第十三章代谢和代谢调控总论(精品).ppt

第十三章第十三章 代谢和代谢调控总论代谢和代谢调控总论第二篇第二篇 物质代谢与能量转换物质代谢与能量转换第一节第一节 新陈代谢的概念和研究方法新陈代谢的概念和研究方法 主要内容：主要内容：介绍物质代谢与能量代谢概念介绍物质代谢与能量代谢概念 一、新陈代谢的概念一、新陈代谢的概念 （一）物质代谢的含义（一）物质代谢的含义 新新陈陈代代谢谢（metabolismmetabolism）是是生生命命最最基基本本的的特特征征之一，指生物与周围环境进行之一，指生物与周围环境进行物质交换物质交换过程。过程。通通过过消消化化吸吸收收，中中间间代代谢谢和和排排泄泄等等四四个个阶阶段段完完成成 中中间间代代谢谢是是外外源源性性物物质质和和内内源源性性物物质质在在生生物物体体进进行行一一系系列列化化学学变变化化的的过过程程，物物质质在在生生物物细细胞胞进进行行代代谢谢转转变变的的过过程程中中，必必然然伴伴随随着着能能量量变变化化和和转转移移，前者为物质代谢，后者为能量代谢前者为物质代谢，后者为能量代谢新陈代谢的概念及内涵新陈代谢的概念及内涵 小分子小分子 大分子大分子同化作用（同化作用（合成代谢合成代谢）需要能量需要能量 释放能量释放能量异化作用（异化作用（分解代谢分解代谢）大分子大分子 小分子小分子物物质质代代谢谢能能量量代代谢谢新新陈陈代代谢谢 （二）同化作用与异化作用（二）同化作用与异化作用 新陈代谢包括包括同化作用与异化作用新陈代谢包括包括同化作用与异化作用 同化作用（同化作用（assimilationassimilation）生物不断地从外界环境中摄取营养物质，通过消化生物不断地从外界环境中摄取营养物质，通过消化吸收和一系列生化反应转变成自身组织成分的过程吸收和一系列生化反应转变成自身组织成分的过程 异化作用（异化作用（dissimilation dissimilation）生物将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分生物将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用 生物通过生物通过同化作用与异化作用同化作用与异化作用过程不断地进行自我过程不断地进行自我更新更新 同化作用与异化作用是生命活动中一对矛盾的统一同化作用与异化作用是生命活动中一对矛盾的统一体，即时对立的又是统一的，通过同化作用，为异化体，即时对立的又是统一的，通过同化作用，为异化作用提供物质基础，异化作用为同化作同提供充足的作用提供物质基础，异化作用为同化作同提供充足的能量能量 （三）合成代谢与分解代谢（三）合成代谢与分解代谢 合成代谢是由小分子物质合成胶大分合成代谢是由小分子物质合成胶大分子物质的过程子物质的过程 分解代谢是由大分子物质分解成小分分解代谢是由大分子物质分解成小分子物质的过程子物质的过程 合成代谢需要消耗能量，分解代谢伴合成代谢需要消耗能量，分解代谢伴随着能量的释放随着能量的释放 从同化作用与异化作用的生化代谢过从同化作用与异化作用的生化代谢过程来看，同化作用以合成代谢为主，也包程来看，同化作用以合成代谢为主，也包含有一定的分解过程，异化作用以分解代含有一定的分解过程，异化作用以分解代谢为主，也包含有一定的合成代谢过程谢为主，也包含有一定的合成代谢过程 二、能量代谢二、能量代谢 在生物体与外界进行物质交换过程中，伴随着能量在生物体与外界进行物质交换过程中，伴随着能量变化与交换过程，即变化与交换过程，即伴随着能量代谢伴随着能量代谢，物质在合成代，物质在合成代谢过程中需要消耗能量，即吸收能量，在分解代谢过谢过程中需要消耗能量，即吸收能量，在分解代谢过程中伴随着能量的释放，为合成代谢和各种机能活动程中伴随着能量的释放，为合成代谢和各种机能活动提供能量提供能量 物质的化学能并不能全部转变成用于作功的能量，物质的化学能并不能全部转变成用于作功的能量，有一部分以热能形式散发称为有一部分以热能形式散发称为散发热（散发热（q)q)，能进行作能进行作功的能量称为功的能量称为自由能（自由能（F F），反应的总能量称为，反应的总能量称为反应反应热（热（H H），），根据能量守恒定理，反应热等于自由能加根据能量守恒定理，反应热等于自由能加散发热之和散发热之和 H=F+qH=F+q F=H-q F=H-q 根据热力学定理，能释放自由能的反应能自发进行，根据热力学定理，能释放自由能的反应能自发进行，吸收自由能的反应不能自发进行，必须由外界供给能吸收自由能的反应不能自发进行，必须由外界供给能量量 