《代谢调控》PPT课件.ppt
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1、 第第1616章章物质代谢的调节物质代谢的调节(Metabolic Regulation Metabolic Regulation)物物质质代代谢谢是是生生物物体体实实现现与与外外界界环环境境的的物物质质交交换换、自自我我更更新新以以及及机机体体内内环环境境相相对对稳稳定定,保保证证各各种种生生命命现现象象和和生生理理功功能能的的化化学学基基础础,是生命的基本特征。是生命的基本特征。物物质质代代谢谢包包括括合合成成代代谢谢与与分分解解代代谢谢两两方方面面,并处于动态平衡。并处于动态平衡。物质代谢的正常进行,是生命活动的保证;物质代谢的正常进行,是生命活动的保证;而而物物质质代代谢谢的的紊紊乱乱
2、则则往往往往是是一一些些疾疾病病的的重重要原因;要原因;物质代谢的停止,生命也随之终结。物质代谢的停止,生命也随之终结。生物体物质代谢由许多连续和相关生物体物质代谢由许多连续和相关的代谢途径所组成,每一条代谢途径又的代谢途径所组成,每一条代谢途径又包含一系列酶促反应,是一完整统一的包含一系列酶促反应,是一完整统一的过程,各反应过程相互作用、相互联系过程,各反应过程相互作用、相互联系和相互制约下进行,错综复杂的代谢过和相互制约下进行,错综复杂的代谢过程是相互协调的程是相互协调的。机体各种物质代谢为适应内外环境机体各种物质代谢为适应内外环境变化,有条不紊的进行,不断对各种物变化,有条不紊的进行,不
3、断对各种物质代谢的强度、方向和速率进行精细调质代谢的强度、方向和速率进行精细调节,即代谢调节。节,即代谢调节。代谢调节是生命的重要特征。代谢调节是生命的重要特征。生物体内代谢调节是在长期进化生物体内代谢调节是在长期进化 过程中逐步形成的一种适应能力。过程中逐步形成的一种适应能力。神经调节随着生物神经系统发展而发展。神经调节随着生物神经系统发展而发展。原始的代谢调节是激素调节;原始的代谢调节是激素调节;而最基础则是细胞内的调节而最基础则是细胞内的调节。第二节第二节 细胞水平的代谢调节细胞水平的代谢调节 细胞水平的代谢调节细胞水平的代谢调节 :是通过对:是通过对细胞内代谢物浓度的变化,对酶活性细胞
4、内代谢物浓度的变化,对酶活性及含量进行调节及含量进行调节。(原始调节)(原始调节)是一切生物都具有的调节方式,在是一切生物都具有的调节方式,在高等生物是其他水平调节的基础。高等生物是其他水平调节的基础。(一)(一)酶在细胞内隔离酶在细胞内隔离 真核细胞中酶分布与真核细胞中酶分布与原核细胞不同,因具有多原核细胞不同,因具有多种内膜系统,可形成不同种内膜系统,可形成不同胞内区域,从而导致真核胞内区域,从而导致真核细胞中酶的分布的区域化细胞中酶的分布的区域化(compartmentation)(compartmentation),即酶有一定的布局和定位。即酶有一定的布局和定位。1.1.酶在细胞内的区
5、域化分布酶在细胞内的区域化分布 各种代谢途径的酶都集中并分布于各种代谢途径的酶都集中并分布于具有一定结构的亚细胞或存在于胞浆的可具有一定结构的亚细胞或存在于胞浆的可溶部分。避免各种代谢途径的酶互相干扰,溶部分。避免各种代谢途径的酶互相干扰,而且有利于它们协调地发挥作用。而且有利于它们协调地发挥作用。酶在细胞内隔离和集中分布是代谢调酶在细胞内隔离和集中分布是代谢调节的一种重要方式节的一种重要方式。真核细胞主要代谢途径与酶的区域分布真核细胞主要代谢途径与酶的区域分布真核细胞主要代谢途径与酶的区域分布真核细胞主要代谢途径与酶的区域分布代谢途径(酶或酶系)细胞内分布 代谢途径(酶或酶系)细胞内分布糖酵
