物质代谢调控.ppt

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1、第十章 物质代谢的相互关系与调控1.了解物质代谢的调控方式与机理2.掌握酶水平的代谢调控3.重点掌握物质代谢之间的相互转变关系 程茂高第一节第一节 物质代谢之间的相互联系物质代谢之间的相互联系一、糖代谢与脂类代谢的相互关系一、糖代谢与脂类代谢的相互关系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系三、蛋白质代谢与脂类代谢的相互联系三、蛋白质代谢与脂类代谢的相互联系四、核酸代谢与糖、脂类、蛋白质代谢的联系四、核酸代谢与糖、脂类、蛋白质代谢的联系第二节第二节 代谢调节代谢调节一、细胞水平调节二、酶水平调节三、激素水平调节四、神经水平调节 第一节第一节 物质代谢之间的相互联系物质代

2、谢之间的相互联系一、糖代谢与脂类代谢的相互关系一、糖代谢与脂类代谢的相互关系糖可以在生物体内变成脂肪 糖磷酸二羟丙酮-磷酸甘油3磷酸甘油醛丙酮酸乙酰CoA脂肪酸HMP、柠檬酸循环NADPH+H+胆固醇及其衍生物脂肪TCA脂肪转变为糖有一定的限制 脂肪甘油磷酸二羟丙酮糖异生脂肪酸氧化 乙酰CoA 丙酸 琥珀酰CoA 琥珀酸草酰乙酸糖二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖-酮酸 氨基酸（非必需氨基酸）蛋白质蛋白质（生糖氨基酸）氨基酸 -酮酸 糖 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

3、醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三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三、蛋白质代谢与脂类代谢的相互联系三、蛋白质代谢与脂类代谢的相互联系蛋白质可间接地转变为脂肪 蛋白质生酮氨基酸乙酰CoA脂肪酸 生糖氨基酸糖异生作用糖脂肪由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的 脂肪甘油 磷酸二羟丙酮 氨基酸碳架氨基酸蛋白质 植物与微生物细胞中存在乙醛酸循环，从而促使脂肪酸转变成氨基酸。在人和动物细胞中缺少这样的机制，因此，动物组织不易利用脂肪酸合成氨基酸。核

4、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CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的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。合成，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。加，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各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如苷酸，如ATP是能量的是能量的“通货通货”，此外，此外

5、UTP参与多糖参与多糖的合成，的合成，CTP参与磷脂合成，参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合参与蛋白质合成与糖异生作用。成与糖异生作用。四、核酸代谢与糖、脂类、蛋白质代谢的联系四、核酸代谢与糖、脂类、蛋白质代谢的联系知识应用在人的膳食中严重缺乏糖时（如进行禁食减肥的人群）在人的膳食中严重缺乏糖时（如进行禁食减肥的人群）为什么易发生酸中毒？怎样进行酸中毒病人的急救？为什么易发生酸中毒？怎样进行酸中毒病人的急救？正常情况下，人体所需的能量主要来自糖的氧化。当人的膳食中严重缺糖时，血液要维持一定的血糖浓度，只有少量的糖氧化而不能满足机体对能量的需求，此时就需动用其他的能量贮存形式，脂肪的分解代谢成为其

6、主要的供能物质。脂肪酸在-氧化时产生大量的乙酰CoA，从而导致-氧化受阻，此时的乙酰CoA只能在肝脏形成酮体。酮体的主要成分乙酰乙酸、-羟丁酸均是酸性物质，它们的大量积累会造成血液的pH下降，达到一定程度时就会引起酸中毒。在对酸中毒的病人进行急救时，可先碱性物质来提高血液的pH，然后（或同时）口服或注射葡萄糖，以使体内的三羧酸循环能够正常进行。分析短期饥饿时机体代谢发生的主要变化分析短期饥饿时机体代谢发生的主要变化正常情况下，人体所需的能量主要来自糖的氧化。当人处于短期饥饿时，血糖浓度降低，在一系列酶的调 节作用下，糖异生速度和糖原分解速度加快，以维持一定的血糖浓度。此时只有少量的糖氧化，不能