生物在代谢过程中能量的代谢是通过生物在代谢过程中能量的代谢是通过ATPATP的形式进的形式进行的，行的，ATPATP是能量的储存形式与供给形式是能量的储存形式与供给形式 （二）食物的卡价与呼吸商（二）食物的卡价与呼吸商 食食物物的的热热价价:每每克克食食物物在在氧氧化化成成COCO2 2和和水水时时所所释释放出来的热量，称为食物的热价放出来的热量，称为食物的热价 物理热价：物理热价：指食物在体外燃烧时释放的热量指食物在体外燃烧时释放的热量 生理热价：生理热价：指在体内氧化时所产生的热量指在体内氧化时所产生的热量 糖与脂肪：糖与脂肪：物理热价生理热价物理热价生理热价 蛋蛋 白白 质：质：物理热价生理热价物理热价生理热价 因因为为蛋蛋白白质质在在体体内内不不能能被被彻彻底底氧氧化化分分解解，有有一一部分以尿素的形式由尿中排泄部分以尿素的形式由尿中排泄 呼吸商呼吸商(RQ)(RQ)：指一定时间内，机体的指一定时间内，机体的COCO2 2产生量产生量与耗氧量的比值。与耗氧量的比值。RQRQCOCO2 2产生量产生量/耗氧量耗氧量 由于各种食物在体内氧化时的耗氧量、由于各种食物在体内氧化时的耗氧量、COCO2 2产生产生量的不同，故各种食物的量的不同，故各种食物的RQRQ不同。根据不同。根据RQRQ可估计某可估计某一段时间内机体氧化各种食物的比例：一段时间内机体氧化各种食物的比例：三种营养物质氧化的几种数据三种营养物质氧化的几种数据 物物 质耗氧量质耗氧量 产产COCO2 2量量 物理热价物理热价 生理热价生理热价 呼吸商呼吸商(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(R Q)(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(R Q)糖糖 0.83 0.83 17.0 17.0 1.000.83 0.83 17.0 17.0 1.00 脂脂 肪肪 1.98 1.43 38 38 0.701.98 1.43 38 38 0.70 蛋白质蛋白质 0.95 0.76 23.5 17.0 0.800.95 0.76 23.5 17.0 0.80 RQ RQ1.0 1.0 氧化糖；氧化糖；RQRQ0.70 0.70 氧化脂肪氧化脂肪 RQRQ0.7-1.00.7-1.0（0.850.85）混合食物饮食；混合食物饮食；（三）基础代谢（三）基础代谢 1.1.基基础础代代谢谢：机机体体在在基基础础状状态态下下的的能能量量代代谢谢称称为为基基础代谢础代谢 基础状态的条件如下：基础状态的条件如下：清晨空腹，即禁食清晨空腹，即禁食121214h14h，前一天应清淡、不，前一天应清淡、不要太饱的饮食，以排除食物特殊动力效应的影响要太饱的饮食，以排除食物特殊动力效应的影响 平卧，全身肌肉放松，尽力排除肌肉活动的影响平卧，全身肌肉放松，尽力排除肌肉活动的影响 清醒且情绪安闲，以排除精神紧张的影响清醒且情绪安闲，以排除精神紧张的影响 室温室温20-2520-25，排除环境温度的影响，排除环境温度的影响 正正常常人人基基础础代代谢谢每每2424小小时时5900-7500KJ5900-7500KJ（1400-18001400-1800千卡）热能千卡）热能 重重体体力力劳劳动动者者每每小小时时能能量量的的消消耗耗超超过过200KJ200KJ（500500千千卡）卡）第二节第二节 新陈代谢研究方法新陈代谢研究方法 近年来科学手段实验技术的发明和改进有力近年来科学手段实验技术的发明和改进有力地促进了代谢的研究，代谢研究的关键是分析技地促进了代谢的研究，代谢研究的关键是分析技术，现已发展到微量超微量甚至单分子的分析，术，现已发展到微量超微量甚至单分子的分析，在生物学研究方面，常用的实验技术有在生物学研究方面，常用的实验技术有 超速离心法超速离心法 同位素（放射性核素）示踪法同位素（放射性核素）示踪法 放射免疫测定法放射免疫测定法 气质联用测定法（气质联用测定法（GC/MSGC/MS）液质联用测定法液质联用测定法(LC/MS)(LC/MS)核磁共振分析法核磁共振分析法 利用正常机体的方法利用正常机体的方法 使用病变动物法使用病变动物法 给犬注射根皮苷制成试验糖尿病模型，用氨基给犬注射根皮苷制成试验糖尿病模型，用氨基酸饲养动物，测定尿和血液中糖的含量研究氨基酸酸饲养动物，测定尿和血液中糖的含量研究氨基酸的生糖作用的生糖作用 