生物化学第十四章 代谢调控.ppt

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1、生物化学第十四章 代谢调控 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望LOGO第十四章第十四章 物质代谢的相互物质代谢的相互关系和调节控关系和调节控*调控调控调控调控适应适应有序有序1 12 2物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系 代谢的调节代谢的调节第十四章第十四章 物质代谢的相互关系和调节控制物质代谢的相互关系和调节控制（一）（一）（二）（二）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系（三）（三）核酸和其它物质代谢的相互关系（四）（四）糖代谢与蛋白质代谢的相互关系 糖

2、代谢与脂肪代谢的相互联系1 1 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系v物质代谢的联系：物质代谢的联系：v物质的代谢是相互联系，互通有无的、是整体、统一、物质的代谢是相互联系，互通有无的、是整体、统一、协调的。协调的。v联系：通过重要的联系：通过重要的共同的中间产物或共同的代谢途径共同的中间产物或共同的代谢途径共同的中间产物或共同的代谢途径共同的中间产物或共同的代谢途径联系起来。联系起来。（一）糖代谢与脂肪代谢的相互联系（一）糖代谢与脂肪代谢的相互联系物质的代谢途径是四通八达相互联系的物质的代谢途径是四通八达相互联系的糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷

3、酸甘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（一）糖代谢与脂肪代谢的相互联系（一）糖代谢与脂肪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）（二）糖代谢与蛋白质代谢的相互关系（二）糖代谢与蛋白质代谢的相互关系（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系（三）脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关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

4、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（生酮氨基酸）（生酮氨基酸）（四）核酸和其它物质代谢的相互关系（四）核酸和其它物质代谢的相互关系（1）核酸控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢）核酸控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢 类型。类型。（2）核酸合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物支援，需）核酸合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物支援，需要酶和多种蛋白质因子。要酶和多种蛋白质因子。（3）各类物质代谢中需高能磷酸化合物）各类物质代谢中需高能磷酸化合物*ATPATP、UTP、CTP的参与。的参与。（4）核苷酸的一些衍生物具重要生理

5、功能（如）核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。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

6、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糖糖、脂脂、氨氨基基酸酸及及核核酸酸代代谢谢相相互互联联系系v调节原因：调节原因：调节原因：调节原因：途径复杂，纵横交错，要适应各种变化途径复杂，纵横交错，要适应各种变化途径复杂，纵横交错，要适应各种变化途径复杂，纵横交错，要适应各种变化

7、保证生命活保证生命活动（如生长、发育、分化、繁殖、代谢和运动等）能够有条不紊动（如生长、发育、分化、繁殖、代谢和运动等）能够有条不紊地进行地进行 。vv体内存在调节机制（系统），对代谢及时调节。体内存在调节机制（系统），对代谢及时调节。体内存在调节机制（系统），对代谢及时调节。体内存在调节机制（系统），对代谢及时调节。调控机制是在长调控机制是在长期进化中逐步形成的。进化程度愈高，机制愈完善、愈复杂。期进化中逐步形成的。进化程度愈高，机制愈完善、愈复杂。2 2 代谢的调节代谢的调节新陈代谢必需调节！新陈代谢必需调节！有调节才能有调节才能适应适应适应适应，才能才能有序有序有序有序。激素水平调节激素

8、水平调节神经水平调节神经水平调节细胞水平调节细胞水平调节酶水平调节酶水平调节 动动物物 植植 物物单单细细胞胞生生物物代谢调节的四级水平代谢调节的四级水平 (一)酶水平的调节 1.酶活性的调节 1）别构调节作用 2）共价修饰调节作用 2.基因表达的调节 1）原核生物基因表达调节 2）真核生物基因表达调节 (二)酶在细胞内的集中存在与隔离分布 (三)激素对代谢的调节 （四）神经对代谢的调节2 2 代谢的调节代谢的调节 酶活性的调节*酶水平的调节 酶含量的调节（一）酶水平的调节（一）酶水平的调节v 酶水平的调节酶水平的调节 是代谢调控的基础是代谢调控的基础v此调节是主要是以酶分子的结构为基础以酶分

