生物化学代谢联系及调节精选PPT.ppt
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1、关于生物化学代谢联系及调节第1页,讲稿共69张,创作于星期二物质代谢之间联系代谢调控基本理论细胞信号转导基本理论与研究方法(重点)细胞信号转导专题讲座高级生物化学生物化学第2页,讲稿共69张,创作于星期二第一讲:第一讲:物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节第一节第一节 物质代谢的特点物质代谢的特点第二节第二节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系第三节第三节 组织器官的代谢特点及联系组织器官的代谢特点及联系第四节第四节 代谢调节代谢调节第3页,讲稿共69张,创作于星期二第一节第一节 物质代谢的特点物质代谢的特点 体内各种物质(糖、脂、蛋白质、水、体内各种物质(糖、脂、蛋白质、水、无机盐和维
2、生素等)的代谢构成一个统一无机盐和维生素等)的代谢构成一个统一的整体的整体彼此相互联系彼此相互联系或相互转化或相互转化或相互依存或相互依存(一)整体性(一)整体性第4页,讲稿共69张,创作于星期二 机体存在精细的调节机制,使各种物机体存在精细的调节机制,使各种物质代谢能适应内外环境的变化。质代谢能适应内外环境的变化。调节各种物质代谢的调节各种物质代谢的强度强度调节各种物质代谢的调节各种物质代谢的方向方向调节各种物质代谢的调节各种物质代谢的速度速度(二)代谢调节(二)代谢调节第5页,讲稿共69张,创作于星期二 各组织、器官所含酶系不同,因而代谢途各组织、器官所含酶系不同,因而代谢途径及功能各异。
3、径及功能各异。肝脏肝脏含糖、脂、蛋白质代谢的各种酶系,含糖、脂、蛋白质代谢的各种酶系,是物质代谢的是物质代谢的总枢纽总枢纽脂肪组织含激素敏感脂肪酶,能进行脂肪脂肪组织含激素敏感脂肪酶,能进行脂肪的储存与动员的储存与动员脑组织、红细胞有糖代谢酶系,能利用脑组织、红细胞有糖代谢酶系,能利用糖氧化供能糖氧化供能(三)各组织、器官物质代谢各具特色(三)各组织、器官物质代谢各具特色第6页,讲稿共69张,创作于星期二 各种代谢池(如氨基酸代谢池、血糖各种代谢池(如氨基酸代谢池、血糖代谢池);代谢池);同一种代谢物共同参加到同一代谢池中同一种代谢物共同参加到同一代谢池中代谢(如各种来源的血糖均通过血糖代代谢
4、(如各种来源的血糖均通过血糖代谢池参与各种组织的代谢)。谢池参与各种组织的代谢)。(四)各种代谢物均具各自的代谢池(四)各种代谢物均具各自的代谢池第7页,讲稿共69张,创作于星期二(五)(五)ATP是体内能量利用的共同形式是体内能量利用的共同形式(六)(六)NADPH是体内各种合成代谢所需是体内各种合成代谢所需 的还原当量的还原当量生物大分子的合成、肌肉收缩、神经生物大分子的合成、肌肉收缩、神经冲动的传导、细胞渗透压及形态的维冲动的传导、细胞渗透压及形态的维持等持等乙酰辅酶乙酰辅酶A合成脂酸、合成固醇等合成脂酸、合成固醇等第8页,讲稿共69张,创作于星期二第二节第二节 物质代谢的相互联系物质代
5、谢的相互联系乙酰辅酶乙酰辅酶A是三大营养物质代谢共同的中间代谢是三大营养物质代谢共同的中间代谢物;物;三羧酸循环三羧酸循环是三大营养物质分解代谢共同的最后是三大营养物质分解代谢共同的最后代谢途径;代谢途径;分解代谢释放的能量均以分解代谢释放的能量均以ATP的形式储存;的形式储存;从能量供应角度看,三大营养素可以相互代替,从能量供应角度看,三大营养素可以相互代替,并相互制约。并相互制约。一、在能量代谢上的相互联系一、在能量代谢上的相互联系第9页,讲稿共69张,创作于星期二二、三大代谢之间的相互联系二、三大代谢之间的相互联系(一)糖代谢与脂代谢的相互联系(一)糖代谢与脂代谢的相互联系糖变脂糖变脂摄
6、糖过多摄糖过多柠檬酸柠檬酸ATP变构变构+乙酰辅酶乙酰辅酶A羧化酶羧化酶乙酰辅酶乙酰辅酶A 合成合成脂肪酸脂肪酸 储脂储脂 肥胖肥胖及血及血TG 第10页,讲稿共69张,创作于星期二脂肪酸不能转变为糖脂肪酸不能转变为糖脂肪脂肪脂肪酸脂肪酸 动员动员甘油甘油糖糖 (少)(少)-磷酸甘油磷酸甘油(少)(少)乙酰乙酰CoA (多)(多)脂肪分解代谢脂肪分解代谢有赖于糖代谢:有赖于糖代谢:糖代谢糖代谢 草酰乙酸草酰乙酸 三羧酸循三羧酸循环环糖异生糖异生高酮血症高酮血症第11页,讲稿共69张,创作于星期二 除除生酮生酮aa(Leu和和Lys)外,其余)外,其余aa均可生成均可生成-酮酸酮酸,并循糖异生途
