生物化学 第十一章 物质代谢调节

1、第第11章章 物质代谢调节物质代谢调节第一节物质代谢概论第一节物质代谢概论第二节代谢调节第二节代谢调节新陈代谢（新陈代谢（metabolismmetabolism）又叫代谢，）又叫代谢，是是生命最基本的特征之一生命最基本的特征之一。第一节物质代谢概论第一节物质代谢概论1、新陈代谢、新陈代谢（metabolism）定义定义是指活细胞中所有化学变化的总称。是指活细胞中所有化学变化的总称。狭义的代谢概念狭义的代谢概念 是指物质在细胞中的合成与分是指物质在细胞中的合成与分解作用；是细胞内所发生的、有解作用；是细胞内所发生的、有组织的、一系列酶促反应过程。组织的、一系列酶促反应过程。广义的代谢概念广义的

2、代谢概念泛指生物体与外界不断交换物泛指生物体与外界不断交换物 质的过程。它包括消化、吸质的过程。它包括消化、吸 收、中间代谢以及排泄等过程。收、中间代谢以及排泄等过程。n物质代谢物质代谢着重讨论各种着重讨论各种生物物质生物物质( (糖、脂、蛋白糖、脂、蛋白质及核酸等质及核酸等) )在细胞内发生酶促转化的途径及调控在细胞内发生酶促转化的途径及调控机理。它包括细胞自身旧物质的分解和新物质的机理。它包括细胞自身旧物质的分解和新物质的形成。形成。n能量代谢能量代谢着重讨论着重讨论光能光能或或化学能化学能在细胞中向在细胞中向生生物能物能转化的原理和过程，以及生命活动对能量的转化的原理和过程，以及生命活动

3、对能量的利用。利用。2 2、新陈代谢的内容、新陈代谢的内容n分解代谢分解代谢 有机物在细胞内发生分解的过程。有机物在细胞内发生分解的过程。它释放化学能，并转化成生物能它释放化学能，并转化成生物能(ATP)(ATP)。n合成代谢合成代谢 活细胞从内、外环境取得原料，合活细胞从内、外环境取得原料，合成自身的结构物质、储存物质和生理活性物质成自身的结构物质、储存物质和生理活性物质等的过程是合成代谢。等的过程是合成代谢。它需要供给能量。它需要供给能量。按照物质转化的方向，代谢又可分为按照物质转化的方向，代谢又可分为合成合成代谢代谢（同同化作用）化作用）分解分解代谢代谢（异异化作用）化作用）物质代谢与能

4、量代谢的统一物质代谢与能量代谢的统一生物小分子合成生物大分子生物小分子合成生物大分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物小分子生物大分子分解为生物小分子二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢新陈代谢的概念及内涵新陈代谢的概念及内涵 小分子小分子 大分子大分子合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用） 需要能量需要能量 释放能量释放能量分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用） 大分子大分子 小分子小分子物物质质代代谢谢能能量量代代谢谢新新陈陈代代谢谢信信息息交交换换3 3、物质代谢特点：、物质代谢特点：（1 1）整体性）整体性n体内各种

5、物质（糖、脂、蛋白质、水、体内各种物质（糖、脂、蛋白质、水、无机盐和维生素等）的代谢构成一个无机盐和维生素等）的代谢构成一个统一的整体统一的整体n彼此相互联系彼此相互联系 n或相互转化或相互转化 或相互依存或相互依存机体存在精细的调节机制，使各种物质机体存在精细的调节机制，使各种物质代谢能适应内外环境的变化。各组织、代谢能适应内外环境的变化。各组织、器官所含酶系不同，因而代谢途径及功器官所含酶系不同，因而代谢途径及功能各异。能各异。 调节各种物质代谢的强度调节各种物质代谢的强度 调节各种物质代谢的方向调节各种物质代谢的方向 调节各种物质代谢的速度调节各种物质代谢的速度（2 2）代谢可调节）代谢

6、可调节（3）各种代谢物均具各自的代谢池）各种代谢物均具各自的代谢池（4）ATP是体内能量利用的共同形式是体内能量利用的共同形式 生物大分子的合成、肌肉收缩、神经冲动生物大分子的合成、肌肉收缩、神经冲动的传导、细胞渗透压及形态的维持等的传导、细胞渗透压及形态的维持等 n物质的代谢过程错综复杂，可用多种方法物质的代谢过程错综复杂，可用多种方法进行研究。进行研究。 第二节代谢调节第二节代谢调节v生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，机体代谢的协调配合，关键在于它存在机体代谢的协调配合，关键在于它存在有精密的调节机制。有精密的调节机制。F代谢调节的意义：代谢调节的意义

7、：代谢调节能使生物体很好地生长发育代谢调节能使生物体很好地生长发育的内部环境及其外界环境的变化。的内部环境及其外界环境的变化。按经济原则进行调节。按经济原则进行调节。细胞水平的代谢调节细胞水平的代谢调节（酶活性和酶量，代谢物浓度，区室化）（酶活性和酶量，代谢物浓度，区室化） 激素水平的代谢调节激素水平的代谢调节（内分泌细胞（内分泌细胞激素激素细胞内代谢）细胞内代谢）整体水平的代谢调节整体水平的代谢调节（中枢神经（中枢神经神经递质神经递质效应器效应器激素分泌激素分泌细胞内代谢）细胞内代谢）代谢调节作用的三个水平：代谢调节作用的三个水平：在代谢调节的三级水平中，细胞水平的在代谢调节的三级水平中，细

