物质代谢调节及激素作用机制

1、物质代谢调节及激素作用机制l了解物质代谢间的关系了解物质代谢间的关系;l掌握体内代谢调节的三种层次掌握体内代谢调节的三种层次;l掌握酶含量调节的两种方式、特点及意掌握酶含量调节的两种方式、特点及意义。义。l第一节第一节 物质代谢的联系物质代谢的联系l第二节第二节 代谢调节的机制代谢调节的机制l第三节第三节 激素的作用机制激素的作用机制细胞间信细胞间信息传递息传递 (一一) 糖代谢与脂类代谢的相互关系糖代谢与脂类代谢的相互关系 (二二) 糖代谢与蛋白质代谢的相互关系糖代谢与蛋白质代谢的相互关系(三三) 脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系 (四四) 核酸与糖类、脂类、蛋白

2、质代谢的核酸与糖类、脂类、蛋白质代谢的 相互关系相互关系( (一一) )糖代谢与脂类代谢的相互联系糖代谢与脂类代谢的相互联系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循环乙醛酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生TCA糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解从头合成从头合成脂肪代谢和糖代谢的关系脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循环循环乙醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三

3、酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微植物或微生物生物( (二二) )糖代谢与蛋白质代谢的相互联系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，丙酮酸经解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCATCA循环产生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作用形成相应的氨基酸。另外

4、，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。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。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。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代谢与蛋白质代谢的相互联系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 NH3蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸）（生糖氨基酸）( (三三) )脂类代谢与蛋白质代谢的相互联脂类代谢与蛋白质代谢的相互

5、联系系脂肪脂肪甘油甘油丙酮酸丙酮酸脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪（生酮氨基酸）（生酮氨基酸）( (四四) )核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系l核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoACoA、NAD+NAD+，NADP+NADP+，cAMPcAMP，cGMPcGMP）。）。 l核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成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，影响细胞的成分和代谢类型

6、; ;l核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而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。且需要酶和多种蛋白质因子。l各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如，如ATPATP是能量的是能量的“通货通货”，此外，此外UTPUTP参与多糖的合成，参与多糖的合成，CTPCTP参与磷脂合成，参与磷脂合成，GTPGTP参与蛋白质合成与糖异生作用。参与蛋白质合成与糖异生作用。PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸

7、 甘氨酸甘氨酸丝氨酰丝氨酰苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰

8、氨组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二酸单酰丙二酸单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖l一、细胞水平的调节一、细胞水平的调节( (实质是酶的调节实质是酶的调节) )l二、激素水平的调节二、激素水平的调节l三、整体水平的调节三、整体水平的调节(实质是神经的调节实质是神经的调节) ) 细胞水平代谢调节的实质是酶的调节细胞水平代谢调节的实质是酶的调节l 区域化分布和代谢调节作用点区域化分布和代谢调节作用点l 酶含量的调节酶含量的调节l 酶的抑制作用酶的抑制作用l 酶的别构调节（非共价修饰）酶的别构调节（非共价修饰）l 酶的化学修饰（共价修饰）酶的化学修饰（共

9、价修饰）酶活性的调节酶活性的调节酶合成的诱导酶合成的诱导酶合成的阻遏酶合成的阻遏分解代谢产物对酶合成的阻遏分解代谢产物对酶合成的阻遏酶生物酶生物合成的合成的调节调节慢调节慢调节快调节快调节（一）代谢途径的区域化（一）代谢途径的区域化和代谢调节作用点和代谢调节作用点 概念：代谢途径的有关酶类，常常组成酶概念：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。核细胞的代

