磷酸果糖激酶生物化学与分子生物学教研室ppt课件.ppt

概念 部位 代谢途径关键酶 及催化的反应代谢调节,代谢章节:,糖 代 谢 概 况,葡萄糖,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,淀粉,磷酸戊糖途径,糖原合成,肝糖原分解,消化与吸收,糖异生,第九章,房娜生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 教研室,物质代谢的联系与调节Metabolic Interrelationships and Regulation,1.物质代谢的特点2.物质代谢的相互联系在能量代谢上的相互联系糖、脂和蛋白质之间的相互联系3.组织、器官的代谢特点及联系4.代谢调节细胞水平的代谢调节激素水平的代谢调节整体水平的代谢调节,主要内容,代谢的基本要略,代谢的基本要略在于形成ATP、还原力和构造单元以用于生物合成。由ATP、还原力和构造单元可合成各类生物分子，并进而装配成生物不同层次的结构。生物合成和生物形态建成是一个耗能和增加有序结构的过程，需要由物质流、能量流和信息流来支持。,第 一 节,物质代谢的特点The Specialty of Metabolism,整体性代谢调节具有组织器官特异性具有各自共有的代谢池（动态平衡）ATP是机体能量利用的共同形式NADPH是合成代谢所需的还原当量,一、整体性,各种物质代谢之间互有联系，相互依存。,二、代谢调节,机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度,内外环境不断变化,影响机体代谢,适应环境的变化,三、具有组织器官特异性,结构不同,酶系的种类、含量不同,不同的组织、器官,代谢途径不同、功能各异,血糖,例如,四、具有各自共有的代谢池,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,脱氨基作用,营养非必需AA,糖、脂,合成,目 录,胆固醇,体内合成（乙酰CoA）,食物,雄激素,孕酮、雌激素,肾上腺皮质激素,排出体外,胆汁酸,胆盐,7-脱氢胆固醇,Vit D3,肝,睾丸,卵巢,肾上腺 皮质,随胆汁经过肠道,皮肤,五、ATP是机体能量利用的共同形式,营养物分 解,生物系统中的能流,六、NADPH是合成代谢所需的还原当量,例如,乙酰CoA,NADPH+H+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,第 二 节,物质代谢的相互联系Metabolic Interrelationships,在能量代谢上的相互联系糖、脂和蛋白质之间的相互联系,一、在能量代谢上的相互联系,三大营养素可在体内氧化供能。,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递（氧化）,蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,生物氧化的三个阶段,NADPH,从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。,例如,（一）,（一）,饥饿时,肝糖原分解，肌糖原分解,肝糖异生，蛋白质分解,以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低,1 2 天,3 4 周,一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。,（一）糖代谢与脂代谢的相互联系,1.摄入的糖量超过能量消耗时,二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系,2.脂肪的甘油部分能在体内转变为糖,3.脂肪的分解代谢受糖代谢的影响,饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时,脂肪代谢和糖代谢的关系,延胡索酸,琥珀酸,苹果酸,草酰乙酸,3-磷酸甘油,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸,植物或微生物,（二）糖与氨基酸代谢的相互联系,例如,丙氨酸,丙酮酸,脱氨基,糖异生,葡萄糖,1.大部分氨基酸（除leu,lys外）脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。,2.糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸,糖,丙酮酸,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,-酮戊二酸,1.蛋白质可以转变为脂肪,2.氨基酸可作为合成磷脂的原料,（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系,H2NCH2COOH,N5,N10-四烯基四氢叶酸,甘氨酸,胆胺与胆碱的合成,甘油二酯合成途径,但不能说，脂类可转变为氨基酸。,3.脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸,（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系,1.