物质代谢调节及激素的作用机制

第十三章,物质代谢调节及激素的作用机制,学习要求,了解物质代谢间的关系;掌握体内代谢调节的三种层次;掌握酶含量调节的两种方式、特点及意义。,学习内容,第一节物质代谢的联系第二节代谢调节的机制第三节激素的作用机制细胞间信息传递,第一节、物质代谢的联系,(一)糖代谢与脂类代谢的相互关系,(二)糖代谢与蛋白质代谢的相互关系,(三)脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系,(四)核酸与糖类、脂类、蛋白质代谢的相互关系,(一)糖代谢与脂类代谢的相互联系,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,甘油,乙酰CoA,三酰甘油,脂肪酸,植物或微生物,(二)糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。,蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经糖原异生作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。,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）,(三)脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂肪,甘油,丙酮酸,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）,(四)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、脂、蛋白质、核酸代谢之间的联系,第二节代谢调节的机制,一、细胞水平的调节(实质是酶的调节)二、激素水平的调节三、整体水平的调节(实质是神经的调节),一、细胞水平的调节,细胞水平代谢调节的实质是酶的调节区域化分布和代谢调节作用点酶含量的调节酶的抑制作用酶的别构调节（非共价修饰）酶的化学修饰（共价修饰）,酶活性的调节,酶合成的诱导,酶合成的阻遏,分解代谢产物对酶合成的阻遏,酶生物合成的调节,慢调节,快调节,（一）代谢途径的区域化和代谢调节作用点,概念：代谢途径的有关酶类，常常组成酶系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同代谢途径在不同细胞内进行;区域化的意义：区域化的存在显著影响真核细胞的代谢情况，有利于代谢的调节。例如：脂肪酸的分解与合成。,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,真核细胞内某些酶的区域化分布,代谢调节作用点限速酶、关键酶,限速酶（rate-limitingenzyme)体内代谢是一系列酶促反应的总和；整个代谢途径速度取决于多酶体系中催化活力最低、米氏常数最大、催化反应速度最慢的酶，此酶起着限速作用，代谢调节的作用点。关键酶（keyenzyme)：往往是代谢途径的第一步反应的酶或是代谢途径分支点上的酶（催化不可逆反应）。,E1E2E3ABCDEEEFGHI,（二）酶生物合成的调节(酶含量的调节)-基因表达的调节,1.酶合成的诱导;2.酶合成的阻遏;3.分解代谢产物对酶合成的阻遏。,注意几个概念,1.操纵子（operon）：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。2.衰减子：在转录水平上调控基因表达的衰减作用，用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减子。,1.酶合成的诱导,酶合成诱导的现象JacobandMonod的工作：已知分解利用乳糖的酶有：-半乳糖苷酶；-半乳糖苷通透酶；-半乳糖苷转乙酰基酶。实验：1.大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三种酶合成；2.大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时，细胞内有上述三种酶合成；当换成葡萄糖培养基时，三种酶基本消失；3.表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成。某些代谢物可以诱导某些酶的合成，是通过促进为该酶编码的基因的表达而进行的，这种现象叫做酶合成的诱导。能诱导酶合成的物质叫诱导物。被诱导合成的酶叫诱导酶。,大肠杆菌的乳糖操纵子（lacoperon)Lac操纵子结构Z基因（-半乳糖苷酶）结构基因Y基因（-半乳糖苷通透酶）A基因（-半乳糖苷转乙酰基酶）调控元件：启动子P(promoter)调控基因：操纵基因O(operator)I基因：编码Lac阻遏物不属于操纵子,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,P,LacZ,LacY,Laca,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,启动子,O,I,A、乳糖操纵子的结构,B、乳糖酶的诱导,阻遏蛋白（有活性）,酶合成阻遏的现象JacobandMonod的工作：实验：1.