代谢调节医学知识讲座课件.ppt

代谢调节医学知识讲座,代谢调节医学知识讲座,教学内容1、三大营养素代谢间相互关系。2、细胞水平的调节 （1）代谢途径的定位分布 （2）调节方式：酶的结构调节（别构调节，化学修饰调节）;酶的数量调节,教学内容,3、激素水平的调节 （1）通过质膜受体的调节：腺苷酸环化酶系；磷脂酰肌醇系 （2）通过细胞内受体的调节,3、激素水平的调节,1、细胞水平的调节 通过细胞内代谢物浓度的变化，改变酶的结构和酶量，从而影响酶的活性而调节某些酶促反应的速度。,1、细胞水平的调节,2、激素水平的调节通过内分泌组织所产生的激素改变其靶细胞中酶的基因表达和结构，从而影响酶的活性而调节代谢途径或方向。,2、激素水平的调节,3、神经-体液调节在中枢神经系统的支配下，可通过神经递质直接影响效应器，还可通过影响激素的分泌，协调各种激素的作用以及整体代谢进行综合调节。重点：细胞及激素水平的调节,3、神经-体液调节,第一节 物质代谢间相互联系,第一节 物质代谢间相互联系,1、在生物体内糖、脂类和蛋白质可以互相转变，也可共用同一段代谢途径。如三大营养物质都可进入三羧酸循环彻底氧化。,1、在生物体内糖、脂类和蛋白质可以互相转变，也可共用同一段代,2、三大营养素的代谢间的相互联系，并不能理解为可以任意相互转变，互可替代。如：脂肪酸不可能转变为糖。 脂肪酸不能转变成非必须氨基酸。 糖和脂类也不能合成非必须氨基酸。,2、三大营养素的代谢间的相互联系，并不能理解为可以任意相互转,3、一些代谢途经只能在部分细胞与组织器官中进行。如糖异生、酮体生成和尿素生成途径主要只在肝细胞中进行。脑细胞主要利用葡萄糖作为供能物质，只在饥饿时可部分利用酮体。,3、一些代谢途经只能在部分细胞与组织器官中进行。,第二节 细胞水平的调节一、细胞水平调节的物质基础二、酶结构的调节变构调节化学修饰调节三、酶含量的调节,第二节 细胞水平的调节,一 代谢途径的定位分布,1 各代谢途径的酶在细胞内呈区域化的分布每个代谢途径是由相互关联的一系列酶催化，称为多酶体系。在每条代谢途径中，每个多酶体系分布于特定的亚细胞部位。细胞内有广泛的膜系统将其分成许多区域，形成各种细胞器，如内质网，线粒体，溶酶体。,一 代谢途径的定位分布1 各代谢途径的酶在细胞内呈区域化,酶定位的区域化,线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化,细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;,细胞核:核酸合成,内质网:蛋白质合成;磷脂合成,酶定位的区域化线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸,代谢调节医学知识讲座课件,2 调节各代谢途径的代谢速度主要通过调节其关键酶的活性。关键酶：指所催化该代谢途径中速度最慢的反应，即限速反应的酶。,2 调节各代谢途径的代谢速度主要通过调节其关键酶的活性。,例：糖代谢的关键酶,例：糖代谢的关键酶,关键酶特点：1）通常是一个代谢途径的前几个步骤中的某一个反应或是代谢分支后的第一步反应。2）催化的反应速度在该途径中最慢。3）催化的反应常是不可逆反应，因此关键酶的活性除可决定代谢速度外还可决定代谢的方向。4）关键酶的活性可受多种因素的调节,关键酶特点：,二 调节的方式细胞水平的调节主要有快速和缓慢两种方式。快速调节：通过酶分子的结构的改变，从而改变酶的活性。