学修饰调节（chemical modification）/ 共价修饰调节(covalent modification ),磷酸化/去磷酸化是主要的修饰调节方式,某些小分子可与酶蛋白特殊部位结合，引起酶分子构象变化，由此改变酶活性,别构调节与化学修饰调节的异同点,生物体内的代谢不是孤立，各行其是进行的，即相互联系转化，协调一致，又互相限制制约。体内代谢能保持这种动态的平衡，应归功与它的精确的调节机构。 【举例】饱餐一顿血糖不会居高不下。,1、细胞水平的调节-通过对细胞内酶的调节来实现 2、激素水平的调节-协调不同细胞间及组织与器官之间的代谢。 3、整体水平的调节-在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网络。,一、细胞水平的调节 细胞水平的调节即是酶的调节，它是一切代谢调节的基础，酶的调节包括三方面： 1、酶结构的调节：它通过酶结构的改变，使其活性发生变化，调节特点是产生效应快，但时效短 2、酶量的调节：通过改变酶的生成与降解速度来改变酶活性，特点是速度慢，但调节的时间较长久 3、酶的分布：各种多酶体系在细胞内的分布是区域化的，同一多酶体系的酶均集中在一定的亚细胞结构中,各种代谢途径需多种酶的参与，有些称作关键 酶，它们包括催化不可逆反应的酶；催化代谢途 径分 叉点的酶；及参与代谢途径中限速反应的酶， 限速酶催化的反应常是代谢调节的枢纽步骤,反馈调节：代谢终末段的某一产物，可返回影响代谢初的某步反应，并对代谢全程起限速作用，这种调节方式叫反馈调节，因此种调节使反应加速的叫正反馈；如使反应减速的为负反馈。,一、酶结构的调节 1、别构调节 （allosteric regulation） 某些小分子可与酶蛋白特殊部位结合，引起酶分子构象变化，由此改变酶活性。别构调节不引起酶的构型变化，不涉及共价键变化。受别位调节的酶称为别位酶（别构酶- allosteric enzyme） 能使酶发生构象变化的小分子物质为效应物或变构剂。一般多是代谢物或作用物 作用机制：效应物与酶蛋白特定部位以非共价键结合后，出现次级键的改变，酶蛋白的立体结构发生变化或引起亚基之间缔合状态的变化,一些代谢途径中的变构酶及其效应剂,变构调节的生理意义： 调节代谢的速度和强度 调节代谢的方向 ，由分解该为合成，防止产物过剩，多余能源合成储存 调节能量代谢的平衡,【举例】蛋白激酶A：2个催化亚基C，2个调节亚基R C与R结合时抑制酶活性，当变构剂cAMP与调节亚 基R结合时,使个催化亚基C与R分离,蛋白激酶A变构调节,【例1】ATP的调节作用 抑制糖氧化和酵解的酶，使ATP减少 激活糖异生，使分解代谢转为合成 【例2】柠檬酸的调节作用 柠檬酸，抑制磷酸果糖激酶。 柠檬酸是乙酰CoA羧化酶的激活剂，将糖代谢转为脂肪酸的合成。,2、酶的化学修饰 （chemical modification） 酶蛋白肽链上的某些基团，在另一种酶的催化下发生化学共价修饰的过程称为酶的化学修饰 2.1 修饰形式：乙酰化、甲基化、腺苷化及磷酸化等，磷酸化是最常见的重要修饰形 【催化磷酸化的蛋白激酶】：通常由一种蛋白激酶催化作用物上的ser/thr磷酸化过程，此酶又叫丝/苏蛋白激酶；另一种叫酪氨酸激酶。 【磷酸化位点】：酶蛋白中带羟基的氨基酸上，如：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸,2.2 酶促化学修饰的特点 修饰过程需要其它酶的催化，酶从活性到非活性的互变需不同的酶分别催化。 化学修饰引起酶分子共价键的改变，因一个酶可催化多个酶蛋白修饰，即出现级联放大作用。 修饰过程需耗能,2.3 化学修饰调节的生理意义 以调节代谢的强度为主，也调节速度 调节过程耗能少 调节速度快、节能、经济有效,【例1】促进糖原分解的糖原磷酸化酶,【例2】促进糖原合成的糖原合酶,别构与化学修饰协作效应 【例1】肌肉中磷酸化酶b经AMP别构激活后易接受 激酶催化，生成磷酸化酶a；不易受磷酸酶作用脱去p，使磷酸化酶a稳定性。,区域化的意义： 可避免代谢途径之间相互干扰。 有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节。 区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。,二、酶的空间分布,3、同工酶 （参见“调节酶”）,1.3 诱导、阻遏的特点：反应慢，但时效长 2、酶降解的调节 机制不明；酶的降解主要通过蛋白水解酶 部位：溶酶体、蛋白酶体 其它：泛素 二、激素水平的代谢调节（参见“信号转导”）,短期饥饿 24小时内：糖原分解供能 2436小时：糖原分解下降，氨基酸糖异生增加（肝） 36小时1周：蛋白质、脂肪分解增加，酮体生成增加，氨基酸和甘油异生成葡萄糖（肝、肾） 长期饥饿 1周以上：蛋白分解下降，脂肪分解及酮体生成增加，主要由脂肪供能，以甘油进行糖异生（肾）,三、整体