大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，检测到细胞内有色氨酸合成酶的存在；2.在上述培养基中加入色氨酸，检测发现细胞内色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。3.表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，体现了菌生长的经济原则：不需要就不合成。酶合成的阻遏：某些代谢物可以阻止某些酶的合成，是通过阻止为该酶编码的基因的表达而进行的，这种现象叫做酶合成的阻遏。能阻遏酶合成的物质叫辅阻遏物。被辅阻遏物作用而停止合成的酶叫阻遏酶。,2.酶合成的阻遏,色氨酸操纵子结构（1）结构基因ED编码5种酶，在催化分支酸转变为CBL-色氨酸的过程中发挥作用AL转录产物是先导mRNA（2）调控元件启动子（P）操纵基因（O）,色氨酸操纵子表达的调控阻遏物对色氨酸操纵子的负调控衰减作用对色氨酸操纵子的调控,衰减子位于L基因中，离E基因5端约30-60bp。,衰减子,色氨酸操纵子的阻遏作用,1.无活性阻遏蛋白,2.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂,Trp,可阻遏的操纵子负责合成代谢,3.分解代谢产物对酶合成的阻遏。,如葡萄糖效应：细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽时，在乳糖的诱导下，作用于乳糖的酶才产生，细菌开始利用乳糖。研究表明，上述现象是由于葡萄糖降解物引起的，称为降解物阻遏。,（三）酶活性的调节,1.酶的抑制作用;2.酶的别构调节（非共价修饰）;3.酶的化学修饰（共价修饰）。,1.酶的抑制作用,简单抑制反馈抑制：也称负反馈，这是生物体普遍存在的一种重要调节方式反馈抑制是酶反应终产物对自身合成途径中第一个酶的活性起抑制作用，这种抑制在多酶系反应中产生。,A,B,C,X,酶a,酶b,酶c,X抑制酶a的活性,2.酶的别构调节,有些酶分子除了具有活性中心（结合部位和催化部位）外，还存在一个特殊的调控部位，即别构中心。别构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但它可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价结合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑制的作用。这类酶通常称为别构酶，由于别构剂与别构中心的结合而引起酶活性改变的现象则称为别构调节作用。,3.酶的化学修饰,酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或脱去，引起酶分子构象的改变，使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰（Covalentmoldification）。被修饰的酶可以有两种互变形式，即一种为活性形式（具有催化活性），另一种为非活性形式（无催化活性)。正反两个方向的互变均发生共价修饰反应，并且都将引起酶活性的变化。共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象。具有信号放大效应。例如肾上腺素引起糖原分解过程中的一系列磷酸化激活步骤，其结果将激素的信号被逐级放大了约300万倍。,共价修饰与级联放大,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。,某些酶的酶促化学修饰调节,二、激素水平的调节,激素是生物体内特定细胞产生的的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。激素对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。激素调控往往是局部性的，并且直接或间接受到神经系统的控制。通常一种激素只作用于一定的细胞组织，不同的激素调节不同的物质代谢或生理过程。,1.含量少；在生物体某特定组织细胞产生。2.通过体液的运动被输送到其他组织中发挥作用。3.作用很大，效率高，在新陈代谢中起调节控制作用。4.在医疗上，激素也是一类重要药物。,激素具有以下几个特点,三、整体水平的调节,中枢神经下丘脑垂体腺体靶细胞,第三节、激素的作用机制细胞间信息传递,一、信息分子与受体（一）信息分子(配体)信息分子：细胞间进行信息传递的一类化学物质，包括第一信使和第二信使,细胞外的信号分子,细胞内的信号分子,信息细胞：向胞外分泌信息分子的细胞靶细胞：接受第一信使信息传递作用的相应细胞,信息分子,自分泌,旁分泌,内分泌,靶细胞,自分泌是指细胞产生的因子作用于细胞本身,而旁分泌细胞产生的因子作用于邻近的其它细胞。,信息分子,神经递质：由神经元突触前膜释放，以旁分泌为主,激素：由生物体内特殊的腺体或组织产生的，直接分泌到体液中，以内分泌为主含氮激素类固醇类激素脂肪酸类激素,细胞因子：由一般细胞产生的高活性的特异性强的调节蛋白生长因子造血调节因子免疫因子,（二）、受体,受体：能特异性的识别并结合信号，在细胞内放大和传递信号的物质，受体具有特异性和高亲和性的特点。受体具有两个功能区域：与信号分子结合区域活性功能区,受体的类型,G蛋白连接受体酶连接受体离子通道连接