《物质代谢的调节》PPT课件.ppt

本章主要内容本章主要内容物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系代谢调节的一般原理代谢调节的一般原理激素的作用与受体激素的作用与受体细胞信号传导系统细胞信号传导系统 1.1 物质代谢的基本目的物质代谢的基本目的1.1.1 生成生成ATP ATP被称之为被称之为“通用能量货币通用能量货币”1.1.2 生成还原辅酶生成还原辅酶 动物机体代谢过程中所产生还原力，其代表性物质是辅酶动物机体代谢过程中所产生还原力，其代表性物质是辅酶 （NADPH+H+）1.1.3 产生生物合成的前体小分子产生生物合成的前体小分子 1 1 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系1.2 1.2 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系1 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系1.2.1 糖代谢与脂代谢糖代谢与脂代谢 糖糖与与脂脂类类的的联联系系最最为为密密切切，糖糖可可以以转转变变成成脂脂类类。当当有有过过量量葡葡萄萄糖糖摄摄入入时时，糖糖分分解解代代谢谢的的产产物物磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮还还原原成成-磷磷酸酸甘甘油油。丙丙酮酮酸酸氧氧化化脱脱羧羧转转变变为为乙乙酰酰CoA，在在线线粒粒体体中中合合成成脂脂酰酰CoA。-磷磷酸酸甘甘油油与与脂脂酰酰CoA再再用用来来合合成成甘甘油油三三酯酯。乙乙酰酰CoA也也是是合合成成胆胆固固醇醇的的原料。磷酸戊糖途径还为脂肪酸、胆固醇合成提供了所需原料。磷酸戊糖途径还为脂肪酸、胆固醇合成提供了所需NADPH。在动物体内脂肪转变成葡萄糖是有限度的在动物体内脂肪转变成葡萄糖是有限度的。脂肪的分解产物包。脂肪的分解产物包括甘油和脂肪酸。其中甘油是生糖物质。奇数脂肪酸括甘油和脂肪酸。其中甘油是生糖物质。奇数脂肪酸丙酸丙酸可以经甲可以经甲基丙二酸单酰基丙二酸单酰CoA途径进入异生过程生成葡萄糖（例如在反刍动物）途径进入异生过程生成葡萄糖（例如在反刍动物）。然而偶数脂肪酸。然而偶数脂肪酸-氧化产生的乙酰氧化产生的乙酰CoA不能净合成糖不能净合成糖,因为乙酰因为乙酰Co A不能逆转再生成丙酮酸。不能逆转再生成丙酮酸。尽管有实验显示，同位素标记的乙尽管有实验显示，同位素标记的乙酰酰 Co A碳原子最终似乎掺入到了葡萄糖分子中去，但其前提是必碳原子最终似乎掺入到了葡萄糖分子中去，但其前提是必须向三羧酸循环中补充如草酰乙酸等有机酸，而动物体内草酰乙酸须向三羧酸循环中补充如草酰乙酸等有机酸，而动物体内草酰乙酸又主要由糖代谢的代谢中间产物丙酮酸羧化后得到。又主要由糖代谢的代谢中间产物丙酮酸羧化后得到。1.2.2 糖代谢与氨基酸代谢糖代谢与氨基酸代谢 糖糖分分解解代代谢谢的的中中间间产产物物，-酮酮酸酸可可以以作作为为“碳碳骨骨架架”，通通过转氨基或氨基化作用进而转变成非必需氨基酸。过转氨基或氨基化作用进而转变成非必需氨基酸。但但是是当当动动物物缺缺乏乏糖糖的的摄摄入入（如如饥饥饿饿）时时，体体蛋蛋白白的的分分解解加加强强。已已知知组组成成蛋蛋白白质质的的20种种氨氨基基酸酸中中，除除赖赖氨氨酸酸和和亮亮氨氨酸酸以以外外，其其余余的的都都可可以以通通过过脱脱氨氨基基作作用用最最终终直直接接地地或或间间接接地地转转变变成成糖糖异异生生途途径径中中的的某某个个中中间间产产物物，再再沿沿异异生生途途径径合合成成糖糖，以以满满足足机机体体对葡萄糖的需要和维持血糖水平的稳定。