6、解 胞液 氧化磷酸化(呼吸链)线粒体三羧酸循环 线粒体 尿素合成 胞液、线粒体磷酸戊糖途径 胞液 蛋白质合成 内质网、胞液糖异生 胞液 DNA合成 细胞核糖原合成与分解 胞液 mRNA合成 细胞核脂肪酸氧化 线粒体 tRNA合成 核质脂肪酸合成 胞液 rRNA合成 核仁呼吸链 线粒体 血红素合成 胞液、线粒体多种水解酶 溶酶体 胆红素生成 微粒体、胞液磷脂合成 内质网 胆固醇合成 内质网、胞液 2 2 多酶体系与多功能酶多酶体系与多功能酶 多酶体系多酶体系:由几种不同功能的酶彼此聚合形由几种不同功能的酶彼此聚合形 成的多酶复合物成的多酶复合物 。如丙酮酸脱氢酶复合体如丙酮酸脱氢酶复合体多功能酶
7、多功能酶:一些酶系在进化过程中由于基因一些酶系在进化过程中由于基因 融合,形一条多肽链却具有不同融合,形一条多肽链却具有不同 功能的酶,也称串联酶。功能的酶,也称串联酶。脂肪酸合成酶系脂肪酸合成酶系脂肪酸合成酶系脂肪酸合成酶系一条多肽链一条多肽链一条多肽链一条多肽链包括包括包括包括7 7 7 7种催化活性种催化活性种催化活性种催化活性一种酰基载体蛋白一种酰基载体蛋白一种酰基载体蛋白一种酰基载体蛋白多酶体系多酶体系 有助于代谢的顺利进行有助于代谢的顺利进行多功能酶多功能酶 便于调控便于调控。3.3.同工酶同工酶 催化相同化学反应的酶,分布同一催化相同化学反应的酶,分布同一细胞内不同亚细胞,或不同
8、组织细胞,细胞内不同亚细胞,或不同组织细胞,同工酶催化同一化学反应,但其底物专同工酶催化同一化学反应,但其底物专一性与亲和力及动力学都有不同,所催一性与亲和力及动力学都有不同,所催化的反应方向有所不同。所以在不同的化的反应方向有所不同。所以在不同的组织、或不同的细胞类型、或同一细胞组织、或不同的细胞类型、或同一细胞的不同细胞器中具有不同的质和量及不的不同细胞器中具有不同的质和量及不同活性,发挥不同的作用调节代谢进行同活性,发挥不同的作用调节代谢进行的不同方向。的不同方向。(二)细胞水平代谢调节的基本方式(二)细胞水平代谢调节的基本方式 一些重要代谢途径的限速酶(关键酶)一些重要代谢途径的限速酶
9、(关键酶)代谢途径 限速酶糖酵解 己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶磷酸戊糖途径 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶糖异生 丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,果糖-1,6-二磷酸酶,葡萄糖-6-磷酸酶三羧酸循环 柠檬酸合成酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体糖原合成 糖原合成酶糖原分解 磷酸化酶脂肪分解 三酰甘油脂肪酶脂酸合成 乙酰辅酶A羧化酶酮体合成 HMG辅酶A合成酶胆固醇合成 HMG辅酶A还原酶尿素合成 精氨酸代琥珀酸合成酶血红素合成 ALA合成酶1 1、反馈调节:、反馈调节:代谢途径的底物或终产物代谢途径的底物或终产物影响催化该途径起始反应的酶的活性,影响催化该途径起始反应的酶的活性
