第十章 物质代谢的调节课件.ppt

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1、本章主要内容本章主要内容4 物质代谢联系物质代谢联系概述概述4 细胞水平的代谢调节细胞水平的代谢调节4 激素激素对物质代谢的调节对物质代谢的调节4 物质代谢的整体调节物质代谢的整体调节第一节第一节 概述概述 恒态恒态(stable state)是机体代谢的基本状态。恒态的破坏意味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。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酶进行调节，包括酶的活性和酶量。尤代谢的调节主要是对酶进行调节，包括酶的活性和酶量。尤其是途径中的其是途径中的关键酶关键酶（限速酶、调节酶），使他们的活性不致（限速酶、调节

2、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的方式进行。代谢以恒态的方式进行。 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。下，互相协作，以便使整个代谢过程适应生理活动的需要。F细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节F激素水平代谢调节激素水平代谢调节F整体水平代谢调节整体水平代谢调节二、二、代谢调节的代谢调节的基本基本方式方式一、一、代谢调节的代谢调节的生理意义生理意义F代谢调节能使生物体适应其

3、生长发育的内外环境变化。在正常的机体中，代谢调节能使生物体适应其生长发育的内外环境变化。在正常的机体中，代谢过程总是与机体的生长发育和外界环境相适应。代谢过程总是与机体的生长发育和外界环境相适应。F代谢的调节按经济原则进行，各种物质的代谢速度根据机体的需要随时改代谢的调节按经济原则进行，各种物质的代谢速度根据机体的需要随时改变，各种代谢产物既满足需要又不会过剩。变，各种代谢产物既满足需要又不会过剩。第二节第二节 细胞水平的细胞水平的代谢代谢调调节节一、一、酶的酶的定位调节定位调节 动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，称为酶的动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，称为酶的区室化。区室化。 酶的区室

4、化作用保证了代谢途径的定向和有序，也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。使合成途径和分解途径彼此独立、分开进行。 细胞器细胞器主要酶及代谢途径主要酶及代谢途径胞浆胞浆糖酵解途径、磷酸戊糖途径、糖原分解、脂肪酸合成、嘌呤和嘧啶糖酵解途径、磷酸戊糖途径、糖原分解、脂肪酸合成、嘌呤和嘧啶的降解、肽酶、转氨酶、氨酰合成酶的降解、肽酶、转氨酶、氨酰合成酶线粒体线粒体三羧酸循环、脂肪酸三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸氧化、脂肪酸链的延长、尿素氧化、氨基酸氧化、脂肪酸链的延长、尿素生成、氧化磷酸化作用生成、氧化磷酸化作用溶酶体溶酶体溶菌酶、酸性磷酸酶、水解酶、包

5、括蛋白酶、核酸酶、葡萄糖苷酶、溶菌酶、酸性磷酸酶、水解酶、包括蛋白酶、核酸酶、葡萄糖苷酶、磷酸脂酶、脂肪酶、磷脂酶及磷酸酶磷酸脂酶、脂肪酶、磷脂酶及磷酸酶内质网内质网NADHNADH及及NADPHNADPH细胞色素细胞色素C C还原酶、多功能氧化酶、还原酶、多功能氧化酶、66磷酸葡萄糖磷磷酸葡萄糖磷酸酶、脂肪酶、蛋白质合成途径、磷酸甘油酯及三酯甘油合成、类酸酶、脂肪酶、蛋白质合成途径、磷酸甘油酯及三酯甘油合成、类固醇合成与还原固醇合成与还原高尔基体高尔基体转半乳糖苷基及转葡萄糖糖苷基酶、转半乳糖苷基及转葡萄糖糖苷基酶、55核苷酸酶、核苷酸酶、NADHNADH细胞色素细胞色素C C还原酶、还原酶

6、、66磷酸葡萄糖磷酸酶磷酸葡萄糖磷酸酶过氧化体过氧化体尿酸氧化酶、尿酸氧化酶、DD氨基酸氧化酶、过氧化氢酶，长链脂肪酸氧化氨基酸氧化酶、过氧化氢酶，长链脂肪酸氧化细胞核细胞核DNADNA与与RNARNA的合成途径的合成途径二、酶的活性调节二、酶的活性调节（一）变构调节（一）变构调节 1. 1.概念概念 某些物质能与酶分子上的非催化部位特异地结合，引起某些物质能与酶分子上的非催化部位特异地结合，引起酶蛋白的分子构象发生改变，从而改变酶的活性，这种现象酶蛋白的分子构象发生改变，从而改变酶的活性，这种现象称为酶的变构调节或称别位调节。称为酶的变构调节或称别位调节。ABCDE1E2E3E1E2E3E1