用缺乏维生素的食物饲养动物，制成维生素缺乏用缺乏维生素的食物饲养动物，制成维生素缺乏症试验模型，观察病变情况，再给动物该种维生素，症试验模型，观察病变情况，再给动物该种维生素，观察症状的改善情况，研究维生素的生物学功能观察症状的改善情况，研究维生素的生物学功能 切除器官法切除器官法 脏器关注法脏器关注法 组织切片或匀浆法组织切片或匀浆法 纯酶法或酶抑制剂法纯酶法或酶抑制剂法 致突变法，利用遗传缺陷症研究代谢途径致突变法，利用遗传缺陷症研究代谢途径 转基因法和基因敲除法转基因法和基因敲除法第二节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系一、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联系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系三、三、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系四、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-磷酸甘磷酸甘油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）脂类代谢与蛋白质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 核核苷苷酸酸的的一一些些衍衍生生物物具具重重要要生生理理功功能能（如如CoACoA、NADNAD+，NADPNADP+，cAMPcAMP，cGMPcGMP）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 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，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，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是能量的储存与供给形式是能量的储存与供给形式，此外，此外UTPUTP参与多糖的参与多糖的合成，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参与蛋白质合成与糖异生作用生作用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三脂酰三脂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（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）（PEP）丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸（转氨基作用）（转氨基作用）糖的分解代谢和糖的分解代谢和糖异生的关系糖异生的关系糖糖类类脂脂类类氨氨基基酸酸和和核核苷苷酸酸之之间间的的代代谢谢联联系系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 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单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征特征 代谢调节的三级代谢调节的三级水水平：平：细胞水平调节细胞水平调节 激素水平调节激素水平调节 神经水平调节神经水平调节 单细胞生物只能进行单细胞生物只能进行细胞水平调节细胞水平调节 主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的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，这种最原始调节既活性及含量进行调节，这种最原始调节既细胞细胞水平代谢调节水平代谢调节第第 三三 节节 代代 谢谢 调调 控控 总总 论论高等生物高等生物 三级水平代谢调节三级水平代谢调节 细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节 激素水平代谢调节激素水平代谢调节 