对葡萄糖的需要和维持血糖水平的稳定。糖的供应不足，不仅非必需氨基酸合成减少，而且由于细糖的供应不足，不仅非必需氨基酸合成减少，而且由于细胞的能量水平下降，使需要消耗大量高能磷酸化合物（胞的能量水平下降，使需要消耗大量高能磷酸化合物（ATP和和GTP）的蛋白质的合成速率受到明显抑制。）的蛋白质的合成速率受到明显抑制。1.2.3 脂代谢与氨基酸代谢脂代谢与氨基酸代谢 生生酮酮氨氨基基酸酸可可以以通通过过解解酮酮作作用用转转变变成成乙乙酰酰CoA之之后后合合成成脂脂肪肪酸酸，生生糖糖氨氨基基酸酸既既然然能能异异生生成成糖糖，自自然然也也可可以以转转变变成成脂脂肪肪。此此外外，蛋蛋氨氨酸酸，丝丝氨氨酸酸等等还还是是合合成成磷磷脂脂的的原原料料。甘甘油油可可以以通通过过糖糖代谢途径为合成某些非必需氨基酸提供碳骨架。代谢途径为合成某些非必需氨基酸提供碳骨架。动物组织难以利用脂肪酸合成氨基酸。动物组织难以利用脂肪酸合成氨基酸。这是因为脂肪酸分解这是因为脂肪酸分解生成的乙酰生成的乙酰 Co A要进入三羧酸循环分解，如果再由循环中的中要进入三羧酸循环分解，如果再由循环中的中间产物形成氨基酸必然要消耗循环中的有机酸（间产物形成氨基酸必然要消耗循环中的有机酸（如草酰乙酸等如草酰乙酸等-酮酸），而如无其他来源的补充，反应则不能持续下去。酮酸），而如无其他来源的补充，反应则不能持续下去。1.2.4 核苷酸代谢与其他物质代谢核苷酸代谢与其他物质代谢 核苷酸既是核酸的基本组成单位，也在核苷酸既是核酸的基本组成单位，也在调节代谢调节代谢中起重要作用。中起重要作用。ATP是能量通用货币和转移磷酸基团的主要分子，是能量通用货币和转移磷酸基团的主要分子，UTP参与单糖的转参与单糖的转变和多糖的合成，变和多糖的合成，CTP参与磷脂的合成，而参与磷脂的合成，而GTP为蛋白质多肽链的为蛋白质多肽链的生物合成所必需。生物合成所必需。许多重要的许多重要的辅酶辅基辅酶辅基，如，如Co A、NAD、FAD等都是腺嘌呤核苷酸等都是腺嘌呤核苷酸的衍生物，参与酶的催化作用。环核苷酸，如的衍生物，参与酶的催化作用。环核苷酸，如cAMP，cGMP作为胞作为胞内信号分子（第二信使）参与内信号分子（第二信使）参与细胞信号的传导细胞信号的传导。糖代谢为核苷酸合成提供了糖代谢为核苷酸合成提供了磷酸核糖磷酸核糖（及脱氧核糖）和（及脱氧核糖）和NADPH还还原力。甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺等参与原力。甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺等参与嘌呤和嘧啶环的合成嘌呤和嘧啶环的合成，多，多种酶和蛋白因子参与了核酸的生物合成（复制和转录），糖、脂等燃种酶和蛋白因子参与了核酸的生物合成（复制和转录），糖、脂等燃料分子为核酸生物学功能的实现提供了能量保证。料分子为核酸生物学功能的实现提供了能量保证。糖糖、脂脂类类和和蛋蛋白白质质代代谢谢之之间间的的相相互互影影响响主主要要表表现现在在能能量量供供应应上上。动动物物所所需需要要的的能能量量约约7070以以上上是是由由糖糖供供应应的的。当当饲饲料料中中糖糖类类供供应应充充足足时时，机机体体以以糖糖作作为为能能量量的的主主要要来来源源，而而脂脂肪肪和和蛋蛋白白质质的的分分解解供供能能较较少少。