9、子的结构为基础的调节有多种调多种调节因素节因素 直接调节：直接调节：底物浓度，辅助因子，温度，离子强度等 间接调节间接调节：代谢产物或小分子核苷酸类等。1.1.酶活性的调节酶活性的调节*最重要最重要最重要最重要 最灵敏最灵敏最灵敏最灵敏 最有效最有效最有效最有效1)1)别构调节作用别构调节作用通过通过别构酶的别构酶的别构酶的别构酶的别构别构 效应效应实现。实现。别构效应物主要有别构效应物主要有底物产物或代谢途底物产物或代谢途径的最终产物以及径的最终产物以及小分子核苷酸类物小分子核苷酸类物质。质。1)1)别构调节作用别构调节作用2)2)共价修饰调节作用共价修饰调节作用v共价调节酶共价调节酶分子上

10、的基团可以在另一种酶催化下发生共价修饰（例如磷酸化或去磷酸化作用），从而引起酶活性的激活或抑制。v（1）酶有活性和非活性两种形式v（2）此调节可产生酶的连续激活现象，具有信号信号信号信号放大效应放大效应放大效应放大效应。如肾上腺素引起糖原分解中的一系列磷酸化激活的结果将激素的信号被逐级放大了约300万倍。v通过蛋白激酶和磷酸酯酶催化酶的磷酸化和脱磷蛋白激酶和磷酸酯酶催化酶的磷酸化和脱磷酸化酸化从而调节代谢反应，这是细胞代谢调节的一种重要机制。2)共价修饰调节作用共价修饰调节作用3)酶原的激活酶原的激活DDBBC CAA胰蛋白酶胰蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶凝血酶凝血酶如消化系统如消化系统 酶原激活酶

11、原激活胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 2.2.基因表达的调节基因表达的调节 蛋白质的合成的基因表达调节蛋白质的合成的基因表达调节 至少在至少在两个水平两个水平两个水平两个水平上进行调节的：上进行调节的：转录水平转录水平转录水平转录水平和和翻译水平翻译水平翻译水平翻译水平v原核生物酶合成调节的遗传机制操纵子学说操纵子学说 操纵子操纵子操纵子操纵子原核基因表达的协同单位原核基因表达的协同单位操纵子操纵子操纵子操纵子结构基因（编码蛋白质，结构基因（编码蛋白质，S）控制部位控制部位操纵基因（操纵基因（operator,O）启动子（启动子（premotor,P）酶诱导和阻遏的操纵子模型酶诱导和阻遏的操纵子模型

12、 大肠杆菌乳糖操纵子模型大肠杆菌乳糖操纵子模型1)1)原核生物基因表达调节原核生物基因表达调节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,

13、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

14、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）大大肠肠杆杆菌菌乳乳糖糖操操纵纵子子模模型型DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNADNA水平调节水平调节水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解调节调节翻译后加工翻译后加工的调节的调节核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个水

15、平真核基因表达调控的五个水平 DNADNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 转录后加工的调节转录后加工的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后加工的调节翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控真核基因调控主要是正调控 顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子 转录因子的相互作用控制转录转录因子的相互作用控制转录1)1)真核生物基因表达调节真核生物基因表达调节线粒体线粒体:丙酮丙酮酸氧化酸氧化;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;氧氧化磷酸化化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷戊糖途磷戊糖途径径;糖原合成糖原合成;脂肪酸合脂肪酸合成成细胞核细胞核