8、胞水平的代谢调节是代谢调节是基础基础，激素及神经对代谢的，激素及神经对代谢的调节都是通过细胞水平的代谢调节实现调节都是通过细胞水平的代谢调节实现的。的。主要表现为两种方式：主要表现为两种方式：、酶量的调节（缓慢调节方式）、酶量的调节（缓慢调节方式）酶量的调节指对酶的合成和降解的调酶量的调节指对酶的合成和降解的调节。主要表现在：节。主要表现在：转录水平的调节转录水平的调节转录后的调节转录后的调节翻译水平的调节翻译水平的调节（一）细胞水平的调节一）细胞水平的调节 主要通过酶原激活、变构调节共价修主要通过酶原激活、变构调节共价修饰调节等方式调节。饰调节等方式调节。（）酶原激活又称酶的不可逆共价调节。

9、（）酶原激活又称酶的不可逆共价调节。（）变构调节又称别构调节（）变构调节又称别构调节 。、酶活性的调节、酶活性的调节 小分子化合物与酶蛋白分子活性中心小分子化合物与酶蛋白分子活性中心以外的部位非共价键结合，使酶蛋白构象以外的部位非共价键结合，使酶蛋白构象发生变化，从而增强或减弱酶的活性。这发生变化，从而增强或减弱酶的活性。这种调节方式称种调节方式称变构调节变构调节n allosteric allosteric site site 与变构效应剂结合的部位与变构效应剂结合的部位n allostericallosteric enzyme enzyme 被变构调节的酶被变构调节的酶n alloster

10、icallosteric effector effector 使酶发生变构效应的物质使酶发生变构效应的物质变构部位变构部位( (别构部位别构部位) )变构效应剂变构效应剂 变构酶变构酶( (别构酶别构酶) )l变构调节的机制变构调节的机制变构效应剂的种类：变构效应剂的种类：底物，代谢终产物，代谢中间产物，其他小底物，代谢终产物，代谢中间产物，其他小分子代谢物分子代谢物催化亚基与底物结合催化亚基与底物结合 起催化作用起催化作用变构酶变构酶调节亚基与变构效应剂非共价结合调节亚基与变构效应剂非共价结合起调节作用起调节作用（）酶的化学修饰调节（）酶的化学修饰调节一种酶在另一种酶的催化下，通过共价一种酶

11、在另一种酶的催化下，通过共价键的断裂与生成，结合或移去某基团，使键的断裂与生成，结合或移去某基团，使酶活性改变，这种调节称酶活性改变，这种调节称酶的化学修饰调酶的化学修饰调节节 （chemical modificationchemical modificationregulationregulation） 或或共共价修饰调节价修饰调节（covalent modification regulationcovalent modification regulation）l修饰方式大约有以下几种：修饰方式大约有以下几种：磷酸化磷酸化/ /脱（去）磷酸化脱（去）磷酸化( (最常见最常见) ) 乙酰化乙酰

12、化/ /脱乙酰化脱乙酰化 甲基化甲基化/ /去甲基化去甲基化 腺苷化与去腺苷酰化腺苷化与去腺苷酰化尿苷酰化与脱尿苷酰化尿苷酰化与脱尿苷酰化SH/-S-S-SH/-S-S-l酶的共价修饰的特点酶的共价修饰的特点化学修饰酶一般都具有无活性（低活性）化学修饰酶一般都具有无活性（低活性）和有活性（高活性）两种形式，它们之和有活性（高活性）两种形式，它们之间在两种不同的酶催化下可相互转变。间在两种不同的酶催化下可相互转变。酶受激素调节。酶受激素调节。( (可控可控) )化学修饰由酶催化引起共价键的变化，酶促化学修饰由酶催化引起共价键的变化，酶促反应具有级联放大效应反应具有级联放大效应. .磷酸化与脱磷酸

13、是最常见的。磷酸化与脱磷酸是最常见的。许多化学修饰酶也同时受到变构调节，酶的许多化学修饰酶也同时受到变构调节，酶的化学修饰和变构调节两者相辅相成化学修饰和变构调节两者相辅相成. .（效率高）（效率高）( (经济有效经济有效) )（完善）（完善）激素激素 (hormone) (hormone) 概念及作用方式概念及作用方式分泌血液分泌血液内分泌细胞激素受体或靶细胞内分泌细胞激素受体或靶细胞生物效应生物效应（二）激素水平的调节（二）激素水平的调节受体（受体（receptor) receptor) 概念概念 分布于靶细胞膜或细胞内的特异蛋白分布于靶细胞膜或细胞内的特异蛋白质质( (糖蛋白或脂蛋白糖蛋

14、白或脂蛋白) )。根据靶细胞受体存。根据靶细胞受体存在部位的不同分为：细胞膜受体和细胞内在部位的不同分为：细胞膜受体和细胞内受体两大类。受体两大类。受体作用方式受体作用方式 能识别相应的激素并特异地与之能识别相应的激素并特异地与之结合，从而将激素信号转变为细胞内结合，从而将激素信号转变为细胞内一系列的化学反应，最后表现出激素一系列的化学反应，最后表现出激素的生物学效应。的生物学效应。甾甾醇醇类类激激素素作作用用原原理理示示意意图图肽类激素通过肽类激素通过cAMPcAMP- -蛋白激酶调节代谢示意图蛋白激酶调节代谢示意图 ATP cATP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活蛋白激酶（无活性）性）c+RcATP蛋白激酶（有活蛋白激酶（有活性）性）受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白机体整体反应机体整体反应交感神经兴奋交感神经兴奋 肾上腺髓质及皮质激素分泌肾上腺髓质及皮质激素分泌胰高血糖素、