神经水平代谢调节神经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调而对机体代谢进行综合调节高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内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挥代谢调节作用一、细胞水平的代谢调节一、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代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key (key enzyme)enzyme)的活性决定的活性决定 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的的细胞内酶的隔离分布细胞内酶的隔离分布多酶体系在细胞内的分布多酶体系在细胞内的分布 酶的隔离分布的意义酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰避免了各种代谢途径互相干扰 快速代谢快速代谢 迟缓代谢迟缓代谢通过改变酶的活性通过改变酶的活性通过改变酶的含量通过改变酶的含量变构调节变构调节化学修饰调节化学修饰调节细胞水平上调节的方式细胞水平上调节的方式细胞水平上的调节主要有两种方式细胞水平上的调节主要有两种方式酶活力的调节酶活力的调节酶含量的调节酶含量的调节 数秒、数分钟数秒、数分钟数小时、几天数小时、几天酶蛋白合成的调节酶蛋白合成的调节酶蛋白降解的调节酶蛋白降解的调节 速度最慢，速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为故又称其为限速酶限速酶催化单向反应（催化单向反应（不可逆或非平衡反应不可逆或非平衡反应），它的活性），它的活性决定整个代谢途径的方向决定整个代谢途径的方向这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效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应剂的调节关键酶催化的反应具有以下特点：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及方向由其中的关键酶决定关键酶决定 关键酶关键酶（一）酶活力的调节（一）酶活力的调节1 1、反馈调节与变构酶、反馈调节与变构酶 限速酶一般位于多酶体系的起始反应阶段限速酶一般位于多酶体系的起始反应阶段糖代谢的关键酶糖代谢的关键酶ABGFJDCHE1E3E2反馈调节反馈调节 代谢产物对催化其生成的酶的调节作用代谢产物对催化其生成的酶的调节作用反馈性抑制作用反馈性抑制作用(负反馈作用负反馈作用)反馈激活作用反馈激活作用(正反馈作用正反馈作用),),终产物对整个代谢过程的激动终产物对整个代谢过程的激动作用称为作用称为AB C D FAB GCDE反馈激活和前馈激活调节反馈激活和前馈激活调节例例1:1:糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶例例2 2：乙酰乙酰CoACoA的积累激活的积累激活PEPPEP羧激酶羧激酶 经大量研究证明反馈性调节机理主要是通经大量研究证明反馈性调节机理主要是通过酶的变构效应来实现的过酶的变构效应来实现的+E变构调节的概念变构调节的概念小小分分子子化化合合物物与与酶酶分分子子活活性性中中心心以以外外的的某某一一部部位位特特异异结结合合，引引起起酶酶蛋蛋白白分分子子构构象象变变化化，从从而而改改变变酶酶的的活活性性，这这种种调调节节称称为为酶酶的的变变构构调调节或别构调节节或别构调节 关键酶的变构调节关键酶的变构调节被调节的酶称为被调节的酶称为变构酶或别构酶变构酶或别构酶使酶发生变构效应的物质，称为使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂变构效应剂变构激活剂变构激活剂 引起酶活性增加的变构效应剂引起酶活性增加的变构效应剂变构抑制剂变构抑制剂 引起酶活性降低的变构效应剂引起酶活性降低的变构效应剂变构调节的机制变构调节的机制变构酶变构酶催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基变构效应剂：变构效应剂：底物、终产物其他小分子代谢物底物、终产物其他小分子代谢物变构效应剂变构效应剂 +酶的调节亚基酶的调节亚基酶的构象改变酶的构象改变酶的活性改变酶的活性改变（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亚基聚合亚基聚合紧密紧密亚基解聚亚基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化反馈调节中酶活性调节的机制反馈调节中酶活性调节的机制代谢物代谢物别别构构中中心心活性活性中心中心 变构调节的生理意义变构调节的生理意义代谢终产物代谢终产物反馈抑制反馈抑制 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多乙酰乙酰CoACoA 乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoACoA长链脂酰长链脂酰CoACoA2CH3-COCOA CH3-CO-CH3-COCOACH3-COCOAHMGCOA MVA鲨烯鲨烯胆固醇胆固醇HMGCOAHMGCOA还原酶还原酶_ _ 例例一：胆固醇对肝脏生成其的合成代谢的限速酶一：胆固醇对肝脏生成其的合成代谢的限速酶HMGCOAHMGCOA还原酶的反馈性抑制作用还原酶的反馈性抑制作用例例二：大肠杆菌二：大肠杆菌CTPCTP生物合成的反馈性抑制作用生物合成的反馈性抑制作用天冬氨酸天冬氨酸+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰天冬氨酸氨基甲酰天冬氨酸 UMP UMPCTP UTP UDPCTP UTP UDP天冬氨酸氨基甲酰转移酶天冬氨酸氨基甲酰转移酶（ATCATC酶）酶）ATP ATP可与可与CTPCTP竞争性的和竞争性的和ATCATC酶结合解除酶结合解除CTPCTP对对ATCATC酶的抑制作用酶的抑制作用例三：大肠杆菌天冬氨酸代谢的反馈调控例三：大肠杆菌天冬氨酸代谢的反馈调控天冬氨天冬氨酸激酶酸激酶-a-a-酮丁酸酮丁酸 大肠杆菌天冬氨酸生成赖氨酸、蛋氨酸、苏氨大肠杆菌天冬氨酸生成赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和异亮氨酸的反应，是分支连锁反应，除反应酸和异亮氨酸的反应，是分支连锁反应，除反应起始阶段的反馈调节作用外，分支步骤也存在相起始阶段的反馈调节作用外，分支步骤也存在相互协调的反馈抑制作用互协调的反馈抑制作用 （1 1）协同反馈抑制作用）协同反馈抑制作用 两个或两个以上的产物对同一个起始反应的酶的同两个或两个以上的产物对同一个起始反应的酶的同时进行反馈调节互相有协调促进作用，反馈作用大于各时进行反馈调节互相有协调促进作用，反馈作用大于各个产物单独作用之和个产物单独作用之和 （2 2）顺序反馈抑制作用）顺序反馈抑制作用 对于一个连续代谢过程，每一步反应生成的中间产对于一个连续代谢过程，每一步反应生成的中间产物对生成它的酶都有一个反馈抑制作用，从而造成终产物对生成它的酶都有一个反馈抑制作用，从而造成终产物的反馈抑制作用逆向于连续反应的传递物的反馈抑制作用逆向于连续反应的传递 2 2、ATPATP、ADPADP和和AMPAMP的调节作用的调节作用 除了产物的反馈抑制作用外，许多代谢物都可作为变除了产物的反馈抑制作用外，许多代谢物都可作为变构效应剂，对代谢进行调节，如构效应剂，对代谢进行调节，如ATPATP、ADPADP和和AMPAMP可通可通过作为许多酶的别构效应剂，对代谢进行调节，如过作为许多酶的别构效应剂，对代谢进行调节，如ATPATP通过对糖分解代谢几个关键酶的别构抑制作用和通过对糖分解代谢几个关键酶的别构抑制作用和ADPADP、AMPAMP对糖代谢几个关键酶的别构激动作用，来调节糖分对糖代谢几个关键酶的别构激动作用，来调节糖分解代谢的速率解代谢的速率酶酶的的反反馈馈激激酶的反馈激活酶的反馈激活活活3 3、酶的化学修饰调节（共价修饰调节）、酶的化学修饰调节（共价修饰调节）化学修饰的概念化学修饰的概念 酶蛋白肽链上某些基团在酶的催化下发生可逆酶蛋白肽链上某些基团在酶的催化下发生可逆的共价修饰的共价修饰，从而引起酶活性改变，这种调节称为，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰酶的化学修饰 化学修饰的主要方式化学修饰的主要方式 磷酸化磷酸化 -去磷酸去磷酸 乙酰化乙酰化 -脱乙酰脱乙酰 甲基化甲基化 -去甲基去甲基 腺苷化腺苷化 -脱腺苷脱腺苷 SH SH 与与 S S S S 互变互变酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 化学修饰的特点化学修饰的特点 进行化学修饰调节的酶有无活性（低活性）进行化学修饰调节的酶有无活性（低活性）与有活性（高活性）两种形式，在两种不同酶的催与有活性（高活性）两种形式，在两种不同酶的催化下，发生共价修饰，互相转变。