10、,即反馈调节。即反馈调节。负反馈负反馈(反馈抑制):终产物的积累抑制初(反馈抑制):终产物的积累抑制初始步骤的酶活性,使得反应减慢或停止。始步骤的酶活性,使得反应减慢或停止。使代谢产物生成不至过多,能量有效利用不浪费使代谢产物生成不至过多,能量有效利用不浪费正反馈:正反馈:代谢过程中某中间产物可使本途径代谢过程中某中间产物可使本途径前行酶活化,加速反应进行前行酶活化,加速反应进行2.2.底物循环底物循环代谢途径中某些可逆反应的正反方向代谢途径中某些可逆反应的正反方向是由不同酶催化进行的,即不同酶催是由不同酶催化进行的,即不同酶催化单向反应使得两个作用物互变,由化单向反应使得两个作用物互变,由此
11、构成的循环为底物循环此构成的循环为底物循环 B B B B、C C C C两种代谢物之间进行的单向不可逆反应。两种代谢物之间进行的单向不可逆反应。两种代谢物之间进行的单向不可逆反应。两种代谢物之间进行的单向不可逆反应。3.3.级联反应级联反应 在一个连锁反应中,当一个酶受到激在一个连锁反应中,当一个酶受到激活后,其他酶依次被激活,引起原始活后,其他酶依次被激活,引起原始信号的放大,这种连锁反应系统被称信号的放大,这种连锁反应系统被称为级联系统,所催化的反应被称为级为级联系统,所催化的反应被称为级联反应。联反应。肝糖原合成肝糖原合成 糖原合成酶糖原合成酶 磷酸化磷酸化肝糖原分解肝糖原分解 磷酸化
12、酶磷酸化酶 脱磷酸化脱磷酸化 可在不同酶的催化下相互转变,而催化可在不同酶的催化下相互转变,而催化其转变的酶本身也可磷酸化和脱磷酸化,发其转变的酶本身也可磷酸化和脱磷酸化,发生无活性及活性转变,其相互转变也受酶催生无活性及活性转变,其相互转变也受酶催化,构成级联反应。所以反应快、效率高,化,构成级联反应。所以反应快、效率高,属于快速调节方式。属于快速调节方式。级联反应作用:放大效应使级联中各级都可级联反应作用:放大效应使级联中各级都可进行调节。进行调节。二、细胞内对酶活性的调节二、细胞内对酶活性的调节(一)变构调节(一)变构调节 某些小分子化合物能与酶活性中心之外的某些小分子化合物能与酶活性中
13、心之外的部位特异地非共价可逆结合,引起酶蛋白的部位特异地非共价可逆结合,引起酶蛋白的分子构象发生改变,而改变酶的活性,这种分子构象发生改变,而改变酶的活性,这种现象称为酶的现象称为酶的变构调节变构调节(快速调节重要方式)(快速调节重要方式)糖和脂肪代谢酶系中某些变构酶及其变构效应剂糖和脂肪代谢酶系中某些变构酶及其变构效应剂代谢途径 变构酶 变构激活剂 变构抑制剂糖酵解 己糖激酶 AMP、ADP、FDP、Pi G-6-P 磷酸果糖激酶-1 FDP 柠檬酸 丙酮酸激酶 FDP ATP、乙酸CoA三羧酸循环 柠檬酸合成酶 AMP ATP、长链脂酰CoA 异柠檬酸脱氢酶 AMP、ADP ATP糖异生
14、丙酮酸羧化酶 乙酰CoA、ATP AMP 果糖1,6二磷酸酶 5-AMP AMP糖原分解 磷酸化酶b AMP、G-1-P、Pi ATP、G-6-P糖原合成 糖原合酶 G-6-P脂肪酸合成 乙酰CoA羧化酶 柠檬酸、异柠檬酸 长链脂酰CoA胆固醇合成 HMGCoA还原酶 胆固醇氨基酸代谢 谷氨酸脱氢酶 ADP、亮氨酸、甲硫氨酸 ATP、GTP、NADH嘌呤合成 PRPP酰胺转移酶 PRPP AMP、ADP、GMP、GDP嘧啶合成 天冬氨酸氨基甲酰转 CTP 移酶血红素合成 ALA合成酶 血红素 3.3.变构酶的酶促反应动力学不符合米曼变构酶的酶促反应动力学不符合米曼氏方程式氏方程式 酶促反应速率
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