一般在数秒或数分钟内发生。缓慢调节：通过酶分子的合成或降解，从而影响酶的活性。一般须经数小时才发挥效应。,二 调节的方式,（一）酶的结构调节,1 变构调节,脂酰CoA,（一）酶的结构调节1 变构调节乙酰CoA 乙酰CoA,变构调节：某些物质能与酶分子上的非催化部位特异的结合，使酶蛋白分子构象发生改变，从而改变酶的活性。变构酶：具有变构调节作用的称为变构酶。变构剂：凡是能使酶分子发生变构作用的物质称为变构剂。,变构调节：某些物质能与酶分子上的非催化部位特异的结合，使酶蛋,变构激活剂：变构后引起酶活性增高者，称为变构激活剂。变构抑制剂：别构后引起酶活性下降者，称为变构抑制剂。,变构激活剂：变构后引起酶活性增高者，称为变构激活剂。,（ 2 ）变构调节的机制,变构酶,催化亚基：与底物结合，催化作用,调节亚基：与变构剂结合，使酶蛋白的催化亚基和调节亚基的结合疏松或紧密，解聚或聚合，从而影响催化亚基的催化能力。,（ 2 ）变构调节的机制变构酶催化亚基：与底物结合，催化作用,C,C,R,R,1,6二磷酸果糖ATP,C,C,R,R,（无活性） （有活性）,磷酸果糖激酶的变构调节模式图FDP：变构激活剂ATP：变构抑制剂,CCRR1,6二磷酸果糖CCRR（无活性）,别构调节的生理意义：防止代谢终产物堆积,脂酰CoA,别构调节是细胞内代谢调节的最主要的快速调节方式。,脂酰CoA,别构调节的生理意义：乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶丙二酰,代谢物得到合理调配和有效利用,代谢物得到合理调配和有效利用,改变代谢的方向,体内葡萄糖缺乏时脂肪动员加强,乙酰CoA,丙酮酸羧化酶,+,丙酮酸脱氢酶,糖异生,葡萄糖氧化分解,改变代谢的方向体内葡萄糖缺乏时乙酰CoA丙酮酸羧化酶+丙,小结：能量代谢旺盛时所生成的代谢物（如ATP,NADH,乙酰CoA,柠檬酸等）常可作为别构抑制剂抑制糖氧化分解代谢中的不同的关键酶。能量代谢低下时所生成的代谢物（如ADP,AMP,NAD+等)常作为别构激活剂以激活上述的别构酶,促进糖的氧化分解代谢。,小结：,ATP/ADP比值升高，糖氧化分解释放能量的速度降低，生成ATP就少，而糖原合成、糖异生等反应加强，以利于机体储存能量。ATP/ADP比值降低时，则糖氧化分解加强，而糖原合成，糖异生作用减弱。通过这种正负调控以协调体内ATP的生成量。,ATP/ADP比值升高，糖氧化分解释放能量的速度降低，生成,酶的磷酸化与脱磷酸化,2 酶的化学修饰调节,酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶,（1）定义：酶蛋白肽链上某些残基在另一种酶的催化下，共价地结合或脱去某些化学基团，从而引起酶活性改变的过程。,（1）定义：酶蛋白肽链上某些残基在另一种酶的催化下，共价地结,归纳：化学修饰包括：磷酸化与脱磷酸化，乙酰化与脱乙酰化，甲基化与脱甲基化，腺苷化与脱腺苷化，-SH与-S-S-互变等。其中以磷酸化与脱磷酸化在代谢调节中最为重要和常见。,归纳：,酶磷酸化修饰后活性的改变：有的酶在磷酸化修饰后活性增高，而另一些酶在磷酸化后活性受抑制。如糖原磷酸化酶磷酸化激活，脱磷酸化抑制。糖原合成酶磷酸化抑制，脱磷酸化激活。,酶磷酸化修饰后活性的改变：有的酶在磷酸化修饰后活性增高，而,（3）酶的化学修饰的特点：绝大多数可受化学修饰的酶都有无活性（或低活性）与有活性(或高活性）两种形式。