10、谢情况，有利于代谢的调节。 例如：脂肪酸的分解与合成。例如：脂肪酸的分解与合成。线粒体线粒体: :丙酮酸氧丙酮酸氧化化; ;三羧酸循环三羧酸循环; ; - -氧化氧化; ;呼吸链呼吸链电子传递电子传递; ;氧化磷氧化磷酸化酸化细胞质细胞质: :酵解酵解; ;磷磷酸戊糖途径酸戊糖途径; ;糖原糖原合成合成; ;脂肪酸合成脂肪酸合成; ;细胞核细胞核: :核酸合核酸合成成内质网内质网: :蛋白质蛋白质合成合成; ;磷脂合成磷脂合成酶或酶系酶或酶系所在区域所在区域酶或酶系酶或酶系所在区域所在区域糖酵解酶系糖酵解酶系TCA酶系酶系磷酸戊糖途径酶系磷酸戊糖途径酶系脂肪酸脂肪酸氧化酶系氧化酶系脂肪酸合成酶

11、系脂肪酸合成酶系尿素合成酶系尿素合成酶系胞浆胞浆线粒体线粒体胞浆胞浆线粒体线粒体胞浆胞浆线粒体和胞线粒体和胞浆浆蛋白质合成酶系蛋白质合成酶系DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶水解酶类水解酶类粗面内质网粗面内质网细胞核细胞核细胞核细胞核溶酶体溶酶体真核细胞内某些酶的区域化分布真核细胞内某些酶的区域化分布l限速酶（限速酶（rate-limiting enzyme)rate-limiting enzyme)v体内代谢是一系列酶促反应的总和；体内代谢是一系列酶促反应的总和；v整个代谢途径速度取决于多酶体系中催化活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力最低、米

12、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。酶，此酶起着限速作用，代谢调节的作用点。v关键酶（关键酶（key enzyme)：往往是代谢途径的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）。（催化不可逆反应）。 E1 E2 E3 A B C D E E E F G H I l 1. 酶合成的诱导酶合成的诱导; ;l 2. 2. 酶合成的阻遏酶合成的阻遏; ;l 3. 3. 分解代谢产物对酶合成的阻遏。分解代谢产物对酶合成的阻遏。l1. 操纵子（操纵子（operon） ：是基因表达的协调是基因表达的协调单位

13、，由启动子、操纵基因及其所控制的一组单位，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。节基因产物的控制。l2. 衰减子：衰减子：在转录水平上调控基因表达的衰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。用部位叫衰减子。酶合成诱导的现象酶合成诱导的现象Jacob and MonodJacob and Monod的工作：的工作：已知分解利用乳糖的酶有：已知分解利用乳糖的酶有： - -半乳糖苷酶；半乳糖苷酶； - -半乳糖苷半乳糖苷通透

14、酶；通透酶； - -半乳糖苷转乙酰基酶。半乳糖苷转乙酰基酶。实验：实验：1.大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上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；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；内有上述三种酶合成； 当换成葡萄糖培养基时，三种当换成葡萄糖培养基时，三种酶基本消失；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。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

15、的，这种现象叫做酶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。合成的酶叫诱导酶。大肠杆菌的乳糖操纵子（大肠杆菌的乳糖操纵子（lac operon)lac operon)调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）基基 因因 关关 闭闭启启动动子子OIPLacZLacYLaca调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子OImRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性

16、）（无活性） 基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构B B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳糖 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性） 酶合成阻遏的现象酶合成阻遏的现象Jacob and Monod的工作：的工作：实验：实验：1.大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，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；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。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

17、成酶的合成，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。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，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，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。的酶叫阻遏酶。 2. 2. 酶合成的阻遏酶合成的阻遏色氨酸操纵子结构色氨酸操纵子结构（1）结构基因）结构基因E E

18、l色氨酸操纵子表达的调控色氨酸操纵子表达的调控 l 阻遏物对色氨酸操纵子的负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作用对色氨酸操纵子的调控衰减子位于衰减子位于L基因中，离基因中，离E基因基因5端约端约30-60bp衰减子衰减子1.1.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白2.2.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, , 结构基因可结构基因可以表达以表达阻遏蛋白阻遏蛋白( (无活性无活性) )酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合, ,从而使阻遏蛋从而使阻遏蛋白能够结合操纵基因白能够结合

19、操纵基因, ,结构基因不表达结构基因不表达代谢产物代谢产物Trp可阻遏的操纵子负责合成代谢可阻遏的操纵子负责合成代谢l 如葡萄糖效应：细菌在含有葡萄糖和乳糖如葡萄糖效应：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，称为降解物阻象是由于葡萄糖降解物引起的，称为降解物阻遏。遏。l1. 1. 酶的抑制作用酶的抑制作用; ;l2. 2. 酶的别构调节（非共价修