7、径转变为糖,并循糖异生途径转变为糖糖代谢中间产物可氨基化转变为糖代谢中间产物可氨基化转变为非必需非必需aa(但不能转变成(但不能转变成8种必需种必需aa)食物中蛋白质食物中蛋白质能能代替糖、脂供能代替糖、脂供能但食物中糖、脂但食物中糖、脂不能不能代替蛋白质代替蛋白质(二)糖代谢与氨基酸代谢的相互联系(二)糖代谢与氨基酸代谢的相互联系第12页,讲稿共69张,创作于星期二 所有所有aa均分解能生成乙酰均分解能生成乙酰CoA,用于脂,用于脂 肪、肪、胆固醇合成胆固醇合成aa(如如Ser)亦可作为磷脂合成原料)亦可作为磷脂合成原料仅脂肪动员的仅脂肪动员的甘油甘油可进入糖酵解途径并可进入糖酵解途径并转变
8、为转变为非必需非必需aa(但不能转变成(但不能转变成8种必需种必需aa)(三)脂(三)脂代谢代谢与氨基酸代谢的相互联系与氨基酸代谢的相互联系第13页,讲稿共69张,创作于星期二Gly、Asp、Gln及一碳单位是合成嘌及一碳单位是合成嘌呤的原料呤的原料Asp、Gln及一碳单位是合成嘧啶的原及一碳单位是合成嘧啶的原料料(四)核酸与氨基酸代谢的相互关系(四)核酸与氨基酸代谢的相互关系第14页,讲稿共69张,创作于星期二氨基酸、糖及脂肪代谢的联系氨基酸、糖及脂肪代谢的联系草酰乙酸草酰乙酸三羧酸循环三羧酸循环琥珀酰琥珀酰CoA-酮戊二酸酮戊二酸延胡索酸延胡索酸苯丙、酪苯丙、酪天冬天冬亮、赖亮、赖丙、色、
9、丙、色、丝、甘、丝、甘、苏、半胱苏、半胱葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA磷酸丙糖磷酸丙糖亮、赖、苯丙、酪、色亮、赖、苯丙、酪、色谷谷精、组、脯精、组、脯脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油甘油缬、蛋、缬、蛋、异亮、苏异亮、苏乙酰乙酰乙酰乙酰CoA酮体酮体第15页,讲稿共69张,创作于星期二 3.脑脑 机体耗能的主要器官(耗氧机体耗能的主要器官(耗氧20%25%);几乎以血糖来源的);几乎以血糖来源的葡萄糖为唯一葡萄糖为唯一能源能源(每天(每天100g);长期饥饿时亦可氧化);长期饥饿时亦可氧化酮体供能。酮体供能。4.肌肉组织肌肉组织 以氧化脂酸为主;剧烈运动时以氧化脂酸为主;剧烈运动时进行无氧酵解生
10、成乳酸进行无氧酵解生成乳酸;肌糖原对血糖;肌糖原对血糖无无贡献(贡献(无无葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶活性磷酸酶活性)。)。第16页,讲稿共69张,创作于星期二5.红细胞红细胞 由糖酵解供能,每天耗由糖酵解供能,每天耗30g葡萄葡萄糖,不能利用脂肪酸酮体氧化供能(糖,不能利用脂肪酸酮体氧化供能(无无线粒线粒体体)6.脂肪组织脂肪组织 储存脂肪;脂肪动员储存脂肪;脂肪动员7.肾肾 能进行糖异生(与肝相当),并能储能进行糖异生(与肝相当),并能储存糖原;亦能利用酮体氧化供能;存糖原;亦能利用酮体氧化供能;肾髓质无线粒体,只能通过糖酵解供能。肾髓质无线粒体,只能通过糖酵解供能。第17页,讲稿共69张,创
11、作于星期二第四节第四节 代谢调节代谢调节代谢调节作用的代谢调节作用的三三个水平:个水平:细胞水平细胞水平的代谢调节(酶活性和酶量,代谢物浓度,的代谢调节(酶活性和酶量,代谢物浓度,区室化)区室化)激素水平激素水平的代谢调节(内分泌细胞的代谢调节(内分泌细胞激素激素细胞细胞内代谢)内代谢)神经水平(整体水平)神经水平(整体水平)的代谢调节(中枢神经的代谢调节(中枢神经神经递质神经递质效应器效应器激素分泌激素分泌细胞内代谢)细胞内代谢)第18页,讲稿共69张,创作于星期二(一)酶在细胞内隔离分布(区室化)(一)酶在细胞内隔离分布(区室化)各代谢途径的有关酶类,常组成各代谢途径的有关酶类,常组成酶体
12、系酶体系,分布于,分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中,使不同的代谢细胞的某一区域或亚细胞结构中,使不同的代谢途径在细胞不同区域内进行。途径在细胞不同区域内进行。胞液:胞液:糖酵解、糖原合成与糖酵解、糖原合成与分解、糖异生、磷酸戊糖途分解、糖异生、磷酸戊糖途径、脂酸合成径、脂酸合成酶系酶系线粒体:线粒体:三羧酸循环、氧化磷三羧酸循环、氧化磷酸化、呼吸链、脂酸氧化酸化、呼吸链、脂酸氧化酶系酶系胞核:胞核:核酸合成核酸合成酶系酶系一、细胞水平的代谢调节一、细胞水平的代谢调节第19页,讲稿共69张,创作于星期二调节酶(关键酶、限速酶)的概念调节酶(关键酶、限速酶)的概念 一个代谢途径的速度和方向,常一
13、个代谢途径的速度和方向,常由一个或几个具有调节作用的关键酶由一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定。这些调节代谢的酶称的活性所决定。这些调节代谢的酶称调节酶调节酶(regulatory enzyme)或)或关键酶关键酶(key enzyme)第20页,讲稿共69张,创作于星期二1.所催化的反应速度最慢,故又称所催化的反应速度最慢,故又称限速酶限速酶;关键酶的特点关键酶的特点2.催化催化单向单向反应或反应或非平衡非平衡反应,故能决定反应,故能决定 整个代谢途径的整个代谢途径的方向方向;3.酶活性除受酶活性除受底物底物影响外,还受多种影响外,还受多种代代 谢物谢物或或效应剂效应剂的调节。的调节
