第十四章 代谢调节综述.ppt

生物化学第十四章 代谢调节综述第十四章 代谢调节综述14.1 细胞水平的代谢调节14.2 激素水平的代谢调节14.3 神经水平的调节14.4 常见代谢途径及相互影响14.1 细胞水平的代谢调节p代谢途径的区域化p酶活力的共价修饰调节p酶量的调节p酶活力的非共价修饰调节返回代谢途径的区域化概念：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核细胞的代谢情况，有利于代谢的调节。例如：脂肪酸的分解与合成酶定定位位的的区区域域化化线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循环酸循环;-氧化氧化;呼吸链呼吸链电子传递电子传递;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷磷戊糖途径戊糖途径;糖原合糖原合成成;脂肪酸合成脂肪酸合成;细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网内质网:蛋白质合成蛋白质合成;磷脂合成磷脂合成真核细胞内某些酶的区域化分布酶或酶系所在区域酶或酶系所在区域糖酵解酶系胞液蛋白质合成酶系粗面内质网三羧酸循环酶系线粒体DNA聚合酶细胞核磷酸戊糖途径酶系胞液RNA聚合酶细胞核脂肪酸氧化酶系线粒体水解酶类溶酶体脂肪酸合成酶系胞液过氧化氢酶过氧化酶体尿素合成酶系线粒体和胞液糖异生所需酶线粒体和胞液返回酶活力的非共价修饰调节 概念：酶的活力可由内在因素（如底物浓度、辅因子、温度、pH、离子强度等）直接调节或由某些其它因素（代谢产物或小分子调节物）间接调节。这类调节作用具有非共价作用的特点。作用的开始和终止速度很快，时间为毫秒范围。酶的非共价修饰调节别构调节：前馈和反馈别构调节：前馈和反馈别构调节：前馈与反馈别构调节：前馈与反馈某些重要代谢过程中的调节酶及其效应物 代谢途径调节酶别构激活剂别构抑制剂糖原分解糖原磷酸化酶AMPATP糖酵解己糖激酶1，6-二磷酸果糖6磷酸葡萄糖磷酸果糖激酶AMP、ADP、2，6-二磷酸果糖ATP、柠檬酸、NADH丙酮酸激酶1，6-二磷酸果糖ATP、乙酰CoA、Ala糖异生丙酮酸羧化酶乙酰CoA、ATPADP 果糖-1，6-二磷酸酶ATP、柠檬酸、3-磷酸甘油酸AMP糖的有氧氧化柠檬酸合成酶AMPATP，长链脂酰CoANADH、琥珀酰CoA-酮戊二酸脱氢酶琥珀酰CoA、NADH、ATP异柠檬酸脱氢酶ADP、AMPATP、NADH糖原合成糖原合成酶6-磷酸葡萄糖脂肪酸合成乙酰CoA羧化酶柠檬酸、异柠檬酸长链脂酰CoA氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶ADPATP、NADH返回酶活力的共价修饰调节 概念：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分子上以共价结合的方式接上或脱去某种特殊的化学基团，从而引起酶活力改变的过程。类型：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/还原(2SH)例如：糖原磷酸化酶意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是级联放大的最终阶段。（特别是激素调节）酶促共价化学修饰对酶活力的调节 酶反应类型修饰前后酶活力的变化磷酸化酶磷酸化/去磷酸化增加/降低磷酸化酶b激酶磷酸化/去磷酸化增加/降低糖原合成酶磷酸化/去磷酸化降低/增加丙酮酸脱氢酶磷酸化/去磷酸化增加/降低激素敏感的脂肪酸磷酸化/去磷酸化增加/降低谷氨酰胺合成酶腺苷酰化/去腺苷化降低/增加磷酸化酶的共价修饰调节共价修饰与级联放大返回酶量的调节(1)酶生物合成的诱导和阻遏某些物质（诱导物）能促进细胞内酶的生物合成，这种作用叫作酶的诱导生成作用。-半乳糖酶是个诱导酶；胰岛素诱导糖原合成所需酶等 某些代谢产物能阻止细胞内某种酶的生成，这种作用叫阻遏作用。色氨酸或组氨酸(作为辅阻遏剂)；-羟-甲基戊二酰CoA还原酶（受胆固醇阻遏）(2)酶的降解减少酶的含量，酶降解速度的增加 返回酶生物合成的诱导和阻遏操纵子学说操纵子：在DNA分子的不同区域分布着一个调节基因和一个操纵子，一个操纵子包括一个操纵基因，一群功能相关的结构基因，以及在调节基因和操纵基因之间专管转录起始的启动基因。酶生物合成的诱导和阻遏操纵子学说当操纵基因“开启”时，它管辖的结构基因能通过转录和翻译而合成某种蛋白质。而操纵基因的“开”与“关”受调节基因产生的阻遏蛋白质的控制。阻遏蛋白质又接受来自外界环境的控制，即受一些小分子诱导剂或辅阻遏剂的控制。