《生物化学》课件-物质代谢调节（上）

物质代谢调节（上）主讲人：李祖亮学习导入1.掌握细胞水平的代谢调节。2.熟悉物质代谢的特点。3.了解激素水平的代谢调节;饱食、空腹、饥饿与应激状态的物质代谢调节。能够运用所学的物质代谢调节知识分析不同营养或疾病状态下物质代谢的特点及调节，解释某些与代异常相关疾病发生的原因，以及某些药物的作用机制。通过理解和总结物质代谢调节的多层次密切相关性，培养认识复杂事物的逻辑思维和科学方法，并从代谢的整体性、独特性和联系性理解疾病发生和治疗的复杂性和特殊性。知识目标能力目标素质目标一、物质代谢调节的特点（一）整体性在体内进行代谢的物质各种各样，不仅有糖、脂、蛋白质这样的大分子营养物质，也有维生素这样的小分子物质，还有无机盐、甚至水。它们的代谢不是孤立进行的，同一时间机体有多种物质代谢在进行，需要彼此间相互协调，以确保细胞乃至机体的正常功能。一、物质代谢调节的特点糖、脂质、氨基酸代谢途径的相互关系一、物质代谢调节的特点要保证机体的正常功能，就必须确保糖、脂、蛋白质、水、无机盐、维生素这些营养物质在体内的代谢，能够根据机体的代谢状态和执行功能的需要有条不紊地进行。（二）可调节性这就需要对这些物质的代谢方向、速度和强度进行精细调节。正是有了这种精细的调节机制，机体能够适应各种内外环境的变化，顺利完成各种生命活动。一、物质代谢调节的特点（三）组织器官特异性机体各组织、器官具有各自不同的特定功能，对这些组织、器官的代谢具有特殊的需求。因而在这些组织、器官的细胞中形成了特定的酶谱，即不同的酶系种类和含量，使这些组织、器官除了具有一般的基本代谢外，还具有特点鲜明的代谢途径，以适应相应的功能需要。一、物质代谢调节的特点（四）共同代谢池人体主要营养物质如糖、脂、蛋白质，既可以从食物中摄取，也可在体内自身合成；一旦进入体内则形成共同的代谢池，根据机体的营养状态和需要，进入各种代谢途径进行代谢。（五）ATP是能量储存和利用的直接形式ATP作为机体可直接利用的能量载体，将产能的营养物质分解代谢与耗能的物质合成代谢联系在一起、将物质代谢与其他生命活动联系在一起。（六）NADPH是合成代谢所需还原当量的主要提供者体内许多生物合成反应是还原性合成，需要还原当量。体内这种还原当量的主要提供者是NADPH，它主要来源于葡萄糖的磷酸戊糖途径。二、细胞水平代谢调节二、细胞水平代谢调节（二）关键酶活性决定整个代谢途径的速度和方向关键酶也被称为限速酶（rate-limitingenzymes）1.关键酶的概念（1）常催化代谢途径的第一步反应或分支点上的反应，速度慢，其活性能决定整个代谢途径的总速度。（2）常催化单向反应或非平衡反应，其活性能决定整个代谢途径的方向。（3）酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂调节。2.关键酶的特点二、细胞水平代谢调节二、细胞水平代谢调节一些小分子化合物能与酶蛋白分子活性中心外的特定部位特异结合，改变酶蛋白分子构象，从而改变酶活性。这些小分子化合物叫別构效应剂，包括别构激活剂和别构抑制剂，受别构调节的酶叫别构酶。（三）别构调节通过别构效应剂改变关键酶的活性1.别构调节的概念二、细胞水平代谢调节二、细胞水平代谢调节别构效应剂与别构酶的调节位点或调节亚基以非共价键结合，引起酶活性中心构象变化，改变酶活性，从而调节代谢。别构效应的机制有两种。2.別构调节的机制别构效应剂可能是酶的底物，也可能是酶体系的终产物，或其它小分子代谢物。它们在细胞内浓度的改变能灵敏地反映相关代谢途径的强度和相应的代谢需求，并使关键酶构象改变影响酶活性，从而调节相应代谢的强度、方向，以协调相关代谢、满足相应代谢需求。3.别构调节的生理意义二、细胞水平代谢调节（四）化学修饰调节通过酶促共价修饰调节酶活性1.化学修饰调节的概念酶蛋白肽链上某些氨基酸残基侧链可在另一酶的催化下发生可逆的共价修饰（covalentmodification），从而改变酶活性。酶的化学修饰（chemicalmodification）主要有磷酸化与去磷酸化、乙酰化与去乙酰化、甲基化与去甲基化、腺苷化与去腺苷化及-SH与-S-S-互变等，其中磷酸化与去磷酸化最多见。化学修饰调节和别构调节是调节酶活性的两种不同方式，某一种酶可以同时受这两种方式的调节。二、细胞水平代谢调节二、细胞水平代谢调节酶的磷酸化与去磷酸化的关系二、细胞水平代谢调节2.化学修饰调节的特点

（1）受化学修饰调节的关键酶都具有无/低活性和有/高活性两种形式，可分别在两种不同酶的催化下发生共价修饰、互相转变。催化互变的酶在体内受上游调节因素如激素控制。（2）酶的化学修饰是另一酶催化的酶促反应，一分子催化酶可催化多个底物酶分子发生共价修饰，特异性强，有放大效应。二、细胞水平代谢调节（3）磷酸化与去磷酸化是最常见的酶促化学修饰反应。（4）催化共价修饰的酶自身也常受别构调节、化学修饰调节，并与激素调节偶联，形成由信号分子（激素等）、信号转导分子和效应分子（受化学修饰调节的关键酶）组成的级联反应，使细胞内酶活性调节更精细协调。二、细胞水平代谢调节（五）酶含量调节通过改变细胞内酶含量调节酶活性1.诱导或阻遏酶蛋白基因的表达调节酶含量酶的底物、产物、激素或药物可诱导或阻遏酶蛋白基因表达。诱导剂或阻遏剂在酶蛋白生物合成的转录或翻译过程中发挥作用，影响转录较常见。体内也有一些酶，其浓度在任何时间、任何条件下基本不变，几乎恒定。这类酶称为组成（型）酶（constitutiveenzyme），如3-磷酸甘油醛脱氢酶（glyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase，GAPDH），常作为基因表达变化研究的内参照（internalcontrol）。二、细胞水平代谢调节2.改变酶蛋白降解速度调节酶含量

改变酶蛋白分子的降解速度是调节酶含量的重要途径。细胞内酶蛋白的降解与许多非酶蛋白质的降解一样，有两条途径。溶酶体（lysosome）蛋白水解酶可非特异降解酶蛋白，酶蛋白的特异性降解通过ATP依赖的泛素-蛋白酶体（proteasomes）途径完成。凡能改变或影响这两种蛋白质降解机制的因素均可调节酶蛋白的降解速度，进而调节酶含量。在人体内，糖、脂质、氨基酸等物质的代谢程度受到多种因素的调节，物质代谢