,2ATP 磷酸化酶b激酶磷酸化酶a磷酸酶 2H2O,磷酸化酶b 磷酸化酶a（无活性） （高活性）,糖原磷酸化酶调节模式图,P,（3）酶的化学修饰的特点： 2ATP 磷酸化酶b,酶的化学修饰过程是级联反应。第一个酶被修饰后，依次又促进在下一环节酶的化学修饰，如此一连串酶相继激活，导致逐级放大的效应。,酶的化学修饰过程是级联反应。第一个酶被修饰后，依次又促进在,（4）别构调节与酶的化学修饰的不同点,（4）别构调节与酶的化学修饰的不同点,总结：酶的结构调节包括：别构调节与酶的化学修饰。对于一个具体的酶来说，它可以同时受上述两种调节方式的调节。如：糖原磷酸化酶b可受AMP、磷酸的变构激活及ATP、6-磷酸葡萄糖的变构抑制，又可受化学修饰调节。其磷酸化时为活化状态，脱磷酸化后活性受抑制。,总结：酶的结构调节包括：别构调节与酶的化学修饰。,细胞内同一个酶受这两种方式双重调节的意义可能在于：别构调节是细胞的基本调控机制，对于维持代谢物和能量的有效利用是很重要的；但当别构调节剂浓度很低不足以与全部酶分子的调节亚基（或部位）结合时，借少量激素的释放即可通过一系列的化学修饰反应，引起有关酶的活性的迅速变化和相应的生理效应,细胞内同一个酶受这两种方式双重调节的意义可能在于：别构调节,（二）酶的数量调节：酶的数量调节是通过改变酶的合成或降解速度以控制酶在细胞内的含量，从而影响代谢速度。1、酶蛋白合成的诱导和抑制诱导剂：凡能增加酶合成的化合物称诱导剂。阻遏物：减少酶合成的化合物称阻遏物。,（二）酶的数量调节：酶的数量调节是通过改变酶的合成或降解速度,（1）诱导剂诱导酶的合成机制酶的底物，代谢产物，激素或药物等都能影响酶的合成。如喝酒的人诱导分解乙醇的酶产生，经常使用青霉素的人诱导分解青霉素的酶产生。,（1）诱导剂诱导酶的合成机制,诱导酶产生的实质：即酶蛋白的合成，它受遗传信息DNA分子中基因的控制,诱导酶产生的实质：即酶蛋白的合成，它受遗传信息DNA分子中基,代谢调节医学知识讲座课件,结构基因处于关闭状态：是因为调节基因产生的阻遏蛋白，紧密结合在操纵基因上，则附着在启动基因上的RNA聚合酶不能移动到结构基因处。以至结构基因Z,Y,A不能转录出相应的mRNA,就不能合成与乳糖代谢相关的酶。,结构基因处于关闭状态：是因为调节基因产生的阻遏蛋白，紧密结,结构基因开放：在诱导剂（乳糖）存在下，诱导剂与阻遏蛋白结合（改变阻遏蛋白的构象），使其不能与操纵基因结合，则RNA聚合酶能顺利地从启动基因向结构基因移动而开始转录，转录和翻译出上述三种酶。,结构基因开放：在诱导剂（乳糖）存在下，诱导剂与阻遏蛋白结合,（2）阻遏物阻遏酶合成的机制,（2）阻遏物阻遏酶合成的机制,机制：阻遏蛋白无活性状态时，结构基因处于开放状态。辅阻遏物-阻遏蛋白复合物的形成，使无活性的阻遏蛋白活化，封闭结构基因。,2 酶分子降解的调节改变酶分子的降解速度，也可调节细胞内酶的含量，从而影响代谢速度。,机制：阻遏蛋白无活性状态时，结构基因处于开放状态。2 酶分,第二节 激 素 水 平 的 代 谢 调 节一 概述二 膜受体介导的信息传递途径三 胞内受体介导的信息传递途径,第二节 激 素 水 平 的 代 谢 调 节一 概述,一 概述（一）激素按化学本质大致可分为四类（1）由氨基酸组成的小分子物质。如肾上腺素，甲状腺素等（2）多肽或蛋白质：如加压素、胰岛素及许多生长因子等。（3）类固醇：如肾上腺皮质素，性激素（4）花生酸类：如前列腺素等,一 概述,（二）激素作用的特点：具有较高的组织特异性和效应性。