生物化学简明教程第16章物质代谢调控课件.ppt
,物质代谢调节,（1）整体性,各种物质代谢之间互有联系，相互依存,核酸,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,（2）代谢调节,（3）各组织、器官物质代谢各具特色,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,（4）各种代谢物均具有各自共同的代谢池,（5）ATP是机体能量利用的共同形式,营养物分 解,（6）NADPH是合成代谢所需的还原当量,乙酰CoA,NADPH+H+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,物质代谢的调节,代谢的调节是在3个不同水平上进行的分子水平的调节、细胞水平的调节、多细胞整体水平的调节分子水平和细胞水平的调节是最基本的调节方式，为动、植物和单细胞生物所共有。多细胞整体水平的调节是随着生物进化而发展起来的调节机制，各生物表现的各不相同,16.1 物质代谢的相互关系,糖代谢与脂肪代谢的相互关系糖代谢与蛋白质代谢的关系糖可以转变为非必需氨基酸，蛋白质可以转变为糖脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系核酸与其他物质代谢的相互关系,（1）糖代谢与脂代谢的相互联系,摄入的糖量超过能量消耗时,脂肪的甘油部分能在体内转变为糖,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,（2）糖与氨基酸代谢的相互联系,丙氨酸,丙酮酸,脱氨基,糖异生,葡萄糖,大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖,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,蛋白质可以转变为脂肪,氨基酸可作为合成磷脂的原料,（3）脂类与氨基酸代谢的相互联系,但不能说，脂类可转变为氨基酸。,脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸,（4）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系,氨基酸是体内合成核酸的重要原料,磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供,16.2 分子水平的调节,分子水平的调节即酶水平的调节酶水平的调节可以分成两大类：酶活性的调节和酶浓度的调节 酶活性的调节包括酶的别构效应和共价修饰两种方式，属于快速调节 酶浓度的调节则属于基因表达调节，属于慢速调节,16.2.1 酶活性的调节,以酶分子的结构为基础的，凡是导致酶结构改变的因素都可影响酶的活性，使酶的活性增高或降低，从而调节体内的代谢分为三个方面：反馈调节、别构调节作用、共价修饰调节作用,（1）反馈调节 前馈：底物浓度对关键酶的调节 常见正前馈作用底物浓度促进酶的活性；少见负前馈高浓度底物抑制酶活性作用。反馈：终产物浓度对关键酶的调节 常见负反馈作用产物浓度抑制酶的活性；少见正反馈高浓度终产物激活酶活性作用。,前馈和反馈是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别借用来说明底物和代谢产物对代谢过程调节作用。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的别构效应来实现的。,（2）别构调节 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。被调节的酶称为变构酶或别构酶，使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂 变构激活剂：引起酶活性增加的变构效应剂 变构抑制剂：引起酶活性降低的变构效应剂,变构调节的生理意义,（1）代谢终产物 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多,（2）变构调节使能量得以有效利用，不致浪费,（3）变构调节使不同的代谢途径相互协调,（3）可逆共价修饰 在其它酶催化下，酶分子通过共价键结合或脱去某些基团，引起酶活性改变的过程称为酶的共价修饰。这类酶称共价调节酶。目前已知有六种修饰方式：磷酸化/去磷酸化；乙酰化/去乙酰化；腺苷酰化/去腺苷酰化；尿苷酰化/去尿苷酰化；甲基化/去甲基化；氧化（S-S）/还原（2SH）。,酶的磷酸化与脱磷酸化,化学修饰的特点 酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。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,16.2.2 基因表达的调节,酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节原核生物基因表达调节 19601961年，J.Monod 和 F.Jacob 提出乳糖操纵子模型（lac operon model）（1）酶合成的诱导作用；（2）降解物的阻遏作用；（3）酶合成的阻遏作用真核生物基因表达的调控 多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。