糖糖的的供供应应量量超超过过机机体体的的需需要要时时，则则可可以以转转变变成成脂脂肪肪作作为为能能量量储储备备。糖糖类类供供应应不不足足或或饥饥饿饿时时，一一方方面面动动员员脂脂肪肪分分解解供供能能，另另一一方方面面动动用用机机体体蛋蛋白白分分解解异异生生成成糖糖。持持续续饥饥饿饿，体体内内脂脂肪分解大大加快，甚至会出现酮血症。肪分解大大加快，甚至会出现酮血症。一一般般情情况况下下，饲饲料料蛋蛋白白质质的的主主要要营营养养作作用用是是满满足足动动物物生生长长、修修补补和和更更新新组组织织的的需需要要。合合成成蛋蛋白白质质需需要要的的能能量量，主主要要依依靠靠糖糖，其其次次是是脂脂肪肪。蛋蛋白白质质合合成成代代谢谢增增强强时时，首首先先是是糖糖的的分分解解代代谢谢必必然然增增强强，除除了了提提供供其其所所需需要要的的能能量量外外，还还可可合合成成非非必必需需氨氨基基酸酸作作为为蛋蛋白白质质合合成成的的原原料料。可可见见，饲饲料料中中能能源源物物质质不不足足时时，会会影影响响蛋蛋白白质质的合成。的合成。1.2.5 营养物质之间的相互影响营养物质之间的相互影响2 2 动物代谢调节的一般原理动物代谢调节的一般原理2.1 代谢调节的实质代谢调节的实质 动物的代谢过程表现为机体不断从外界摄入营养物质，然后在体内动物的代谢过程表现为机体不断从外界摄入营养物质，然后在体内经由不同的代谢途径进行转变，又不断地把代谢产物排出体外和释放热经由不同的代谢途径进行转变，又不断地把代谢产物排出体外和释放热量。这种状态称为量。这种状态称为恒态（恒态（stable state）。）。恒态是机体代谢的基本状态。恒态是机体代谢的基本状态。恒态的破坏意味着疾病或机体的死亡。机体通过代谢调节维持恒态。恒态的破坏意味着疾病或机体的死亡。机体通过代谢调节维持恒态。代谢的调节主要是对代谢途径中的酶进行调节，包括代谢的调节主要是对代谢途径中的酶进行调节，包括酶的活性和酶酶的活性和酶量量。尤其是途径中的关键酶（限速酶、调节酶），使他们的活性不致过。尤其是途径中的关键酶（限速酶、调节酶），使他们的活性不致过高或过低，不会缺乏也不会不适时表达，以保持整个机体的代谢以恒态高或过低，不会缺乏也不会不适时表达，以保持整个机体的代谢以恒态的方式进行。的方式进行。代谢调节的实质，就是把体内的酶组织起来，在统一的指挥下，互代谢调节的实质，就是把体内的酶组织起来，在统一的指挥下，互相协作，以便使整个代谢过程适应生理活动的需要。相协作，以便使整个代谢过程适应生理活动的需要。2.2 代谢调节的方式代谢调节的方式2.2.1 细胞水平的调节细胞水平的调节 酶的区室化（酶的区室化（compartmentalizing）动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，称为酶的区室化。动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，称为酶的区室化。酶的区室化作用保证了代谢途径的定向和有序，也使合成途径和分酶的区室化作用保证了代谢途径的定向和有序，也使合成途径和分解途径彼此独立、分开进行。解途径彼此独立、分开进行。酶活性的调节酶活性的调节 变构调节和共价修饰调节是对关键酶活性调节的两种主要方式。变构调节和共价修饰调节是对关键酶活性调节的两种主要方式。酶含量的调节酶含量的调节 即调节酶的合成，因为细胞内酶的含量一般与其活性呈正相关即调节酶的合成，因为细胞内酶的含量一般与其活性呈正相关。