酶生物合成的诱导和阻遏操纵子学说通常诱导剂是酶的底物，辅阻遏剂是代谢的终产物。这些小分子能以某种方式与阻遏蛋白质分子结合，使阻遏蛋白质产生构象变化，从而决定它是否处于活性状态。在“诱导”的情况下，诱导物同阻遏蛋白结合在一起，使阻遏蛋白质处于失活的构象，这种构象使阻遏蛋白质不能同操纵基因结合，于是操纵基因便“开启”了。在阻遏的情况下，辅阻遏剂同阻遏蛋白质结合后使阻遏蛋白质处于活性状态，紧密地结合在操纵子基因上，操纵基因便“关闭”了。酶生物合成的诱导和阻遏操纵子类型1、诱导型操纵子乳糖操纵子2、阻遏型操纵子色氨酸操纵子诱导型操纵子I为启动基因，R为调节基因，T为终止基因，O为操纵基因，S1,S2Sn分别表明不同的结构基因。阻遏蛋白结合于操纵基因抑制结构基因转录阻遏蛋白结合于操纵基因抑制结构基因转录当有信号分子（诱导物）当有信号分子（诱导物）时阻遏蛋白从时阻遏蛋白从DNA上脱离上脱离信号分子（诱导物）信号分子（诱导物）阻遏蛋白阻遏蛋白当无诱导物（信当无诱导物（信号分子存在时）号分子存在时）乳糖操纵子：乳糖操纵子：乳糖可作为诱导物乳糖可作为诱导物诱导分解利用乳糖诱导分解利用乳糖的酶的基因转录的酶的基因转录诱导型操纵子诱导型操纵子返回阻遏型操纵子I为启动基因，R为调节基因，T为终止基因，O为操纵基因，S1,S2Sn分别表明不同的结构基因。当合成产物积累时，阻遏蛋白被当合成产物积累时，阻遏蛋白被合成产物激活而与操纵基因结合合成产物激活而与操纵基因结合辅阻遏物（合成产物）辅阻遏物（合成产物）阻遏蛋白阻遏蛋白当合成产物减少时，合成产物当合成产物减少时，合成产物脱离阻遏蛋白而使阻遏蛋白失脱离阻遏蛋白而使阻遏蛋白失活。转录酶使结构基因转录，活。转录酶使结构基因转录，蛋白质酶合成使合成代谢开始蛋白质酶合成使合成代谢开始色氨酸操纵子：色氨酸操纵子：色氨酸积累时色氨酸合成减弱色氨酸积累时色氨酸合成减弱色氨酸缺乏时色氨酸合成加强色氨酸缺乏时色氨酸合成加强色氨酸合成产物辅阻遏物色氨酸合成产物辅阻遏物阻遏型操纵子阻遏型操纵子返回乳乳糖糖操操纵纵子子的的负负调调控控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ORPLacZLacYLacA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ORmRNAZmRNAYmRNAA 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（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、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）节首乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacAmRNAmRNAZmRNAYmRNAA基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCAPOCAP结结合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活状态呈失活状态节首14.2 激素水平的代谢调节p激素的化学本质p激素的作用特点p激素对代谢的调节返回p激素的两类受体激素的化学本质激素(hormone)是由内分泌细胞或腺体产生的一群微量有机化合物，直接分泌到体液中并运送到特定的作用部位，从而引起特定的生物学效应。激素的分类1、氨基酸及其衍生物类激素：酪氨酸的代谢产物，如甲状腺素、肾上腺素2、肽及蛋白质激素：胰岛素、降钙素等3、固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素4、脂肪酸衍生物类激素：前列腺素激素的分类通过cAMP方式起作用通过激活基因、形成诱导酶起作用促肾上腺皮质激素糖皮质激素促甲状腺激素盐皮质激素：醛甾酮性激素促黄体生成素雌激素：雌二醇、孕酮促卵泡激素雄激素：睾酮催乳激素肾上腺素生长激素甲状旁腺激素甲状腺素降压素胰岛素加压素胰高血糖素胰岛素返回激素的两类受体1、细胞膜受体水溶性激素，分布于细胞质膜表面上。激素受体复合物，引起细胞内cAMP(第二信使)的生成，cAMP再引起细胞内其他变化来调节代谢，表现出生物效应。2、细胞浆受体脂溶性激素，容易进入细胞。激素受体复合物，通过核膜进入细胞核，开启基因活力，使相应基因表达，表现出生物性状。返回激素的作用特点浓度很低(108molL)，但能引起明显的生物学效应；半衰期短，有利于随时适应环境的变化；激素的作用有饱和现象；激素的作用有较高的组织特异性和效应特异性。