7、满足机体对能量的需求，需动用其他的能量贮存形式，脂肪的分解代谢成为其主要的供能物质。饥饿时间持续较长时，体内的蛋白质也可参与能量供应。为什么摄入糖量过多的人容易长胖？思考题：思考题：1.乙酰CoA可进入哪些代谢途径？2.为什么说脂肪中的碳原子都可来自糖？第二节第二节 代谢调节代谢调节 代谢调节主要体现在两方面：在相对稳定的条件下，细胞代谢的各个过程互相协调而有节律地进行，保持稳定状态；当环境改变时，细胞代谢能够适应改变了的环境条件，由一种平稳状态转换至另一种平稳状态，消除或降低新环境的不利影响，尽可能保持最适当的生活状况。生物界代谢的调节，可分为4个水平：细胞水平调节、酶水平调节、激素水平调节

8、、神经水平调节。一、细胞水平调节一、细胞水平调节 以酶为核心的分子水平调节，指酶在细胞以酶为核心的分子水平调节，指酶在细胞内的集中存在与隔离分布内的集中存在与隔离分布 细胞内酶的隔离分布是调节代谢的基础。所谓细胞内酶的隔离分布，是指细胞内不同的多酶体系常分布在不同部位，如三羧酸循环和氧化磷酸化的多酶体系等都分布在线粒体中；糖原合成酶系、糖酵解酶系等都分布在胞浆中。因此，每个酶促反应不但不会互相干扰，而且可以互相配合。所以酶在细胞内的定位及隔离分布是代谢调控的基础，它可以保证代谢的顺利进行。酶酶定定位位的的区区域域化化线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循环酸循环;-氧化氧化;呼吸链呼

9、吸链电子传递电子传递;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷磷戊糖途径戊糖途径;糖原合糖原合成成;脂肪酸合成脂肪酸合成;细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网内质网:蛋白质合成蛋白质合成;磷脂合成磷脂合成二、酶水平调节二、酶水平调节 生物体内最基本、最普遍的调节方式，主要通过细胞内酶的别构调节、酶的化学修饰及酶含量的改变等来调节，它也是目前研究较多的代谢调节。(一一)酶的变构调节酶的变构调节1.概念 变构调节(allosteric regulation)又称别位调节，主要是指某些物质(如反应体系中的中间代谢物或终产物)能与酶分子的非催化部位相互作用，引起酶分子空间构象的改变，从而改变酶活

10、性的调节作用。具有这种作用的酶称为变构酶(allosteric enzyme)或别位酶。当变构酶催化亚基的活性中心和底物结合时，通过变构可增强其它亚基活性中心对底物的结合，出现协同效应。变构调节因子与变构酶亚基的作用 变构酶作用的底物浓度S曲线 2、酶活性的前馈和反馈调节、酶活性的前馈和反馈调节 前馈和反馈分别表示底物和代谢产物对代谢过程的作用，又可分为激活和抑制两种作用，重要的有前馈激活和反馈抑制。前馈激活指前面的代谢产物对后面的酶起激活作用，如6磷酸葡萄糖是糖原合成酶的前馈激活剂 反馈抑制指反应的终产物对反应序列前面的酶发生抑制作用，包括单价反馈抑制和二价或多价反馈抑制，其抑制机理有顺序反

11、馈抑制、协同反馈抑制、积累反馈抑制、同工反馈抑制反馈激活和前馈激活示意图反馈激活和前馈激活示意图AB C D FAB GCDEE+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羧化酶羧化酶顺序反馈抑制示意图顺序反馈抑制示意图ABGFJDCH-E1E3E2协同调节示意图协同调节示意图ABGFJDCH-E1E3E2-累积反馈抑制示意图累积反馈抑制示意图同工酶反馈抑制示意图同工酶反馈抑制示意图ABGFJDCH-E1E2E3E43.3.变变变变构构构构调节调节调节调节机理模型机理模型机理模型