2.2.2 激素水平的调节激素水平的调节 激素（激素（hormone）通过血液到达其专一作用的组织和细胞，称为）通过血液到达其专一作用的组织和细胞，称为靶组织（靶组织（target tissue）、靶细胞（）、靶细胞（target cell），与其特异的受体结合，），与其特异的受体结合，引起细胞内代谢的改变，于是引起生理效应。引起细胞内代谢的改变，于是引起生理效应。2.2.3 整体水平的调节整体水平的调节 在中枢神经系统的控制下，通过神经递质（在中枢神经系统的控制下，通过神经递质（neurotransmitter）或激素）或激素对靶组织、靶细胞直接发生影响来调节其代谢及功能，并通过各种激素对靶组织、靶细胞直接发生影响来调节其代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节，这种调节称为整体水平的代谢的互相协调而对机体代谢进行综合调节，这种调节称为整体水平的代谢调节。因为神经和激素对于内外环境的改变有十分敏锐的反应，根据这调节。因为神经和激素对于内外环境的改变有十分敏锐的反应，根据这些改变来调节代谢过程，使机体成为一个整体，各个组织器官的代谢互些改变来调节代谢过程，使机体成为一个整体，各个组织器官的代谢互相协调配合，以适应环境的变化。相协调配合，以适应环境的变化。3.细胞信号传导细胞信号传导 信号传导实现细胞之间的通讯联络，使多细胞生物对外界环境的信号传导实现细胞之间的通讯联络，使多细胞生物对外界环境的变化可以作出协同一致的反应。变化可以作出协同一致的反应。细胞信号的传导系统包括信号分子、细胞信号的传导系统包括信号分子、受体、第二信使分子、胞内的靶蛋白或靶酶等。受体、第二信使分子、胞内的靶蛋白或靶酶等。3.1 信号分子（信号分子（signal molecules）激激 素素（胰岛素、肾上腺素等）（胰岛素、肾上腺素等）生长因子（生长激素、上皮生长因子等）生长因子（生长激素、上皮生长因子等）细胞因子（白细胞介素、肿瘤坏死因子等）细胞因子（白细胞介素、肿瘤坏死因子等）神经递质（乙酰胆碱、神经递质（乙酰胆碱、5-羟色胺等）羟色胺等）气体分子（气体分子（NO、CO等）等）3.2 受体（受体（receptor）是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒素、药是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒素、药物等）并与之结合的生物大分子，主要是蛋白质。大多数的受体位于细胞膜上，物等）并与之结合的生物大分子，主要是蛋白质。大多数的受体位于细胞膜上，少部分在胞内或核内。少部分在胞内或核内。3.2.1 受体的特点受体的特点 亲和性亲和性与配体（与配体（ligand）有极高的亲和力；）有极高的亲和力；专一性专一性 存在于特定组织细胞的膜上或胞内。这些细胞或组织称为靶存在于特定组织细胞的膜上或胞内。这些细胞或组织称为靶组织、靶细胞；组织、靶细胞；效应性效应性受体一旦与配体结合（可逆地）即引起细胞的生理效应受体一旦与配体结合（可逆地）即引起细胞的生理效应 门控通道型受体（膜上）门控通道型受体（膜上）如乙酰胆碱受体如乙酰胆碱受体 G蛋白偶联型受体（膜上）蛋白偶联型受体（膜上）如肾上腺素受体如肾上腺素受体 酪氨酸激酶型受体（膜上）酪氨酸激酶型受体（膜上）如生长激素受体如生长激素受体 DNA DNA转录调节型受体（核内）转录调节型受体（核内）如雌激素受体如雌激素受体受体类型受体类型3.2.2 受体的类型受体的类型膜膜上上受受体体的的三三种种类类型型门控通道型门控通道型G