催化互变反应的化下，发生共价修饰，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酶在体内可受调节因素如激素的调控 具有放大效应，效率较变构调节高具有放大效应，效率较变构调节高 磷酸化与脱磷酸是最常见的方式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同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节例：例：磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶ATPATPADPADP磷酸化酶磷酸化酶（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶P P（有活性）（有活性）磷酸酶磷酸酶-OHOHH H2 2O OP P例：糖原磷酸化酶的共价修饰例：糖原磷酸化酶的共价修饰酶酶级联系统级联系统调控示意图调控示意图意义意义：由于由于酶的共价修饰酶的共价修饰反应是酶促反反应是酶促反应，只要有少应，只要有少量信号分子量信号分子（如激素）存（如激素）存在，即可通过在，即可通过加速这种酶促加速这种酶促反应，而使大反应，而使大量的另一种酶量的另一种酶发生化学修饰，发生化学修饰，从而获得放大从而获得放大效应。这种调效应。这种调节方式快速、节方式快速、效率极高。效率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化酶、腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456（二）酶量的调节（二）酶量的调节 1 1、酶蛋白合成的诱导与阻遏、酶蛋白合成的诱导与阻遏 是在转录和翻译水平上调节酶蛋白的合成，最常见的是转是在转录和翻译水平上调节酶蛋白的合成，最常见的是转录水平上的调节录水平上的调节 加速酶合成的化合物称为诱导剂加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer)(inducer)如底物、激素、药物如底物、激素、药物 减少酶合成的化合物称为阻遏剂减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor)(repressor)如产物如产物 常见的诱导或阻遏方式常见的诱导或阻遏方式 底物对酶合成的诱导底物对酶合成的诱导 这种调节普遍存在与生物界，但高等动物体内有激素的调这种调节普遍存在与生物界，但高等动物体内有激素的调节，这种调节没有在微生物中重要，微生物如大肠杆菌乳糖节，这种调节没有在微生物中重要，微生物如大肠杆菌乳糖对催化其代谢的酶的诱导作用对催化其代谢的酶的诱导作用 动物体内尿素生成的酶受到食动物体内尿素生成的酶受到食物中蛋白含量的增多而诱导其合成增加，鼠饲料中蛋白质由物中蛋白含量的增多而诱导其合成增加，鼠饲料中蛋白质由8 8增加到增加到7070，小鼠肝脏精氨酸酶活性增加，小鼠肝脏精氨酸酶活性增加2-32-3倍倍 产物对酶合成的阻遏产物对酶合成的阻遏 代谢反应的产物不仅可以通过变构抑制作用或者反代谢反应的产物不仅可以通过变构抑制作用或者反馈抑制作用，抑制关键酶的活性，而且可通过阻遏作馈抑制作用，抑制关键酶的活性，而且可通过阻遏作用抑制关键酶的合成，抑制自己生成的速度，如胆固用抑制关键酶的合成，抑制自己生成的速度，如胆固醇，通过阻遏肝脏醇，通过阻遏肝脏HMGCOAHMGCOA还原酶的合成，抑制肝脏还原酶的合成，抑制肝脏胆固醇的生成，但对小肠粘膜细胞胆固醇的合成起不胆固醇的生成，但对小肠粘膜细胞胆固醇的合成起不到抑制作用到抑制作用 激素对酶合成的诱导激素对酶合成的诱导 糖皮质激素通过诱导一些氨基酸分解酶和糖异生作糖皮质激素通过诱导一些氨基酸分解酶和糖异生作用四种关键酶的合成，促进糖异生作用用四种关键酶的合成，促进糖异生作用 