14、。第21页,讲稿共69张,创作于星期二糖原分解糖原分解 磷酸化酶磷酸化酶糖原合成糖原合成 糖原合酶糖原合酶糖酵解糖酵解 己糖激酶,己糖激酶,PFK-1,丙酮酸激酶丙酮酸激酶糖有氧氧化糖有氧氧化 丙酮酸脱氢酶系,柠檬酸合酶,丙酮酸脱氢酶系,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶,酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系糖异生糖异生 丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激 酶酶,果糖果糖1,6-二磷酸酶二磷酸酶,葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶脂酸合成脂酸合成 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶胆固醇合成胆固醇合成 HMGCoA还原酶还原酶 某些重要代谢途径的关键酶某些重要代谢途径的
15、关键酶代谢途径代谢途径 关键酶关键酶第22页,讲稿共69张,创作于星期二变构调节变构调节共价共价(化学化学)修饰调节修饰调节代谢调节主要通过对关键酶代谢调节主要通过对关键酶活性活性的调节实现的调节实现快速调节快速调节(数秒数秒数分数分)迟缓调节迟缓调节(数小时数小时数天数天)酶量的调节酶量的调节酶蛋白的酶蛋白的合成合成酶蛋白的酶蛋白的降解降解酶活性调节酶活性调节第23页,讲稿共69张,创作于星期二(二二)关键酶的变构调节关键酶的变构调节1.变构调节变构调节(别构调节别构调节)allosteric regulation 小分子小分子物质物质与与酶酶蛋白分子活性中蛋白分子活性中心以外的部位心以外的
16、部位非共价键非共价键结合,使结合,使酶蛋酶蛋白构象白构象发生变化,从而增强或减弱酶发生变化,从而增强或减弱酶的活性。这种调节方式称的活性。这种调节方式称第24页,讲稿共69张,创作于星期二变构部位变构部位(别构部位别构部位)allosteric site 与变构效应剂结合的部位与变构效应剂结合的部位变构酶变构酶(别构酶别构酶)allosteric enzyme 被变构调节的酶被变构调节的酶变构效应剂变构效应剂 allosteric effector 使酶发生变构效应的物质使酶发生变构效应的物质第25页,讲稿共69张,创作于星期二2.变构调节的机制变构调节的机制催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基与
17、底物结合与底物结合起催化作用起催化作用与变构效应剂与变构效应剂非共价非共价结结合起调节作用合起调节作用变构效应剂的种类:变构效应剂的种类:底物,代谢终产物,代谢中间产物,其他底物,代谢终产物,代谢中间产物,其他小分子代谢物小分子代谢物第26页,讲稿共69张,创作于星期二酶活性的变构调节示意图酶活性的变构调节示意图变构剂变构剂酶酶底物底物活活性性中中心心变变构构中中心心变构抑制变构抑制第27页,讲稿共69张,创作于星期二ABCDEZ FG Z(-)(-)(-)(-)3.变构调节的生理意义变构调节的生理意义:反馈调节反馈调节 feedbackABCDE Y 第28页,讲稿共69张,创作于星期二糖酵
18、解糖酵解 己糖激酶己糖激酶 AMP,ADP,FDP,Pi G-6-P,ATP PFK-1 FDP 柠檬酸柠檬酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 ATP,乙酰乙酰CoA TAC 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 AMP ATP,长链脂酰长链脂酰CoA 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 AMP,ADP ATP 糖异生糖异生 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 乙酰乙酰CoA,ATP AMP糖原分解糖原分解 磷酸化酶磷酸化酶b AMP,G-1-P,Pi ATP,G-6-P脂酸合成脂酸合成 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶 柠檬酸柠檬酸,异柠檬酸异柠檬酸 长链脂酰长链脂酰CoA 氨基酸代谢氨基酸代谢 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 ADP,亮氨酸亮