G蛋白偶联型蛋白偶联型酪氨酸激酶型酪氨酸激酶型G蛋白蛋白分布极广，参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控分布极广，参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控3.3 G蛋白偶联型受体系统蛋白偶联型受体系统3.3.1 G蛋白蛋白全称为全称为全称为全称为GTPGTP结合调节蛋白，是位于结合调节蛋白，是位于结合调节蛋白，是位于结合调节蛋白，是位于细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜胞浆面胞浆面胞浆面胞浆面的外周蛋白，是由的外周蛋白，是由的外周蛋白，是由的外周蛋白，是由（）3个亚基组成的三聚体，个亚基组成的三聚体，结合结合GTP时，时，与与 分离，成为活性分离，成为活性形式，而结合形式，而结合GDP时，又与时，又与结合结合结合结合成成成成3 3聚体，成为非活性形式。聚体，成为非活性形式。聚体，成为非活性形式。聚体，成为非活性形式。与与G蛋白偶联的受体结构特点蛋白偶联的受体结构特点胞外胞外结合配体部分结合配体部分 胞内胞内与与G蛋白作用部分蛋白作用部分 过膜过膜七段螺旋七段螺旋 蛋白激酶蛋白激酶A（PKA）途径）途径IP3-钙离子钙离子/钙调蛋白激酶途径钙调蛋白激酶途径蛋白激酶蛋白激酶C途径途径3.3.2 由由G蛋白介导可激活一些信号传导途径蛋白介导可激活一些信号传导途径配体与受体结合配体与受体结合G蛋白活化（交换蛋白活化（交换GTP/GDP）结合并激活结合并激活AC（腺苷酸环化酶）（腺苷酸环化酶）生成生成cAMP（第二信使）（第二信使）激活蛋白激酶激活蛋白激酶A（PKA）发挥生理调节作用发挥生理调节作用蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)途径途径（cAMP-PKA途径）途径）第二信使第二信使cAMP激活蛋白激酶激活蛋白激酶A的机制的机制 PKA的变构激活的变构激活 R表示调节亚基，表示调节亚基，C表示催化亚基表示催化亚基由激活的蛋白激酶由激活的蛋白激酶A引发的一系列引发的一系列酶的级联放大效应酶的级联放大效应促进糖原快速分解促进糖原快速分解 注意：注意：一系列酶通过磷酸化被化学修饰从而改变了活性一系列酶通过磷酸化被化学修饰从而改变了活性 IP3-钙离子钙离子/钙调蛋白激酶途径钙调蛋白激酶途径 蛋白激酶蛋白激酶C途径途径第二信使第二信使 IP3 和和DG的产生的产生 酪氨酪氨酸蛋白激酶受体酸蛋白激酶受体 结构特点结构特点 胞外为结合配体部分（类似免疫球胞外为结合配体部分（类似免疫球蛋白的结构），胞内为催化结构域，蛋白的结构），胞内为催化结构域，由单股螺旋过膜。与配体结合促进受由单股螺旋过膜。与配体结合促进受体二聚化。激活的受体有自催化作用，体二聚化。激活的受体有自催化作用，使其酪氨酸磷酸化，再进而通过胞内使其酪氨酸磷酸化，再进而通过胞内一系列靶蛋白或靶酶的磷酸化修饰引一系列靶蛋白或靶酶的磷酸化修饰引起级联放大效应。起级联放大效应。许多与细胞生长、分裂和分化有关许多与细胞生长、分裂和分化有关的生长因子在细胞膜表面的受体具有的生长因子在细胞膜表面的受体具有酪氨酸蛋白激酶（酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性。）的活性。3.4 受体酪氨酸蛋白激酶（受体酪氨酸蛋白激酶（TPK）途径）途径3.5 DNA转录调节型受体系统转录调节型受体系统 本章结束本章结束