由于靶细胞内具有能和激素特异结合的物质，称为激素受体。具有激素受体细胞是靶细胞。,（二）激素作用的特点：,激素信息传递入细胞内的过程细胞分泌一定的激素激素与细胞上的特异受体结合靶细胞上有复杂的信号传递过程激素与受体结合启动这个过程，最终表现出对细胞的调节作用,激素信息传递入细胞内的过程,（三）激素的分类根据激素受体的定位，可将激素分为两大类1.膜受体激素：受体在细胞膜上化学本质多为蛋白质、多肽和儿茶酚胺。水溶性，不易透过质膜的脂质双层，故系透过质膜受体起作用。将激素信息（第一信使）转换为该细胞内的化学成分（第二信使），如cAMP,cGMP,肌醇三磷酸（IP3）等。通过第二信使的作用，调节代谢，产生多种生理效应。,（三）激素的分类,2、细胞内受体激素：受体在细胞内化学本质主要是类固醇激素，还包括甲状腺素。脂溶性，故能透过质膜脂双层而进入细胞内与特异性胞浆受体结合，结合后可使受体发生变构，形成活性复合物，后者进入细胞核，促进有关酶的基应表达。注意：这两种类型并不能绝然分开,2、细胞内受体激素：受体在细胞内,二 激素的调节（一）通过质膜受体的调节膜受体绝大多数是糖蛋白。分为胞外区，跨膜区，胞浆区。膜受体在与相应激素受体结合后，受体的构象变化，可使一类鸟苷酸结合蛋白（简称G蛋白)通过激活G蛋白再激活效应酶，如腺苷酸环化酶，磷脂酶C等。,包括cAMP-蛋白激酶途径，Ca+依赖性蛋白激酶途径,cGMP蛋白激酶途径，酪氨酸蛋白激酶途径。,二 激素的调节包括cAMP-蛋白激酶途径，Ca+依赖性蛋,1 cAMP蛋白激酶体系通过这一信息传递而发挥作用的激素有：多肽，蛋白质类及儿茶酚胺激素如肾上腺素，胰高血糖素，胰岛素，促肾上腺皮质素，促甲状腺素等。,激素 膜受体 G蛋白 AC cAMP PKA 关键酶或功能蛋白质磷酸化 生物效应,1 cAMP蛋白激酶体系激素 膜受体 G蛋白 AC,（1）鸟苷酸结合蛋白（G蛋白）可与GTP或 GDP结合。有有活性与无活性两种状态。有活性的G蛋白可激活腺苷酸环化酶,G-GDP无活性（抑制型）,G-GTP有活性（激动型）,（1）鸟苷酸结合蛋白（G蛋白）GDP GTPGDPP,代谢调节医学知识讲座课件,归纳：活性状态的G-GTP，激活腺苷酸环化酶，后者催化ATP变成cAMP。 G-GTP的寿命是短暂的，可以水解GTP为GDP与Pi，又成无活性的G-GDP，并返回与G 结合成完整的无活性的G蛋白 DP 另一类G蛋白对腺苷酸环化酶起抑制作用，称为抑制型G蛋白(Gi)。胰岛素等通过Gi抑制AC，使细胞内cAMP浓度下降。,归纳：活性状态的G-GTP，激活腺苷酸环化酶，后者催化A,(2)腺苷酸环化酶：催化ATP生成cAMP并释放焦磷酸,(2)腺苷酸环化酶：催化ATP生成cAMP并释放焦磷酸cAM,(3)cAMP对代谢的调节,细胞内的cAMP浓度主要由腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶的相对活性决定。,(3)cAMP对代谢的调节ATPcAMP5，-AMP腺苷酸环,A.激素对细胞内cAMP水平的影响使cAMP浓度增加的激素:如加压素，绒毛膜促性腺素，降钙素，甲状旁腺素，胰高血糖素，儿茶酚胺素等。使cAMP降解的激素:生长素抑制素和胰岛素等。,A.激素对细胞内cAMP水平的影响,B.cAMP的作用机制,B.cAMP的作用机制,激活蛋白激酶A(PKA) ：当细胞内cAMP水平增高时，它与蛋白激酶A的调节亚基结合，使酶发生变构，调节亚基即与催化亚基脱离，从而激活蛋白激酶A。