16、:核酸合核酸合成成内质网内质网:蛋白质蛋白质合成合成;磷脂合成磷脂合成(二二)酶在细胞内的集中存在与隔离分布酶在细胞内的集中存在与隔离分布v 激素激素激素激素(hormone)(hormone)(hormone)(hormone)一词于一词于19041904年首先由年首先由BaylissBayliss及及Starling Starling 提出。提出。v它由它由腺体分泌腺体分泌，体液体液（动物血液、淋巴液、脑脊（动物血液、淋巴液、脑脊液、肠液）液、肠液）运送运送到特定部位，引起激动效应到特定部位，引起激动效应调调调调控各种物质代谢控各种物质代谢控各种物质代谢控各种物质代谢或生理功能）的一群微量

17、的有机或生理功能）的一群微量的有机化合物化合物(化学讯息化学讯息)。v激素局部性调控，并接受神经系统的控制。激素局部性调控，并接受神经系统的控制。激素局部性调控，并接受神经系统的控制。激素局部性调控，并接受神经系统的控制。v植物激素主要为植物激素主要为植物生长调节剂植物生长调节剂。（三）激素对代谢的调节（三）激素对代谢的调节v根据激素的化学本质和调控功能一般分为三类：根据激素的化学本质和调控功能一般分为三类：根据激素的化学本质和调控功能一般分为三类：根据激素的化学本质和调控功能一般分为三类：（1 1 1 1）含含含含氮氮氮氮激激激激素素素素：包包括括蛋蛋白白质质激激素素、多多肽肽激激素素、氨氨

18、基基酸衍生物激素等。酸衍生物激素等。（2 2 2 2）类类类类固固固固醇醇醇醇激激激激素素素素：性性腺腺和和肾肾上上腺腺皮皮质质分分泌泌的的激激素素大大多数是类固醇激素。多数是类固醇激素。（3 3 3 3）脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸衍衍衍衍生生生生物物物物激激激激素素素素：主主要要由由生生殖殖系系统统及及其其它它组组织分泌产生。织分泌产生。（三）激素对代谢的调节（三）激素对代谢的调节人人 体体 主主 要要 内内 分分 泌泌 腺腺 垂体垂体甲状腺甲状腺肾上腺肾上腺睾丸睾丸 卵巢卵巢 胰腺胰腺 胸腺胸腺 松果体松果体内分泌腺内分泌腺 激激 素素 化学本质化学本质 生理效应生理效应垂垂体体前前叶叶生长

19、激素生长激素蛋白质（人，蛋白质（人，191个氨基酸）个氨基酸）促进生长、促进代谢促进生长、促进代谢（蛋白质合成、脂肪（蛋白质合成、脂肪分解）分解）促甲状腺激素促甲状腺激素蛋白质（含糖，约蛋白质（含糖，约220个氨基酸）个氨基酸）促进甲状腺发育及分促进甲状腺发育及分泌泌促肾上腺皮质促肾上腺皮质激素激素39个氨基酸个氨基酸促进肾上腺皮质分泌促进肾上腺皮质分泌激素激素催乳素催乳素蛋白质（蛋白质（198个氨基酸）个氨基酸）刺激乳腺分泌刺激乳腺分泌促黄体生成激促黄体生成激(促间促间质细胞激素质细胞激素)蛋白质（含糖）蛋白质（含糖）刺激性腺分泌激素，刺激性腺分泌激素，促进黄体生成促进黄体生成促卵泡激素促卵

20、泡激素蛋白质（含糖）蛋白质（含糖）促进产生精子及卵，促进产生精子及卵，促进卵巢发育促进卵巢发育脂肪酸释放激素脂肪酸释放激素蛋白质（蛋白质（：93个氨基酸）（个氨基酸）（r：60个氨基酸）个氨基酸）水解酯类水解酯类人体调节代谢的重要激素人体调节代谢的重要激素内分泌腺内分泌腺激素激素化学本质化学本质生理效应生理效应垂垂体体后后叶叶催产素催产素9个氨基酸个氨基酸促使妊娠子宫收缩促使妊娠子宫收缩加压素（抗利尿）加压素（抗利尿）9个氨基酸个氨基酸升高血压并抗利尿升高血压并抗利尿中中叶叶促黑素细胞激素促黑素细胞激素aMSH13个氨基酸个氨基酸MSH18个氨基酸个氨基酸刺激黑色素的扩散和生物合刺激黑色素的扩

