【教学课件】第十三章代谢调节(Metabolicregulation).ppt
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1、第十三章第十三章 代谢调节代谢调节(Metabolic regulation)物质代谢相互联系物质代谢相互联系葡萄糖葡萄糖脂肪脂肪 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸(蛋白质蛋白质)第一节第一节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系一.一.糖、脂类和蛋白质代谢间的相互联系糖、脂类和蛋白质代谢间的相互联系二.二.(一)能量代谢的相互协调(一)能量代谢的相互协调三.三.糖、脂和蛋白质三大营养物均可作为供能物质。糖、脂和蛋白质三大营养物均可作为供能物质。四.四.一般情况下,优先利用糖氧化供能;一般情况下,优先利用糖氧化供能;五.五.当糖供应充足时,当糖供应充足时
2、,一部分糖还可以转变为脂肪储存起来;一部分糖还可以转变为脂肪储存起来;六.六.当糖供应不足时,当糖供应不足时,可以动员脂肪产能,尽量节约蛋白质;可以动员脂肪产能,尽量节约蛋白质;七.七.当长时间饥饿时,当长时间饥饿时,除了利用脂肪外,还可大量分解蛋白除了利用脂肪外,还可大量分解蛋白质,严重时,可威胁生命。质,严重时,可威胁生命。(二)物质上的相互转变关系(二)物质上的相互转变关系1.1.糖与脂类之间的转变糖与脂类之间的转变 P-二羟丙酮二羟丙酮P-甘油甘油甘油三酯甘油三酯G3-P-甘油醛甘油醛丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoAFA3-P-甘油甘油P-二羟丙酮二羟丙酮异生为异生为糖糖脂肪脂肪(极少量极少
3、量)脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoACO2+H2O+能能(大量)(大量)酮体酮体供脑、心肌组织氧化利用。供脑、心肌组织氧化利用。2.2.糖与氨基酸之间的转变糖与氨基酸之间的转变还原氨基化还原氨基化2.G-酮酸酮酸非必需氨基酸非必需氨基酸(12种)种)丙酮酸丙酮酸丙氨酸丙氨酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸 NH3糖异生糖异生1.Pr.a.a-酮酸酮酸G(18种)种)(极大部分)(极大部分)CO2+H2O+能能3.氨基酸与脂类之间的转变氨基酸与脂类之间的转变 NH3乙酰乙酰CoA非必需非必需FA1.Pr.a.a-酮酸酮酸丙酮酸丙酮酸脂肪脂肪二羟丙酮二羟丙酮-P甘油甘油-P
4、-氧化氧化 脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoACO2+H2O+能能(大量)(大量)2.脂肪脂肪O(很易很易)甘油甘油丙酮酸丙酮酸(少量)(少量)(还原氨基化)还原氨基化)丙氨酸丙氨酸(极少量)(极少量)二.二.三大营养物与核苷酸代谢之间的联系三大营养物与核苷酸代谢之间的联系蛋白质蛋白质丝丝/甘甘/色氨酸色氨酸天冬天冬/甘甘/谷氨酰胺谷氨酰胺“-C”嘧啶碱嘧啶碱/嘌呤碱嘌呤碱葡萄糖葡萄糖5-P-R(戊糖磷酸途径)(戊糖磷酸途径)核苷酸核苷酸糖糖脂脂蛋白质蛋白质O能能第二节第二节 细胞水平的代谢调节细胞水平的代谢调节 高等动物体内,有三个层次的调节机制:高等动物体内,有三个层次的调节机制:整体水平整体水平
5、激激素素水水平平 细胞水平调节是整个代谢调节的基础 细细胞胞水水平平一.一.酶的区域化分布酶的区域化分布二.二.各种物质代谢往往定位在细胞内某一特定区域各种物质代谢往往定位在细胞内某一特定区域三.三.内进行内进行,这是由于每个代谢途径中相互有关联这是由于每个代谢途径中相互有关联的的酶构成一个酶构成一个多酶体系多酶体系,在细胞内呈区域化在细胞内呈区域化分布分布。主要代谢途径(多酶体系)在细胞内的分布主要代谢途径(多酶体系)在细胞内的分布多酶体系多酶体系 分布分布 多酶体系多酶体系 分布分布糖酵解糖酵解 胞液胞液 胆固醇合成胆固醇合成 胞液和内质网胞液和内质网磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 胞液胞液 磷
6、脂合成磷脂合成 内质网内质网糖原合成糖原合成 胞液胞液 尿素合成尿素合成 线粒体和胞液线粒体和胞液脂肪酸合成脂肪酸合成 胞液胞液 蛋白质合成蛋白质合成 核糖体核糖体糖异生糖异生 胞液胞液 DNADNA及及RNARNA合成合成 细胞核细胞核脂肪酸脂肪酸-氧化氧化 线粒体线粒体 多种水解酶多种水解酶 溶酶体溶酶体三羧酸循环三羧酸循环 线粒体线粒体 呼吸链呼吸链 线粒体线粒体酮体生成酮体生成 肝细胞线粒体肝细胞线粒体二二.关键酶活性的调节关键酶活性的调节(ATP/AMP)(-)(-)GKFPKPyKGG-6-PF-6-PFDPPEPPyr乳酸乳酸FDPE(ATP/AMP)关键酶关键酶(key enz
7、yme)(key enzyme):是指只能催化单向反应的、速度较慢的酶,调节此酶活性是指只能催化单向反应的、速度较慢的酶,调节此酶活性可以影响整个代谢反应速度,甚至改变代谢方向。可以影响整个代谢反应速度,甚至改变代谢方向。(-)(+)细胞水平的调节细胞水平的调节变构调节变构调节酶的结构调节酶的结构调节(快调快调)酶促化学修饰调节酶促化学修饰调节细胞水平细胞水平 的调节的调节诱导诱导酶蛋白的合成酶蛋白的合成酶的数量调节酶的数量调节阻抑阻抑(慢调慢调)酶蛋白的降解酶蛋白的降解 (一)酶结构调节酶结构调节 1.1.变构调节变构调节(allostericregulation)(1)(1)概念概念 变构