蛋白激酶A被激活后，使某些功能蛋白质磷酸化以改变其功能，从而调节物质代谢。,激活蛋白激酶A(PKA) ：当细胞内cAMP水平增高时，它,代谢调节医学知识讲座课件,cAMP是第二信使，激素本身不进入细胞，通过cAMP浓度的改变将激素信息传至细胞内，这种处于承上启下作用的物质是第二信使。第二信使包括cAMP、cGMP、二脂酰甘油、三磷酸肌醇，其共同点是均为小分子化合物，通过浓度变化在细胞内传递信息物质的信号。,cAMP是第二信使，激素本身不进入细胞，通过cAMP浓度的,(5)肾上腺素调节血糖,229-13-5,(5)肾上腺素调节血糖229-13-5,总结：肾上腺素能使一系列酶蛋白磷酸化，促进糖原的分解，抑制糖元的合成。肾上腺素的调节经过四次放大，则调节效率可提高108倍,总结：,2.cGMP-蛋白激酶体系,激素受体鸟苷酸环化酶 cGMP蛋白激酶G 关键酶或功能蛋白质磷酸化 生物效应,2.cGMP-蛋白激酶体系激素受体鸟苷酸环化酶 cGM,（1）cGMP可由特异的鸟苷酸环化酶催化GTP而生成,经磷酸二酯酶分解成5-cGMP,（1）cGMP可由特异的鸟苷酸环化酶催化GTP而生成,经磷酸,(2)cGMP的生成也沿G蛋白途径,可激活蛋白激酶G，并通过后者去改变有关酶的活性以调节代谢。(3)cGMP引起的生物学效应常与cAMP相反，二者组成一对相互拮抗，相互制约而又协调的调控系统。,(2)cGMP的生成也沿G蛋白途径,可激活蛋白激酶G，并通过,3 Ca 2+依赖性蛋白激酶途径该途径的激素有：胃泌素，甲状腺素释放素，促性腺释放素，血管紧张素，加压素。所产生的生物学效应：胃主细胞的分泌组胺，血小板的聚集，平滑肌的收缩，糖原分解，感光受体的视觉传导等。,3 Ca 2+依赖性蛋白激酶途径,传导信息途径如下：,传导信息途径如下：磷脂酰肌醇（PI)磷脂酰肌醇二磷酸（PIP,归纳：激素与质膜上特异受体结合成激素-受体复合物，激活一类特异的G蛋白，激活质膜上的磷脂酶C。 PIP2 水解生成 IP3及DAG。 IP3及DAG作为第二信使则可分别促发不同的生物学效应。,归纳：,（1） IP3的作用可打开Ca2+的通道，导致内质网中的Ca2+释出，引起胞浆中的一些生物学效应，如平滑肌的收缩，糖原分解。（2）DAG的作用：激活蛋白激酶C，蛋白激酶C则可使相应的靶蛋白中的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化而激活或抑制之。,（1） IP3的作用,（3） Ca2+对代谢的调节作用 Ca2+也是一种第二信使 Ca2+对细胞的许多调节功能可通过与钙调蛋白（CaM)结合而实现CaM对钙具有高度专一性和亲合力。一分子钙调蛋白有四个可与钙结合的部位。钙调蛋白与钙结合后，构象变化，激活相应的酶或活性蛋白质，如Ca2+-CaM蛋白激酶、AC、磷酸二酯酶、磷酸化酶b激酶和丙酮酸激酶等。,（3） Ca2+对代谢的调节作用,二 通过细胞内受体的调节通过细胞内受体调节代谢的激素有：糖皮质激素，盐皮质激素，性激素，甲状腺激素,1,25-(OH)2-D3等,二 通过细胞内受体的调节,作用机制：,作用机制：,小结：此类激素与胞液中或细胞核内的特异的受体结合，形成有活性的激素受体复合物。与DNA上特殊的结合部位相结合，从而一定的基应获得表达，通过诱导酶蛋白的合成，产生该激素特有的生理效应。,小结：,谢谢！,谢谢！,