7、+-别构 调节图11-2A是 原始 底 物 B、C是 中 间 产物 D是 终 产物 、分别是 底 物 A、B、C反 应催化剂其 中 ，是 别构 酶，D是 其 别构 抑 制剂 ，A是 其 别构 激 活剂A A是原始底物是原始底物 B B、C C是中间产物是中间产物 D D是终产物是终产物 E1E1、E2E2、E3E3分别是催化分别是催化A A、B B、C C的不同酶，的不同酶，其中其中E E1 1是异促变构酶，是异促变构酶，D D是是E E1 1的变构抑制剂，的变构抑制剂，A A是是E E1 1的变构激活剂的变构激活剂 2. 2.机理机理 能受变构调节的酶，常常是由两个以上亚基组成的聚合体。有的

8、亚能受变构调节的酶，常常是由两个以上亚基组成的聚合体。有的亚基与作用物结合，起催化作用，称为催化亚基；有的亚基与变构剂结合，基与作用物结合，起催化作用，称为催化亚基；有的亚基与变构剂结合，发挥调节作用，称调节亚基。但也可在同一亚基上既存在催化部位又存发挥调节作用，称调节亚基。但也可在同一亚基上既存在催化部位又存在调节部位。变构剂与调节亚基在调节部位。变构剂与调节亚基( (或部位或部位) )间是非共价键的结合，结合后间是非共价键的结合，结合后改变酶的构象，从而使酶活性被抑制或激活。改变酶的构象，从而使酶活性被抑制或激活。：酶亚基上的催化部位：酶亚基上的催化部位 X X：酶亚基上的调节部位：酶亚基

9、上的调节部位 FDPFDP：果糖：果糖11，6 6二磷酸二磷酸 3. 3.生理意义生理意义 变构效应在酶的快速调节中占有特别重要的地位。代变构效应在酶的快速调节中占有特别重要的地位。代谢速度的改变，常常是由于影响了整条代谢通路中催化第一谢速度的改变，常常是由于影响了整条代谢通路中催化第一步反应的酶或整条代谢反应中限速酶的活性而引起的。这些步反应的酶或整条代谢反应中限速酶的活性而引起的。这些酶往往受到一些代谢物的抑制或激活，这些抑制或激活作用酶往往受到一些代谢物的抑制或激活，这些抑制或激活作用大多是通过变构效应来实现的。因而，这些酶的活力可以极大多是通过变构效应来实现的。因而，这些酶的活力可以极

10、灵敏地受到代谢产物浓度的调节，这对机体的自身代谢调控灵敏地受到代谢产物浓度的调节，这对机体的自身代谢调控具有重要的意义。具有重要的意义。（二）共价修饰调节（二）共价修饰调节 1. 1.概念概念 酶分子肽链上的某些基团可在另一种酶的催化下发生可酶分子肽链上的某些基团可在另一种酶的催化下发生可逆的共价修饰，或通过可逆的氧化还原互变使酶分子的局部逆的共价修饰，或通过可逆的氧化还原互变使酶分子的局部结构或构象产生改变，从而引起酶活性的改变，这个过程称结构或构象产生改变，从而引起酶活性的改变，这个过程称为酶的共价修饰调节。为酶的共价修饰调节。酶类酶类反应类型反应类型效应效应糖无磷酸化酶糖无磷酸化酶磷酸化

11、去磷酸化磷酸化去磷酸化激活激活/ /抑制抑制磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶磷酸化去磷酸化磷酸化去磷酸化激活激活/ /抑制抑制磷酸化酶磷酸酶磷酸化酶磷酸酶磷酸化去磷酸化磷酸化去磷酸化抑制抑制/ /激活激活糖元合成酶糖元合成酶磷酸化去磷酸化磷酸化去磷酸化抑制抑制/ /激活激活丙酮酸脱羟酶丙酮酸脱羟酶磷酸化去磷酸化磷酸化去磷酸化抑制抑制/ /激活激活脂肪酶（脂肪细胞）脂肪酶（脂肪细胞）磷酸化去磷酸化磷酸化去磷酸化激活激活/ /抑制抑制谷氨酰胺合成酶（大肠杆菌）谷氨酰胺合成酶（大肠杆菌） 腺苷化去腺苷化腺苷化去腺苷化抑制抑制/ /激活激活黄嘌呤氧化（脱氢）酶黄嘌呤氧化（脱氢）酶SH/-S-S-SH/-

12、S-S-脱氢脱氢/ /氧化氧化 2. 2.机理机理 肌肉糖元磷酸化酶有两种形式，即无活性的磷酸化酶肌肉糖元磷酸化酶有两种形式，即无活性的磷酸化酶b b和有活性的和有活性的磷酸化酶磷酸化酶a a。磷酸化酶。磷酸化酶b b在酶的催化下，使每个亚基分别接受在酶的催化下，使每个亚基分别接受ATPATP供给的供给的一个磷酸基团，转变为磷酸化酶一个磷酸基团，转变为磷酸化酶a a，后者具有高活性。两分子磷酸化酶，后者具有高活性。两分子磷酸化酶a a二聚体可以再聚合成活性较低的磷酸化酶二聚体可以再聚合成活性较低的磷酸化酶a a四聚体四聚体。肌肉磷酸化酶的共价修饰作用肌肉磷酸化酶的共价修饰作用 3. 3.特点特