12、机理模型 变构酶的S型动力学曲线是变构酶内在调节机理的表观现象。Monod等人提出的齐变模型 Koshland等人提出的序变模型4.酶变构调节的生理意义酶变构调节的生理意义(1)变构调节是细胞水平代谢调节中的一个较为常变构调节是细胞水平代谢调节中的一个较为常见的快速调节。见的快速调节。(2)变构调节还可使能量得以有效利用。变构调节还可使能量得以有效利用。(3)酶的变构调节在加快或减慢代谢速度的同时，酶的变构调节在加快或减慢代谢速度的同时，往往伴有代谢方向的改变。往往伴有代谢方向的改变。(4)变构调节还可使不同代谢途径相互协调。变构调节还可使不同代谢途径相互协调。(二二)酶促化学修饰的调控酶促化

13、学修饰的调控1.酶促化学修饰的概念酶促化学修饰的概念 变构酶分子肽链上的某些基团变构酶分子肽链上的某些基团,在另一种酶的催化下在另一种酶的催化下进行共价键结合进行共价键结合,结合后引起分子变构。这种作用称为酶结合后引起分子变构。这种作用称为酶的化学修饰或酶促化学修饰的化学修饰或酶促化学修饰。目前已知有目前已知有六种修饰方式六种修饰方式：磷酸化：磷酸化/去磷酸化，乙酰去磷酸化，乙酰化化/去乙酰化，腺苷酰化去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷去尿苷酰化，甲基化酰化，甲基化/去甲基化，氧化（去甲基化，氧化（S-S）/还原还原(2SH)。2.酶促化学修饰的特点酶促化学修

14、饰的特点(1)属于这类调节方式的酶一般都有无活性属于这类调节方式的酶一般都有无活性(或低活性或低活性)和有和有活性活性(或高活性或高活性)两种形式。两种形式。(2)酶促化学修饰会引起酶分子共价键的变化，且其调节效酶促化学修饰会引起酶分子共价键的变化，且其调节效率常较变构调节效率高率常较变构调节效率高(3)磷酸化是最常见的酶促化学修饰反应，一般是耗能的磷酸化是最常见的酶促化学修饰反应，一般是耗能的 （三）酶含量的调节（三）酶含量的调节 酶含量调节主要是通过调节酶蛋白的合成过程实现酶含量调节主要是通过调节酶蛋白的合成过程实现的。蛋白质生物合成体系的各个环节：转录、翻译、的。蛋白质生物合成体系的各个

15、环节：转录、翻译、翻译后的加工等，都有可能影响酶的生物合成速度。翻译后的加工等，都有可能影响酶的生物合成速度。相比之下，相比之下，转录是更为重要的调控环节转录是更为重要的调控环节。转录的产物。转录的产物mRNA是合成酶蛋白的模板，是合成酶蛋白的模板，mRNA多，则酶的合成多，则酶的合成能力强。细胞可以根据需要加快合成能力强。细胞可以根据需要加快合成mRNA，以增加，以增加酶量；也可随时停止合成酶量；也可随时停止合成mRNA,以减少酶的合成。以减少酶的合成。诱诱导和阻遏导和阻遏是底物和产物分别对转录产生的正调和负调是底物和产物分别对转录产生的正调和负调作用，这是基因水平上的两种基本调节机制。作用