返回激素对代谢的调节（一）激素通过细胞膜受体而起作用1、激素与膜上的受体结合2、cAMP的生成（1）cAMP激活多种蛋白酶级联放大作用（2）cAMP作用于基因系统，调节转录和翻译，影响酶的合成。（二）激素通过细胞内受体起作用类固醇激素对代谢的调节不是改变酶的活性，而是通过作用于基因系统改变蛋白质的合成，从而调节生物效应。孕酮作用机理B亚基与染色质上的接受位点（accept site）结合。B亚基与染色质结合后，A亚基即游离出来与染色质上的效应位点（effect site）结合 返回一.直接调节神经兴奋的快速作用某些特殊情况下，人或动物的交感神经兴奋，由神经细胞的电兴奋引起的动作电位或神经脉冲使血糖浓度升高。节首神经体液的调节作用又有直接控制与间接控制两种14.3 神经水平的调节二.间接调节14.3 神经水平的调节返回14.4 常见代谢途径及相互影响p物质代谢之间的相互联系及影响p关键交叉位点p主要代谢途径和调控位点回顾p糖代谢与脂类代谢的相互联系p糖代谢与蛋白质代谢的相互联系p脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系p核酸与糖类、脂类、蛋白质代谢的相互联系返回主要代谢途径和调控位点回顾糖酵解三羧酸循环和氧化磷酸化磷酸己糖旁路糖异生糖原合成和降解脂肪酸合成和降解返回糖的分解代谢与糖异生的关系（PEP）丙氨酸天冬氨酸谷氨酸（转氨基作用）关键交叉位点G-6-P进入细胞的葡萄糖可快速磷酸化为G-6-P，后者或转变为糖原储存、或降解为丙酮酸、或转化为5-磷酸核糖。关键交叉位点丙酮酸丙酮酸起初是由G-6-P、丙氨酸和乳酸衍生而来。丙酮酸通过乳酸脱氢酶催化还原为乳酸，同时生成NAD+丙酮酸第三个去路是在线粒体内羧化成草酰乙酸，这是糖异生的第一步。丙酮酸羧化是三羧酸循环中间产物的重要补充。当三羧酸循环速率因缺乏草酰乙酸而减慢时，乙酰CoA能激活丙酮酸羧化酶以增强草酰乙酸的合成。关键交叉位点乙酰CoA关键交叉位点乙酰CoA这个活性二碳单位是糖类、脂类和蛋白质分解代谢产生的共同的中间代谢物。和代谢中的许多分子不同，乙酰CoA的去路是受限的：乙酰基可通过三羧酸循环完全氧化成CO2。此外，3-羟基-3甲基-戊二酰CoA可由3分子乙酰CoA形成。这个6碳单位是胆固醇和酮体的前体。乙酰CoA的第三条去路是以柠檬酸形式输出至胞液以供脂肪酸合成之需。返回糖代谢与脂类代谢的相互联系TCA脂肪糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羟丙酮-磷酸甘油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-氧化糖异生糖代谢与脂类代谢的相互联系3-磷酸甘油三羧酸循环甘油乙酰 CoA三酰甘油脂肪酸氧化丙酮酸合成植物或微生物延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸 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乙醛酸循环返回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：如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA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作用形成相应的氨基酸。另外，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。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 -酮酸 氨基酸 蛋白质 NH3蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖返回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(生酮氨基酸)蛋白质氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪返回核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的相互联系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。核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的相互联系返回