19、氨酸,蛋氨酸蛋氨酸 GTP,ATP,NADH嘌呤合成嘌呤合成 Gln-PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶 AMP,GMP嘧啶合成嘧啶合成 Asp转甲酰酶转甲酰酶 CTP,UTP核酸合成核酸合成 脱氧胸苷激酶脱氧胸苷激酶 dCTP,dATP dTTP 一些代谢途径中的变构酶及其变构剂一些代谢途径中的变构酶及其变构剂(了解了解)代谢途径代谢途径 变构酶变构酶 变构激活剂变构激活剂 变构抑制剂变构抑制剂第29页,讲稿共69张,创作于星期二(三)酶的共价修饰调节(三)酶的共价修饰调节1.概念概念 一种一种酶酶在在另一种另一种酶酶的催化下的催化下,通,通过过共价键共价键的断裂与生成,的断裂与生成,结合或移去结
20、合或移去某基团某基团,使酶,使酶活性活性改变,这种调节称改变,这种调节称酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节 covalent modification regulation 或化学修饰调节或化学修饰调节 chemical modification regulation第30页,讲稿共69张,创作于星期二属快速调节,包括属快速调节,包括:(三)酶的共价修饰调节(三)酶的共价修饰调节磷酸化磷酸化/脱(去)磷酸化脱(去)磷酸化(最常见最常见)乙酰化乙酰化/脱乙酰化脱乙酰化甲基化甲基化/去甲基化去甲基化腺苷化与脱腺苷腺苷化与脱腺苷SH/-S-S-第31页,讲稿共69张,创作于星期二酶的磷酸化与脱磷酸化酶
21、的磷酸化与脱磷酸化酶蛋白酶蛋白磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶PiH 2O蛋白激酶蛋白激酶ATPADPMg2+酶蛋白酶蛋白ThrSerTyrOHThrSerTyrO-PO32-第32页,讲稿共69张,创作于星期二Nobel奖网址(奖网址(1901-2002)http:/www.nobel.se/medicine/laureates/index.html第33页,讲稿共69张,创作于星期二The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1992for their discoveries concerning reversible protein phosphoryla
22、tion as a biological regulatory mechanismEdmond H.Fischer Edwin G.Krebs 1920-1918-University of Washington,Seattle,WA,USA 第34页,讲稿共69张,创作于星期二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 糖原糖原合合酶酶 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 磷酸化磷酸
23、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HMGCoA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HMGCoA还原酶激酶还原酶激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸 激活激活/抑制抑制乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶 磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸 抑制抑制/激活激活甘油三酯脂肪酶甘油三酯脂肪酶 磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸 激活激活/抑制抑制黄嘌呤氧化脱氢酶黄嘌呤氧化脱氢酶 SH/-S-S-脱氢酶脱氢酶/氧化酶氧化酶酶酶 化学修饰类型化学修饰类型 酶活性改变酶活性改变 表表10-5 酶促化学修饰对酶活性的调节酶促化学修饰对酶活性的
24、调节第35页,讲稿共69张,创作于星期二2.酶促化学修饰的特点酶促化学修饰的特点(1)化学修饰酶一般都化学修饰酶一般都具有具有无活性(低活性)无活性(低活性)和和有活性有活性(高活性)(高活性)两种形式,它们之间在两种形式,它们之间在不同的酶不同的酶催化下催化下可相互转变。酶受激素的调节。可相互转变。酶受激素的调节。(可控)(可控)(2)化学修饰由酶催化引起共价键的变化,酶促反应化学修饰由酶催化引起共价键的变化,酶促反应具有具有级联放大效应级联放大效应。(效率高)(效率高)(3)磷酸化与脱磷酸是最常见的。磷酸化与脱磷酸是最常见的。(经济有效经济有效)(4)许多化学修饰酶也同时受到变构调节,酶的
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