16、，这是基因水平上的两种基本调节机制。（四）酶原与酶原的激活（四）酶原与酶原的激活 见第三章见第三章（五）辅因子对已有酶活性的调节（五）辅因子对已有酶活性的调节 能荷对代谢的调节能荷对代谢的调节 NADH/NAD NADH/NAD+对代谢的调节对代谢的调节 金属离子浓度金属离子浓度对代谢的调节对代谢的调节三、激素对代谢的调节三、激素对代谢的调节 在生物体内有很多激素在生物的生长、发育、在生物体内有很多激素在生物的生长、发育、物质代谢等方面起着重要的调控作用。不同的激素物质代谢等方面起着重要的调控作用。不同的激素作用机理不同。作用机理不同。动物激素动物激素4类：类：氨基酸及其衍生物、肽及蛋白质、氨

17、基酸及其衍生物、肽及蛋白质、固醇类、脂肪酸衍生物。固醇类、脂肪酸衍生物。植物激素植物激素5类：类：生长素、赤霉素类、激动素类、生长素、赤霉素类、激动素类、脱落酸、乙烯。脱落酸、乙烯。含氮类激素的作用机理：首先作用于细胞膜上，含氮类激素的作用机理：首先作用于细胞膜上，再与膜上腺苷酸环化酶的特异受体部位相结合，从而激再与膜上腺苷酸环化酶的特异受体部位相结合，从而激活腺苷酸环化酶；在活化了的腺苷酸环化酶和活腺苷酸环化酶；在活化了的腺苷酸环化酶和MgMg2 2的作的作用下，使用下，使ATPATP转变为转变为cAMPcAMP；然后通过；然后通过cAMPcAMP的作用，使无的作用，使无活性的蛋白激酶转变为

18、有活性的蛋白激酶；后者再进一活性的蛋白激酶转变为有活性的蛋白激酶；后者再进一步影响细胞内酶系的活性和其它功能蛋白的作用，以发步影响细胞内酶系的活性和其它功能蛋白的作用，以发挥激素的生物效应。挥激素的生物效应。cAMPcAMP在实现激素的调控作用中起到在实现激素的调控作用中起到“第二信使第二信使”的作用和的作用和级联放大级联放大作用。作用。类固醇激素的作用机理：进入靶细胞后和细胞类固醇激素的作用机理：进入靶细胞后和细胞内某种受体蛋白结合发生变构作用，生成激素受体复内某种受体蛋白结合发生变构作用，生成激素受体复合物。后者进入核内，结合到染色质上，促进合物。后者进入核内，结合到染色质上，促进DNAD

19、NA的转的转录，生成录，生成mRNAmRNA，再翻译生成诱导蛋白，进一步发挥生，再翻译生成诱导蛋白，进一步发挥生物效应。物效应。酶级联系统酶级联系统调控示意图调控示意图意义：意义：由于由于酶的共价酶的共价修饰反应是酶促反应，修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子只要有少量信号分子（如激素）存在，即（如激素）存在，即可通过加速这种酶促可通过加速这种酶促反应，而使大量的另反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。从而获得放大效应。这种调节方式快速、这种调节方式快速、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）

20、（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 ADP456四、神经系统对代谢的四、神经系统对代谢的调节调节 高等动物有着高度复

21、杂和完善的神经系统，高等动物有着高度复杂和完善的神经系统，动物可根据内外环境的变化，通过神经系统对机动物可根据内外环境的变化，通过神经系统对机体内各器官的代谢与生理功能进行快捷有效的控体内各器官的代谢与生理功能进行快捷有效的控制和协调。因而神经调节是最高水平的调节。制和协调。因而神经调节是最高水平的调节。动物利用其感觉器官感知周围的环境变化，动物利用其感觉器官感知周围的环境变化，通过神经传递给大脑，由大脑对这些信息进行综通过神经传递给大脑，由大脑对这些信息进行综合分析，再发出指令采取适当的应对措施；神经合分析，再发出指令采取适当的应对措施；神经系统还可通过控制激素的分泌实现对代谢和生理系统还可通过控制激素的分泌实现对代谢和生理功能的调控。功能的调控。代谢调节四级水平的关系代谢调节四级水平的关系神经水平调节激素水平调节酶水平调节细胞水平调节动 物植 物单细胞生物谢谢 谢谢