物质代谢的调节课件

物质代谢的调节

MetabolicRegulation第一节物质代谢的相互联系

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联系三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系一、糖代谢与脂类代谢的相互联系

糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解从头合成脂肪甘油磷酸二羟丙酮糖代谢脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循环

-氧化糖异生TCA总结1.糖酵解过程中产生的磷酸二羟丙酮可转变为磷酸甘油，可作为脂肪合成过程中甘油的原料；2.糖有氧氧化产生的乙酰COA是脂肪酸和酮体的合成原料；3.脂肪酸分解产生的乙酰COA最终进入TCA；4.酮体氧化产生的乙酰COA和丙酮酸可进入

TCA或糖异生；5.甘油经磷酸甘油激酶作用后转变为磷酸二羟丙酮或进入糖酵解或糖异生。

二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白质

NH3蛋白质氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）1、丙酮酸是糖代谢的重要中间产物，它可转变成Ala、Glu、

Asp、

-酮戊二酸、草酰乙酸；

2、糖可转化成某些非必需氨基酸（生糖氨基酸）；

3、蛋白质可转变为糖——水解为氨基酸——脱氨基——

-酮酸——

-酮戊二酸——草酰乙酸——磷酸烯醇式丙酮酸——糖或糖原，变为酮酸可有以下途径形成糖原：

（1）形成草酰乙酸——丙酮酸羧化支路——异生糖原

（2）形成丙酮酸——异生作用

（3）有些氨基酸可形成

-酮戊二酸、延胡索酸、琥珀酰COA等，沿TCA形成草酰乙酸后再走（1）等等。

总结三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系

脂肪甘油磷酸二羟丙酮脂肪酸乙酰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）总结

氧化产生的乙酰COA与草酰乙酸缩合进入

TCA，产生的-酮戊二酸经联合脱氨基作用产生glu,可以用于合成蛋白质；2.生酮生糖氨基酸可产生乙酰COA，用于合成脂肪酸；3.生酮生糖氨基酸可产生丙酮酸可合成甘油或乙酰COA，用于合成脂肪酸。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。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-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸

氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物（胞液）（线粒体）（PEP）丙氨酸天冬氨酸谷氨酸（转氨基作用）糖

分

解

代

谢

和

糖

异

生

的

关

系糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸丝氨酰苏氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖总结丙酮酸、-酮戊二酸和草酰乙酸是糖代谢的重要中间产物，它可转变成ala，glu，asp；2.糖可转化成某些非必需氨基酸；3.生糖氨基酸可转化生成糖;4.蛋白质可转化生成糖。从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。总结任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。脂肪分解增强ATP增多ATP/ADP比值增高糖分解被抑制

6-磷酸果糖激酶-1被抑制（糖分解代谢限速酶之一）举例1举例2：饥饿时

肝糖原分解

，肌糖原分解

肝糖异生

，蛋白质分解

以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低1~2天3~4周

摄入的糖量超过能量消耗时，糖可以转变成脂肪。葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）磷酸二羟丙酮a－磷酸甘油举例3脂肪的分解代谢受糖代谢的影响高酮血症草酰乙酸相对不足糖不足脂肪大量动员酮体生成增加氧化受阻举例4：饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时第二节代谢调节的种类与机制代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。单细胞生物高等生物——三级水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢调节高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。整体水平代谢调节在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。

一、细胞水平的代谢调节•细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。•细胞内酶呈隔离分布。•代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(keyenzyme)的活性决定。•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。（一）细胞内酶的隔离分布代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域。多酶体系在细胞内的分布

酶的隔离分布的意义

——避免了各种代谢途径互相干扰。①速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶(limitingvelocityenzymes)。②催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。③这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。关键酶催化的反应具有以下特点：代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定。

快速代谢

迟缓代谢数秒、数分钟通过改变酶的活性数小时、几天通过改变酶的含量变构调节(allostericregulation)化学修饰调节(chemicalmodification)•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。1.变构调节的概念小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。（二）关键酶的变构调节被调节的酶称为变构酶或别构酶(allostericenzyme)使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allosteric

effector)

•变构激活剂

allosteric

effector

——引起酶活性增加的变构效应剂。•变构抑制剂

allosteric

effector

——引起酶活性降低的变构效应剂。2.变构调节的机制变构酶催化亚基调节亚基变构效应剂：底物、终产物其他小分子代谢物变构效应剂+酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化3.变构调节的生理意义①

代谢终产物反馈抑制(feedbackinhibition)反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。乙酰CoA

乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA长链脂酰CoA

②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促进糖的储存③变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化

乙酰辅酶A

羧化酶

促进脂酸的合成（三）酶的化学修饰调节1.化学修饰的概念酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的共价修饰(covalentmodification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。2.化学修饰的主要方式磷酸化---去磷酸乙酰化---脱乙酰甲基化---去甲基腺苷化---脱腺苷SH与–S—S–互变酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白3.化学修饰的特点①酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。②具有放大效应，效率较变构调节高。③磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。

同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。（四）酶量的调节1.酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer)减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor)

常见的诱导或阻遏方式Ⅰ

底物对酶合成的诱导和阻遏Ⅱ产物对酶合成的阻遏Ⅲ激素对酶合成的诱导Ⅳ药物对酶合成的诱导

2.酶蛋白降解溶酶体蛋白酶体——

释放蛋白水解酶，降解蛋白质——

泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。二、激素水平的代谢调节

（一）、概述

（二）、质膜受体介导的信息传递途径

（一）、概述

1.受体及其特征受体细胞组成成分中具有特异结构的大分子物质，它可与激素神经递质或其他化学物质专一性结合而相互作用，并触发生物学效应，其本质为蛋白质。

配体

能与受体特异性结合并触发生物学效应的化学物质。受体的特征：

1.受体与配体结合具有严格的选择性-特异性结合;2.受体与配体的亲合性与其配体的生理浓度相适应;3.受体结合配体具有饱和性;4.具有明显触发生物学效应的功能。2.激素按作用机制分为两类