胰岛素通过诱导糖酵解和脂肪酸合成途径中关键酶胰岛素通过诱导糖酵解和脂肪酸合成途径中关键酶的生成，促进糖的分解和脂肪的合成的生成，促进糖的分解和脂肪的合成 药物对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导 很多药物和毒物可诱导肝脏促进其生物转化的酶的很多药物和毒物可诱导肝脏促进其生物转化的酶的生成，如诱导加单氧酶（混合功能氧化酶）和其它促生成，如诱导加单氧酶（混合功能氧化酶）和其它促进其生物转化代谢的酶的生成，促进生物转化代谢，进其生物转化代谢的酶的生成，促进生物转化代谢，这是产生耐药性的原因这是产生耐药性的原因酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏操操纵纵子子模模型型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂操纵基因操纵基因启动基因启动基因调节基因调节基因结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基因阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达结构基因不表达诱导物诱导物诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA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,结构基因可以表达结构基因可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阻挡操纵基因白能够阻挡操纵基因,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）Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶 2.2.酶蛋白降解酶蛋白降解 通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量的含量 溶酶体溶酶体 释放蛋白水解酶，降解蛋白质释放蛋白水解酶，降解蛋白质 泛素泛素蛋白酶体蛋白酶体由多种蛋白水解酶、泛素、由多种蛋白水解酶、泛素、多种识别蛋白等组成多种识别蛋白等组成,分子量分子量1000KD1000KD，各种不同的，各种不同的识别蛋白识别不同的待降解蛋白质识别蛋白识别不同的待降解蛋白质 与细胞增殖有关的一类蛋白激酶调节亚基（与细胞增殖有关的一类蛋白激酶调节亚基（细细胞周期蛋白胞周期蛋白）的降解就是通过泛素诱导降解的，）的降解就是通过泛素诱导降解的，泛泛素诱导细胞周期蛋白的降解在细胞周期的调控中起素诱导细胞周期蛋白的降解在细胞周期的调控中起重要的作用重要的作用（三）细胞代谢控制在生产实践中的应用（三）细胞代谢控制在生产实践中的应用 1 1、通过降低某种终产物的浓度，增加目的产物的生产量、通过降低某种终产物的浓度，增加目的产物的生产量 减少苏氨酸、异亮氨酸的生成量可降低两者减少苏氨酸、异亮氨酸的生成量可降低两者对起始反应天冬氨酸激酶的协同抑制作用，从而对起始反应天冬氨酸激酶的协同抑制作用，从而大量增加赖氨酸的产量。通过对棒状杆菌进行诱大量增加赖氨酸的产量。通过对棒状杆菌进行诱变处理得到的高丝氨酸脱氢酶缺陷型变种棒状杆变处理得到的高丝氨酸脱氢酶缺陷型变种棒状杆菌，不能产生高丝氨酸、苏氨酸和异亮氨酸，只菌，不能产生高丝氨酸、苏氨酸和异亮氨酸，只大量生成赖氨酸大量生成赖氨酸（2 2）肌苷酸（）肌苷酸（IMP)IMP)和肌苷的发酵生产和肌苷的发酵生产 在肌苷酸和肌苷发酵生产过程中，在肌苷酸和肌苷发酵生产过程中，AMPAMP、GMPGMP等终产物对等终产物对IMPIMP生成的关键酶都有协同性抑生成的关键酶都有协同性抑制作用，使目的产物制作用，使目的产物IMPIMP生成减少生成减少 通过通过诱变产生肌苷酸代谢缺陷型变种菌株诱变产生肌苷酸代谢缺陷型变种菌株，失去了失去了IMPIMP代谢转变成代谢转变成AMPAMP、GMPGMP的能力，减少的能力，减少了了AMPAMP、GMPGMP对对IMPIMP、肌苷生成的协同抑制作用，、肌苷生成的协同抑制作用，极大增加了极大增加了IMPIMP、肌苷的生产量、肌苷的生产量 2 2、添加底物的类似物诱导酶的生成、添加底物的类似物诱导酶的生成 有些诱导物并不是酶的底物，却对酶的生成有有些诱导物并不是酶的底物，却对酶的生成有很强的诱导作用很强的诱导作用 