氨基酸是体内合成核酸的重要原料,2.磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供,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,各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸。ATP是能量的“通货”UTP参与多糖的合成 CTP参与磷脂合成 GTP参与蛋白质合成,3.核酸与蛋白质、糖、脂的关系,糖原,食物糖,葡糖-6-磷酸,酵解 中间物,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,CO2,乳酸,CO2,脂肪酸,食物脂肪,甘油,储存脂肪,辅酶H2,甘油,氨基酸,NH3,CO2,ATP,尿素,组织蛋白质,食物蛋白质,三羧酸循环乙醛酸循环,磷酸戊糖途径,辅酶H2,呼吸链,磷酸戊糖,ATP,ADP,ATP,甲酸CO2NH3,核酸,H2O,生糖,辅酶H2,氨基酸,没有孤立的代谢生化反应，所有都是生化反应网络中的节点。,第三节,组织、器官的代谢特点及联系,Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus,肝,对维持血糖恒定起重要作用,糖类,以有氧氧化途径为主,心,脑,合成并储存糖原；肌糖原分解不能提供葡萄糖；,通常以脂酸氧化为主要供能方式；剧烈运动时，以糖酵解为主。,肌肉,能量主要来自糖酵解,红细胞,脂肪组织,肾,也可进行糖异生和生成酮体；肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。,第四 节,代 谢 调 节The Regulation of Metabolism,代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。,单细胞生物,生物体内的代谢不是孤立，各行其是进行的，即相互联系转化，协调一致，又互相限制与制约。体内代谢能保持这种动态的平衡，应归功于它的精确的调节机构。,高等生物 三级水平代谢调节,细胞水平代谢调节-通过对细胞内酶的调节来实现。,-协调不同细胞、组织与器官之间的代谢。,-在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网络。,一、细胞水平的代谢调节,细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。细胞内酶呈隔离分布。代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key enzyme)的活性决定。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,（一）细胞内酶的隔离分布(Compartmentation),代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域。,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,酶的隔离分布的意义,可避免代谢途径之间相互干扰。有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节。区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。,速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶(limiting velocity enzymes)。,催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。,这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。,关键酶催化的反应具有以下特点：,某些重要代谢途径的关键酶,快速代谢,迟缓代谢,代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,1.变构调节的概念,小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。,（二）关键酶的变构调节,使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allosteric effector),被调节的酶称为变构酶或别构酶(allosteric enzyme),变构激活剂allosteric effector引起酶活性增加的变构效应剂。变构抑制剂allosteric effector 引起酶活性降低的变构效应剂。,一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂,变构效应剂+酶的调节亚基,非共价键结合,2.变构调节的机制,变构酶：包括催化亚基、调节亚基,变构效应剂：底物、终产物和其他小分子代谢物,蛋白激酶A的变构调节,3.