质膜受体激素（含氮激素）亲水性的，不易通过质膜的脂双层，只能与靶细胞表面受体结合后通过胞内的第二信使起作用的。胞内受体激素亲脂性的，易透过质膜的脂双层进入靶细胞内起作用的。质膜受体激素的作用方式

胞内受体激素的作用方式（二）、质膜激素受体的信息传递

第一信使指激素、神经递质等体内的化学信号分子。第二信使激素作为第一信使，通过受体的相互作用，将信号传至效应器后所产生的一种具有传递和放大信息作用的生物小分子，如cAMP、cGMP、Ca离子、三磷酸肌醇酚(IP3)、甘油二酯(DAG)和NO等。（1）基本概念

（以cAMP为第二信使的传递为例）定义

GTP结合的异三聚体蛋白，是存在于质膜上的一组信息传递蛋白，由

、

、

三个亚基组成，激素与受体结合后，经G蛋白将信号传递给效应器，产生第二信使分子，引发生理效应。种类

Gs(激动性G蛋白)激活Ac

刺激cAMP产生

Gi(抑制性G蛋白)

抑制Ac

抑制cAMP产生特征由

、

、

三亚基组成，其中

上有GTP和GDP的受体结合位点，同时还具有GTpase活性，

亚基具有多样性和专一性，

和

较保守，不易分开。G蛋白的概念、种类及特征两种G蛋白的活性型和非活性型的互变G蛋白的存在形式：活性形式

亚基与GTP结合，并与

和

分开非活性形式

亚基与GDP结合并与

和

结合

第一步是激素与受体结合。当激素到达靶细胞后，首先与质膜上的特异性受体相互识别并结合，引起受体结构的变化，与G蛋白结合触发信息传递过程。第二步是腺苷酸环化酶（AC）的激活和cAMP的产生。第三步cAMP作为第二信使使介导的生理效应。（2）信息传递过程

此类受体的信息传递可归纳为

激素

受体Ｇ蛋白酶

第二信使蛋白激酶酶或其他功能蛋白

生物学效应第一步和第二步的情况：当兴奋信息产生时Rs受体被激活Rs-Ac复合物移向Gs蛋白与Gs的

亚基结合Gs的

亚基释放出GDP，与GTP结合，发生GDP与GTP的交换与

分离，成为活性状态活化后的Gs

-GTP复合物移向Ac，与其结合并激活AcAc水解环化ATP产生cAMP，产生生理效应。当抑制信号产生时Ri受体被激活Ri-Ac复合物结合Gi蛋白余下过程与上面相同，所不同的是Gs和Gi的作用不同。

cAMP

的合成与分解PPiATPACMg2+cAMP5´-AMP

磷酸二酯酶H2OMg2+cAMPATPACPPiAMPPDEH2O磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)腺苷酸环化酶(adenylate

cyclase,AC)第三步cAMP作为第二信使介导的生理效应

cAMP产生后，与蛋白激酶A的调节亚基(R)结合后，蛋白酶A的R亚基与C亚基分离，蛋白酶A产生活性形式，催化靶细胞磷酸化，而产生生理效应。PKA的激活R调节亚基C催化亚基肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图

ATP

cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活性）c+RcATP蛋白激酶（有活性）受体环化酶激素G蛋白

磷酸化酶激酶ｂ磷酸化酶激酶ａATP磷酸化酶ｂ磷酸化酶ａATP

PPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶H2OPPi

PKA磷蛋白磷酸酶抑制物Ｉa磷蛋白磷酸酶抑制物Ｉb

ATP磷蛋白磷酸酶PPi肾上腺素对糖原分解代谢的影响

肾上腺素＋受体

肾上腺素·

受体复合物激活Ｇ蛋白激活ACATPcAMPPKA

（三）、膜受体介导的其他信息传递–Ca2+-依赖性蛋白激酶途径

cGMP-蛋白激酶途径

酪氨酸蛋白激酶途径

IP3、DAG和Ca2+为第二信使的传递途径

NO为第二信使的传递途径(自学)三、整体水平的调节

一、饥饿的调节

二、应激的调节（一）饥饿糖原消耗血糖趋于降低胰岛素分泌减少胰高血糖素分泌增加

引起一系列的代谢变化1.短期饥饿（1～3天）

（1）蛋白质代谢变化分解加强，氨基酸异生成糖（2）糖代谢变化

糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低（3）脂代谢变化

脂肪动员加强，酮体生成增多2.长期饥饿（1）蛋白质代谢变化

蛋白质分解减少（2）糖代谢变化肝肾糖异生增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸（3）脂代谢变化脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加（二）应激1.概念应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的“紧张状态”。2.机体整体反应交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素、生长激素增加，胰岛素分泌减少

引起一系列的代谢变化3.代谢改变（1）血糖升高（2）脂肪动员增强（3）蛋白质分解加强原核生物酶合成调节的遗传机制

——操纵子学说第三节基因表达的调控什么是操纵子？

是原核基因表达的调空单位，一些相关的基因被串联排列在染色体上一起转录，这种基因串列、启动子以及其它在基因表达调节中起作用的附属顺序组成的结构称为操纵子，操纵子一般含有2——6个基因，它们一起被转录，构成一个转录单位。

a、操纵子——基因表达的协同单位操纵子结构基因（编码蛋白质，S）控制部位操纵基因（operator,O）启动子（premotor,P）b、酶合成的诱导和阻遏实例：诱导型操纵子

乳糖操纵子阻遏型操纵子

色氨酸