8、调节变构调节*变构效应剂变构效应剂 变构激活剂变构激活剂 变构抑制剂变构抑制剂 变构酶变构酶*(各代谢途径中的关键酶大多属于变构酶各代谢途径中的关键酶大多属于变构酶)(2 2)变构调节机制)变构调节机制 变构酶组成变构酶组成是由多亚基构成的寡聚体是由多亚基构成的寡聚体1.1.变构酶以两种构象形式存在变构酶以两种构象形式存在有活性有活性/高活性高活性无活性无活性/低活性低活性 变构剂以非共价键与调节亚基结合变构剂以非共价键与调节亚基结合 引起酶蛋白的空间构象发生改变而改变酶活性引起酶蛋白的空间构象发生改变而改变酶活性解聚解聚 聚合聚合 或或 疏松疏松 紧密紧密催化亚基催化亚基(catalytic
9、subunit)调节亚基调节亚基(regulatorysubunit)有活性有活性变构抑制剂变构抑制剂(低活性)(低活性)无活性无活性变构激活剂变构激活剂(高活性(高活性)CR C(3 3)变构调节生理意义)变构调节生理意义fattyacid丙二酸单酰丙二酸单酰CoAGG-6-PF-6-PFDP丙酮酸乙酰丙酮酸乙酰CoA(-)CO2草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸意义:意义:快速改变代谢速度、甚至方向,防止产物堆积和能源浪费。快速改变代谢速度、甚至方向,防止产物堆积和能源浪费。FPK羧化酶羧化酶(+)EOH EO-PO3 ATP ADP蛋白激酶蛋白激酶H2O 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 Pi*使酶蛋
10、白中使酶蛋白中SerSer、ThrThr或或TyrTyr的的羟基羟基发生磷酸化修饰,从而发生磷酸化修饰,从而快速改变酶活性快速改变酶活性EE2 2 酶促化学修饰调节酶促化学修饰调节(1)概念概念(最常见的化学修饰最常见的化学修饰磷酸化与脱磷酸磷酸化与脱磷酸)酶酶化学修饰类型化学修饰类型酶活性改变酶活性改变糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制糖原合成酶糖原合成酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶
11、磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活HMG-CoA还原酶还原酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活激素敏感脂肪酶激素敏感脂肪酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制酶促化学修饰对酶活性的影响酶促化学修饰对酶活性的影响(2)特点)特点 酶的激活或抑制两种状态的互变酶的激活或抑制两种状态的互变,受不同的酶催化受不同的酶催化;常见的磷酸化与脱磷酸化修饰,是经济有效的调节常见的磷酸化与脱磷酸化修饰,是经济有效的调节方式;方式;酶分子发生共价修饰
12、;酶分子发生共价修饰;发生发生级联式的、一环扣一环的化学修饰,具有快速放大级联式的、一环扣一环的化学修饰,具有快速放大效应。效应。(3)意义)意义 是快速调节酶活性的另一种方式。是快速调节酶活性的另一种方式。肾上腺素肾上腺素+受体受体肾上腺素肾上腺素-受体受体无活性无活性G蛋白蛋白活性型活性型G蛋白蛋白无活性腺苷酸环化酶无活性腺苷酸环化酶活性型腺苷酸环化酶活性型腺苷酸环化酶ATPcAMP无活性蛋白激酶无活性蛋白激酶A活性型蛋白激酶活性型蛋白激酶A无活性磷酸化酶无活性磷酸化酶b激酶激酶活性型磷酸化酶活性型磷酸化酶b激酶激酶无活性糖原磷酸化酶无活性糖原磷酸化酶b活性型糖原磷酸化酶活性型糖原磷酸化酶
13、a糖原糖原1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖无活性型糖原合成酶无活性型糖原合成酶D活性型糖原合成酶活性型糖原合成酶i化学修饰的级联式的调节化学修饰的级联式的调节(二)酶数量的调节(二)酶数量的调节 酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏(发生在转录水平发生在转录水平)诱导剂诱导剂(inducerinducer)阻遏剂阻遏剂(repressor)(repressor)酶降解的调节酶降解的调节 几种酶活性调节方式的比较几种酶活性调节方式的比较调节方式调节方式调节物质调节物质酶分子变化酶分子变化特点及生理意义特点及生理意义变构调节变构调节变构剂变构剂构象改变构象改变作用快,作用快,防止产物堆防止产物堆(
14、底物、(底物、产物产物积和能源浪费积和能源浪费或其它小分子物质)或其它小分子物质)化学修饰化学修饰激素激素.酶等酶等共价键改变共价键改变耗能少、作用快、有放耗能少、作用快、有放大效应,可满足应激需要大效应,可满足应激需要酶数量酶数量诱导剂、阻遏剂诱导剂、阻遏剂数量增加数量增加耗能多,调节效应出耗能多,调节效应出调节调节(激素、药物、底物)(激素、药物、底物)或减少或减少现慢,但维持时间长久现慢,但维持时间长久(1)诱导剂诱导酶蛋白合成的机制 操纵子(E.coli)调节基因 启动序列 操纵序列 结构基因 RNA聚合酶 阻遏蛋白 mRNA阻遏蛋白 结合部位 结合部位 (启动转录)(阻抑转录)蛋白质
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