变构调节的生理意义,代谢终产物反馈抑制(feedback inhibition)反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。,变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,（三）酶的化学修饰调节,1.化学修饰的概念,酶蛋白肽链上某些残基，在酶的催化下发生可逆的共价修饰(covalent modification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。,2.化学修饰的主要方式,磷酸化-去磷酸 乙酰化-脱乙酰甲基化-去甲基 腺苷化-脱腺苷SH 与SS互变,酶的磷酸化与脱磷酸化,3.化学修饰的特点,酶蛋白有两种状态,发生共价键改变,在不同酶的作用下,可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控具有放大效应，效率较变构调节高。磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。,【例如】肌肉中磷酸化酶b经AMP变构激活后，易接受蛋白激酶催化，生成磷酸化酶a-P；不易受磷酸酶作用脱去P，使磷酸化酶a-P稳定性。,PDH(active),ATP,ADP,Pi,蛋白磷酸化酶Protein phosphatase,(inactive),PDH,胰岛素Insulin,蛋白激酶Protein kinase,+,+,丙酮酸Pyruvate,_,乙酰CoANADH+H+ATP,NAD+ADP,_,乙酰CoAAcetyl CoA,NAD+HSCoA,NADH+H+CO2,丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）,化学修饰与别构调节的异同点:,共同点：均通过影响酶的结构，转而影响酶的活性。,不同点：,（四）酶量的调节,1.酶蛋白合成的诱导与阻遏,加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer),减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor),常见的诱导或阻遏方式：,底物对酶合成的诱导和阻遏,产物对酶合成的阻遏,激素对酶合成的诱导,药物对酶合成的诱导,底物的诱导作用：受酶催化的作用物，可以诱导该酶的合成。,产物的阻遏作用：终产物反馈阻遏代谢中的关键酶的合成。,药物的诱导作用：,无分解乳糖的酶,【例2】肝脏：2乙酰CoA乙酰乙酰CoA,HMG CoA还原酶,胆固醇,激素对酶合成的诱导,2.酶蛋白降解,通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。,内、外环境改变,激素作用机制,二、激素水平的代谢调节,组织特异性、效应特异性,激素分类,膜受体激素 胞内受体激素,按激素受体在细胞的部位不同，分为：,激素作用方式,1.膜受体激素的作用方式,2.胞内受体激素的作用方式,膜受体激素的作用方式,胞内受体激素的作用方式,类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生理过程,激素反应元件(hormone response element,HRE),*X代表任一核苷酸,不同的激素受体复合物结合于不同的激素反应元件,中枢神经,神经递质,激素,受体,酶,激活or诱导,抑制or阻遏,S P,三、整体水平的代谢调节,（一）饥饿,糖原消耗,血糖趋于降低,胰岛素分泌减少胰高血糖素分泌增加,引起一系列的代谢变化,1.短期饥饿（13天）,（1）蛋白质代谢变化,分解加强，氨基酸异生成糖,（2）糖代谢变化,糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低,（3）脂代谢变化,脂肪动员加强，酮体生成增多,2.长期饥饿,（1）蛋白质代谢变化,蛋白质分解减少，氮负平衡有所改善,（2）糖代谢变化,肾糖异生作用明显增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸,（3）脂代谢变化,脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加,（二）应 激,1.概念,应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的“紧张状态”。,2.机体整体反应,交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素、生长激素增加，胰岛素分泌减少,3.代谢改变,（1）血糖升高,（2）脂肪动员增强,（3）蛋白质分解加强,应激是机体对强烈刺激所产生的非特异性的防御反应，应激时糖、脂、蛋白质代谢的特点：分解代谢增强，合成代谢受抑制。,代谢综合征(Metabolic Syndrome,MS)：以肥胖、高血压、糖代谢及血脂异常等为主要临床表现的症候群。表现为心脑血管病的多种代谢危险因素在同一个体内集结的状态。而超重和肥胖在MS发生、发展中起着决定性的作用。