如加入乳糖类似物如加入乳糖类似物异丙基硫代异丙基硫代半乳糖苷半乳糖苷（IPTGIPTG）对大肠杆菌对大肠杆菌半乳糖苷酶的诱导作用半乳糖苷酶的诱导作用比乳糖强比乳糖强10001000倍倍5-5-溴溴-4-4-氯氯-3-3-吲吲哚哚-半乳糖苷半乳糖苷 异丙基硫代异丙基硫代半乳糖苷半乳糖苷二、激素和神经系统的代谢调节二、激素和神经系统的代谢调节1 1、激素作用机制、激素作用机制内、外环境改变内、外环境改变机体相关组机体相关组织分泌织分泌激素激素激素与靶细胞激素与靶细胞上的受体结合上的受体结合靶细胞产生生物学靶细胞产生生物学效应，适应内外环效应，适应内外环境改变境改变 激素分类激素分类 膜受体激素膜受体激素 胞内受体激素胞内受体激素按激素受体在细胞的部位不同，分为：按激素受体在细胞的部位不同，分为：肽类激素通过肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图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内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）c+RcATP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白cR蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）cR蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）cRcRcATP甾醇类激素作用原理示意图甾醇类激素作用原理示意图2 2、整体水平上的调节、整体水平上的调节 高等生物不仅有内分高等生物不仅有内分泌腺，而且有复杂的神泌腺，而且有复杂的神经系统，在中枢神经系经系统，在中枢神经系统的控制下，或者间接统的控制下，或者间接通过激素对机体进行综通过激素对机体进行综合调节，称为整体水平合调节，称为整体水平调节也叫神经体液调节调节也叫神经体液调节内外环境的变化内外环境的变化中枢神经系统中枢神经系统下丘脑下丘脑激素或促激素释放因子激素或促激素释放因子激素或促激素释放抑制因子激素或促激素释放抑制因子脑垂体前叶脑垂体前叶促激素促激素内分泌腺内分泌腺激素激素调节效应调节效应应激：应激：创伤、创伤、剧痛、冻伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、缺氧、中毒、感染及剧烈情感染及剧烈情绪波动等绪波动等促肾上腺促肾上腺皮质激素皮质激素释放激释放激（CRHCRH）促肾上腺皮促肾上腺皮质激素质激素(ACTH)(ACTH)糖皮质激素糖皮质激素糖异生加快血糖升高糖异生加快血糖升高脂肪动员加快脂肪动员加快蛋白质分解加快蛋白质分解加快 第四节第四节 代谢抑制剂和抗代谢物代谢抑制剂和抗代谢物 一、代谢抑制剂一、代谢抑制剂 代谢抑制剂是能对代谢的某个反应或者过程发挥代谢抑制剂是能对代谢的某个反应或者过程发挥抑制作用的物质，代谢抑制作用是通过对酶的抑制来抑制作用的物质，代谢抑制作用是通过对酶的抑制来实现的，因此代谢抑制剂实质是酶的抑制剂实现的，因此代谢抑制剂实质是酶的抑制剂 1 1、代谢抑制剂在酶的结构、酶的活性中心研究过、代谢抑制剂在酶的结构、酶的活性中心研究过程中发挥着很重要的作用程中发挥着很重要的作用 2 2、有许多抗生素或者抗肿瘤药物就是代谢（酶、有许多抗生素或者抗肿瘤药物就是代谢（酶的）抑制剂的）抑制剂 3 3、酶的抑制剂在新药的寻找和筛选中起着非常、酶的抑制剂在新药的寻找和筛选中起着非常重要的作用重要的作用 （一）（一）代谢抑制剂的种类代谢抑制剂的种类 1 1、作用于细胞壁或者细胞膜的抑制剂、作用于细胞壁或者细胞膜的抑制剂 内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）主要通过干扰细菌细胞壁粘肽（肽聚糖）（胞壁主要通过干扰细菌细胞壁粘肽（肽聚糖）（胞壁肽）的生成起到抗菌作用肽）的生成起到抗菌作用 强心甙强心甙是细胞膜是细胞膜钠钾钠钾ATPATP酶特异性抑制剂酶特异性抑制剂，抑制钾离子、氨基酸和葡萄糖进入细胞内，抑制钾离子、氨基酸和葡萄糖进入细胞内，NaNa+-K K+ATPATP酶酶受到抑制时，受到抑制时，NaNa+/Ca/Ca2+2+交换加强，从而交换加强，从而使进入细胞内的使进入细胞内的CaCa2+2+增多，细胞浆内游离增