20、饰）酶的别构调节（非共价修饰）; ;l3. 3. 酶的化学修饰（共价修饰）。酶的化学修饰（共价修饰）。l简单抑制简单抑制l反馈抑制：反馈抑制：也称负反馈，这是生物体普遍存也称负反馈，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作用，这种抑制在多酶系反应中产生。ABCX酶酶a酶酶b酶酶cX抑制酶抑制酶a的活性的活性l有些酶分子除了具有活性中心（结合部位和催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，即化部

21、位）外，还存在一个特殊的调控部位，即别构中心。别构中心。l别构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但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。的现象则称为别构调节作用。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反馈反馈前馈前馈别别构构中中心心活性活性中心中

22、心代谢物代谢物l 酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，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，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使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰（饰（Covalent moldification Covalent moldification ）。）。l 被修饰的酶可以有两种互变形式，即一种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（无催化活性性形式（无催化活性) )。正反两个方向的互变。正反两个方向的

23、互变均发生共价修饰反应，并且都将引起酶活性的均发生共价修饰反应，并且都将引起酶活性的变化。变化。l 共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象。象。l 具有信号放大效应。例如肾上腺素引起糖具有信号放大效应。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果将激素的信号被逐级放大了约300300万倍万倍。共价修饰与级联放大共价修饰与级联放大意义：由于意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，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，即可只要有少量信号分子（如激素）存在

24、，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种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。调节方式快速、效率极高。某些酶的酶促化学修饰调节某些酶的酶促化学修饰调节酶类酶类反应类型反应类型效应效应糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶磷酸化脱磷酸磷酸化脱磷酸激活激活/ /抑制抑制磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶磷酸化脱磷酸磷酸化脱磷酸激活激活/ /抑制抑制磷酸化酶磷酸酶磷酸化酶磷酸酶磷酸化脱磷酸磷酸化脱磷酸抑制抑制/ /激活激活糖原合成酶糖原合成酶磷酸化脱磷酸磷酸化脱磷酸抑制抑制/ /激活激活丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶磷酸

25、化脱磷酸磷酸化脱磷酸抑制抑制/ /激活激活脂肪酶脂肪酶磷酸化脱磷酸磷酸化脱磷酸激活激活/ /抑制抑制谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶腺苷化脱腺苷腺苷化脱腺苷抑制抑制/ /激活激活黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶SH/-S-S-SH/-S-S-脱氢脱氢/ /氧化氧化激素是生物体内特定细胞产生的的对某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。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激素对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。控功能。激素调控往往是局部性的，并且直接或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。间接受到神经系统的控制。通常一种

26、激素只作用于一定的细胞组织，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不同的激素调节不同的物质代谢或生理过程。过程。 1.1.含量少；在生物体某特定组织细胞产生。含量少；在生物体某特定组织细胞产生。 2.2.通过体液的运动被输送到其他组织中发挥通过体液的运动被输送到其他组织中发挥作用。作用。 3.3.作用很大，效率高，在新陈代谢中起调节作用很大，效率高，在新陈代谢中起调节控制作用。控制作用。 4.4.在医疗上，激素也是一类重要药物。在医疗上，激素也是一类重要药物。激素具有以下几个特点激素具有以下几个特点中枢神经中枢神经 下丘脑下丘脑垂体垂体 腺体腺体 靶细胞靶细胞一、信息分子与受体一、信息分子与受体（一）信息分子（一）信息分子(配体配体)信息分子：细胞间进行信息传递的一类化学物质，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包括第一信使和第二信使细胞外的信号分子细胞外的信号分子细胞内的信号分子细胞内的信号分子信息细胞：信息细胞： 向胞外分泌信息分子的细胞向胞外分泌信息分子的细胞靶细胞：靶细胞： 接受第一信使信息传递作用的相应细胞接受第一信使信息传递作用的相