,（三）肥胖是多种因素引起的进食行为和能量代谢调节的紊乱,高脂血症,冠心病,糖尿病,脂肪肝,胆石症,痛 风,阻塞性睡眠呼吸暂停综合症,肥胖,减 肥,茶、含片、饼干、纤维膳,药,健美腹带健瘦鞋、紧身衣,泻药、膏药、康丽亭,闻,香味笔,手术抽吸,吃,二十一世纪?,穿,“享瘦”健 康,“轻松”生 化,体质性肥胖：青少年期多见的肥胖，主要由于脂肪细胞数量增加所致。获得性肥胖：成人因营养过剩引起的肥胖，主要由于脂肪细胞体积增加，也有数量增加。,1肥胖者增加脂肪储存有不同类型,单纯性肥胖,继发性肥胖症,某些神经、内分泌疾病引起。,肥胖诊断常用标准是体重指数（body mass index,BMI,BMI=体重(kg)/身高2(m2)。如体重超过标准体重的20%，或体重指数30即为肥胖。,2正常食欲、进食和能量消耗的平衡受到神经、内分泌系统复杂调节,短期进食调节激素主要包括生长激素释放肽(ghrelin)和胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)。,参与食欲、进食长期调节的激素包括胰岛素和瘦蛋白（leptin）。,高胰岛素血症是肥胖的重要特征，也是促进肥胖形成的重要因素。肥胖者常可表现胰岛素抵抗和高胰岛素血症。肥胖者糖代谢表现异常。肥胖者也存在脂代谢异常。,3肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱,代谢组学(metabonomics)是对某一生物或细胞所有低相对分子质量代谢产物进行定性和定量分析，检测活细胞中代谢变化的研究领域。,四、代谢组学是对小分子代谢物集合的整体水平研究,（一）代谢组学检测某一生物或细胞所有低相对分子质量代谢产物,代谢物组学研究有样品预处理、数据采集和数据分析解释三个阶段，以高通量的检测实验和大规模的计算为特征。核磁共振技术有极大优势，1H-核磁共振(1H-NMR)最为常用 可得到代谢物成分指纹图谱。在模式识别方法中，主成分分析法(principal component analysis，PCA)最为常用、有效。,（二）代谢物组学研究需要高通量定量检测技术和大规模的计算,用于药物的作用机制的研究 广泛用于候选药物的毒性评价，大大提高了安全性评价的技术分析水平。发现疾病相关的有价值的代谢物特征模式和生物标志物，用于疾病的诊断。,（三）代谢物组学在新药发现开发和疾病诊断方面有巨大应用潜力,1.（）是各类物质代谢的共同途径，也是各类物质转化的中心枢纽。2.生物体内，各类物质的代谢在三种不同水平上进行即（）、（）和（）。,一、判断题,二、填空题,1.关于酶的化学修饰叙述错误的是：（）A.酶以有活性（高活性）和无活性（低活性）两种形式存在。B.变构调节是快速调节，化学修饰不是快速调节。C.两种形式的转变由酶催化。D.两种形式的转变有共价变化。E.有放大效应。,三、选择题,2、关于酶的化学修饰叙述错误的是：（）A、酶以有活性（高活性）和无活性（低活性）两种形式存在B、变构调节是快速调节，化学修饰不是快速调节C、两种形式的转变由酶催化D、两种形式的转变有共价变化E、有放大效应,B,B,3、酶化学修饰调节的主要方式为：（）A、甲基化与去甲基 B、乙酰化与去乙酰基C、磷酸化与去磷酸 D、聚合与解聚E、酶蛋白的合成与降解,5、下面哪一项代谢是在细胞质内进行的：（）A、脂肪酸的-氧化 B、氧化磷酸化C、脂肪酸的合成 D、TCA循环,4.下列与能量代谢有关的途径不在线粒体内进行的是：（）A.三羧酸循环 B.脂肪酸氧化C.氧化磷酸化 D.糖酵解作用,C,C,D,6、对变构调节的叙述错误的是（）A、变构调节可以使细胞内的代谢速度与细胞的功能统一起来B、变构调节使代谢物的生成速度与细胞需要协同一致C、变构调节通过酶促反应使活性有巨大改变，既节约又迅速敏感D、变构调节使细胞内各种代谢物既不过剩又不短缺，可以更经济更有效的利用各种代谢物,7、关于酶的化学修饰错误的是：（）A、一般都有活性和非活性两种形式B、活性和非活性两种形式在不同酶催化下可以互变C、催化互变的酶受激素等因素的控制D、一般不消耗能量E、化学修饰的方式多是肽链的磷酸化和脱磷酸,C,D,8.关于糖、脂、氨基酸代谢错误的是（）A、乙酰CoA是糖、脂、氨基酸分解代谢共同的中间代谢物。B、三羧酸循环是糖、脂、氨基酸分解代谢的最终途径。C、当摄入糖量超过体内消耗时，多余的糖可转变为脂肪。D、当摄入大量脂类物质时，脂类可大量异生为糖。E、糖、脂不能转变为蛋白质。,9、下列关于糖、脂代谢的叙述那一项是错误的（）A、糖分解产生的乙酰CoA可作为脂肪酸合成的原料B、脂肪酸合成所需的NADPH主要来自磷酸戊糖途径C、甘油可以生成糖D、脂肪酸分解产生的乙酰CoA可经三羧酸循环异生成糖E、脂肪分解代谢顺利进行有赖于糖代谢的顺利进行,D,D,Thank you!,（三）肥胖,1.肥胖者增加脂肪储存有不同类型 代谢综合症 判定肥胖的方式 体重 身体质量指数（BMI）腰围：男90cm 女85cm,2.正常食欲、进食和能量消耗的平衡受到神经、内分泌系统的复杂调节 短期调节激素 生长激素释放肽 胆囊收缩素 长期调节激素 胰岛素 瘦蛋白,3.肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱 高胰岛素血症 胰岛素抵抗,四、代谢组学,1.代谢组学定量分析某一生物或细胞所有相对低分子质量代谢产物2.代谢组学研究需要高通量定量检测技术和大规模的计算3.代谢组学在疾病诊断和新药开发等方面具有应用潜力,