13、点 酶的共价修饰调节可在激素的作用下产生级联放大的酶的共价修饰调节可在激素的作用下产生级联放大的效应，即少量的调节因素就可使大量的酶分子发生共价修饰，效应，即少量的调节因素就可使大量的酶分子发生共价修饰，因此，催化效率高。同时，酶的共价修饰调节耗能少，是一因此，催化效率高。同时，酶的共价修饰调节耗能少，是一种经济有效的调节方式。种经济有效的调节方式。三、酶的含量调节三、酶的含量调节（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏 酶的底物或产物、激素以及药物等都可以影响酶的合成。酶的底物或产物、激素以及药物等都可以影响酶的合成。一般将加强酶合成的化合物称为诱导剂，减少酶合成的化合一般将

14、加强酶合成的化合物称为诱导剂，减少酶合成的化合物称为阻遏剂。物称为阻遏剂。F底物对酶合成的诱导作用底物对酶合成的诱导作用F产物对酶合成的阻遏产物对酶合成的阻遏F激素对酶合成的诱导作用激素对酶合成的诱导作用F药物对酶合成的诱导作用药物对酶合成的诱导作用（二）酶蛋白降解的调节（二）酶蛋白降解的调节 细胞内酶的含量也可通过改变酶分子的降解速度来调节。细胞内酶的含量也可通过改变酶分子的降解速度来调节。酶蛋白受细胞内溶酶体中蛋白水解酶的催化而降解，因此，酶蛋白受细胞内溶酶体中蛋白水解酶的催化而降解，因此，凡能改变蛋白水解酶活性或蛋白水解酶在溶酶体内分布的因凡能改变蛋白水解酶活性或蛋白水解酶在溶酶体内分布

15、的因素，都可间接地影响酶蛋白的降解速度。目前认为，通过酶素，都可间接地影响酶蛋白的降解速度。目前认为，通过酶降解以调节酶含量的作用的重要性不如酶的诱导和阻遏作用。降解以调节酶含量的作用的重要性不如酶的诱导和阻遏作用。第三节第三节 激素对物质代谢的激素对物质代谢的调节调节一、激素通过细胞膜受体的调节一、激素通过细胞膜受体的调节 实验证实，肾上腺素首先与细胞膜上的特异性受体结合，激实验证实，肾上腺素首先与细胞膜上的特异性受体结合，激活活G G蛋白，蛋白，G G蛋白再激活膜上的腺苷酸环化酶，后者使细胞内蛋白再激活膜上的腺苷酸环化酶，后者使细胞内ATPATP转转变为变为cAMPcAMP，而，而cAMP

16、cAMP可再使胞浆中的磷酸化酶可再使胞浆中的磷酸化酶b b转变为磷酸化酶转变为磷酸化酶a a。由于肾上腺素并不进入细胞，其作用是通过细胞内由于肾上腺素并不进入细胞，其作用是通过细胞内cAMPcAMP传递的，传递的，因此将因此将cAMPcAMP称为细胞内信使或激素的第二信使。称为细胞内信使或激素的第二信使。 激素通过血液到达其专一作用的组织和细胞，称为靶组织激素通过血液到达其专一作用的组织和细胞，称为靶组织（target tissue）、靶细胞（）、靶细胞（target cell），与其特异的受体结合，引），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。起细胞内代谢的改变，于是引起

17、生理效应。 二、激素通过细胞内受体的调节二、激素通过细胞内受体的调节 非膜受体激素包括类固醇激素、前列腺素、甲状腺素、活性非膜受体激素包括类固醇激素、前列腺素、甲状腺素、活性维生素维生素D D及视黄醇。这些激素可透过细胞膜进入细胞，与其胞核内及视黄醇。这些激素可透过细胞膜进入细胞，与其胞核内的特异性受体结合，引起受体的构象变化。的特异性受体结合，引起受体的构象变化。 第四节第四节 物质代谢的整体调节物质代谢的整体调节 机体内各种组织器官和细胞在功能上都不会独立于整机体内各种组织器官和细胞在功能上都不会独立于整体之外，而是处于一个严密的整体系统中。一个组织可以体之外，而是处于一个严密的整体系统中。一个组织可以为其它组织提供底物，也可以代谢来自其它组织的物质。为其它组织提供底物，也可以代谢来自其它组织的物质。这些器官之间的相互联系是依靠神经内分泌系统的调节这些器官之间的相互联系是依靠神经内分泌系统的调节来实现的。神经系统可以释放神经递质来影响组织中的代来实现的。神经系统可以释放神经递质来影响组织中的代谢，又能影响内分泌腺的活动，改变激素分泌的状态，从谢，又能影响内分泌腺的活动，改变激素分泌的状态，从而实现机体整体的代谢协调和平衡。而实现机体整体的代谢协调和平衡。