21、散和生物合成成 下下 丘丘 脑脑促肾上腺皮质激素促肾上腺皮质激素释放因子释放因子41个氨基酸个氨基酸促进或抑制激素的分泌促进或抑制激素的分泌促黄体生成激素释促黄体生成激素释放因子放因子10个氨基酸个氨基酸促卵泡激素释放因促卵泡激素释放因子子40-44个氨基酸个氨基酸生长激素释放因子生长激素释放因子多肽多肽催乳激素释放因子催乳激素释放因子14个氨基酸个氨基酸人体调节代谢的重要激素人体调节代谢的重要激素内分泌腺内分泌腺 激激 素素 化学本质化学本质 生理效应生理效应下下丘丘脑脑促黑色细胞激素释放因促黑色细胞激素释放因子子多肽多肽促进或抑制激素的分泌促进或抑制激素的分泌促黑色细胞激素释放抑促黑色细胞

22、激素释放抑制因子制因子多肽多肽促甲状腺激素释放因子促甲状腺激素释放因子3个氨基酸个氨基酸胸胸 腺腺胸腺素胸腺素、蛋白质（蛋白质（：49个个氨基酸）氨基酸）增进免疫力等增进免疫力等甲状腺甲状腺甲状腺激素甲状腺激素含碘氨基酸含碘氨基酸对动物代谢起较大的促进作对动物代谢起较大的促进作用。增加基础代谢；促进智用。增加基础代谢；促进智力与体制的发育力与体制的发育三碘甲状腺原氨酸三碘甲状腺原氨酸含碘氨基酸含碘氨基酸降钙素降钙素31个氨基酸个氨基酸调节钙磷的正常代谢，降低调节钙磷的正常代谢，降低血钙血钙降钙素基因相关肽降钙素基因相关肽37个氨基酸个氨基酸血管舒张剂血管舒张剂人体调节代谢的重要激素人体调节代谢

23、的重要激素v中枢神经系统控制各种活动和代谢调节机制。中枢神经系统控制各种活动和代谢调节机制。中枢神经系统控制各种活动和代谢调节机制。中枢神经系统控制各种活动和代谢调节机制。v神经系统的调节具有神经系统的调节具有整体性整体性整体性整体性特点：特点：既直接影响各种酶的合成，又影响激素分泌。既直接影响各种酶的合成，又影响激素分泌。1.神经系统的控制多是通过激素而发挥其作用的神经系统的控制多是通过激素而发挥其作用的 2.神经对其所支配的器官组织的代谢也有直接影响，神经对其所支配的器官组织的代谢也有直接影响，可能是直接或间接影响了分子和细胞水平的调节机制。可能是直接或间接影响了分子和细胞水平的调节机制。

24、(四)神经系统对代谢的调节 人、高等动物有着高度发达的神经系统人、高等动物有着高度发达的神经系统刺激副交感中枢刺激副交感中枢 糖原合成酶活力糖原合成酶活力 血糖含量血糖含量 人精神紧张、意外刺激人精神紧张、意外刺激 大脑控制肝糖原迅速分解血糖大脑控制肝糖原迅速分解血糖小狗切除大脑牛球小狗切除大脑牛球 肌肉脂肪含量肌肉脂肪含量 ，肝胆固醇肝胆固醇 损伤动物下丘脑损伤动物下丘脑 动物肥胖。动物肥胖。(四)神经系统对代谢的调节延脑四脑室底神经核延脑四脑室底神经核肝细胞肝细胞 血糖血糖冲动经交感神经冲动经交感神经冲动经交感神经冲动经交感神经电刺激电刺激电刺激电刺激下丘脑交感中枢下丘脑交感中枢磷酸化酶活力、血糖磷酸化酶活力、血糖 肝糖原肝糖原 精神紧张精神紧张精神紧张精神紧张LOGO