,原核生物基因表达调节（1）酶合成的诱导作用 酶合成的诱导作用某些物质（诱导物）能促进细胞内酶的合成 操纵子：原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位,a,y,z,o,p,i,结构基因,控制位点,调节基因,乳糖操纵子,CAP与cAMP形成复合物，结合在lac operon的启动基因上，促进转录的进行。,cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子,（2）降解物的阻遏作用,没有乳糖存在时,乳糖操纵子被阻遏蛋白封闭,有乳糖存在时,乳糖操纵子被诱导物开放,无葡萄糖，cAMP浓度高时,有葡萄糖，cAMP浓度低时,CAP,CAP结合位点,低半乳糖时,高半乳糖时,葡萄糖低cAMP浓度高,葡萄糖高cAMP浓度低,无转录,无转录,低水平转录,染色质活化,转录起始、延长、终止转录后加工,蛋白质翻译，翻译后加工修饰,转录起始调节是基因表达调控的主要环节,真核生物基因表达调节 真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节 转录水平调节 转录后加工的调节 翻译水平调节 翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控 顺式作用元件和反式作用因子 转录因子的相互作用控制转录,顺式作用元件：存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。反式作用因子：由某一基因表达后，通过与顺式作用元件相互作用反式激 活另一基因的转录。,原核生物中，大多数基因表达通过操纵子模型进行调控，其顺式作用元件主要由启动基因、操纵基因和调节基因组成 原核生物中的反式作用因子主要分为特异因子、激活蛋白和阻遏蛋白 真核生物中，与基因表达调控有关的顺式作用元件主要有启动子、增强子和沉默子 真核生物中的反式作用因子通常称为转录因子,16.3 细胞水平的调节,酶及反应区域化 真核生物各种细胞器由细胞膜分割区域化使酶催化的各种反应相对独立。代谢途径的有关酶常常组成酶体系，分布与细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同的代谢途径在不同的区域中进行。酶的隔离分布的意义，避免了各种代谢途径互相干扰,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,16.4 多细胞整体水平的调节,多细胞整体水平的调节是随着生物进化而发展起来的调节机制，植物出现了激素水平的调节，而动物不但有激素水平的调节，而且还出现了更加完善的神经水平的调节，但高级水平的神经和激素的调节仍然是以分子水平和细胞水平的原始调节为基础的。,16.4.1 激素水平的代谢调节,激素是生物体内特定细胞产生的的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质，它对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。激素调控往往是局部性的，作用于能识别激素信号被称为激素受体的特异物质。通常一种激素只作用于一定的细胞组织，不同的激素调节不同的物质代谢或生理过程。,激素作用机制,内、外环境改变,只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促共价修饰反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。,激素分类按生物种类，分为：动物激素：氨基酸及其衍生物、肽及蛋白质、固醇类、脂肪酸衍生物 植物激素：生长素、赤霉素类、激动素类、脱落酸、乙烯根据激素的化学结构和调控功能，分为：含氮激素：蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等 类固醇激素：大多数由性腺和肾上腺皮质分泌 脂肪酸衍生物激素：主要由生殖系统及其它组织分泌产生按激素受体在细胞的部位不同，分为：膜受体激素：氨基酸衍生物、蛋白质肽类激素 胞内受体激素：类固醇激素、甲状腺素,激素作用的特点 1、含量少；2、特异性强；3、亲和力高；4、与受体可逆结合；5、受体与激素的结合具有饱和性；6、激素类似物可与受体结合。,膜受体激素的作用方式,在细胞内传递信息的小分子化学物质称为第二信使：环核苷酸类：cAMP、cGMP 脂类衍生物：甘油二脂（DAG）、三磷酸肌醇（IP3）、N-脂酰鞘氨醇（Cer）无机物：Ca2+,当配体与受体结合后，往往引起细胞膜结构和功能的改变，导致细胞内某种化学物质的浓度改变，由此触发一系列的化学和生理变化。,胞内受体激素的作用方式,这些激素进入细胞以后，能与特异性受体结合形成活性复合物，然后作用于染色体DNA，调节基因表达，从而影响细胞的物质代谢和生理活动。,16.4.1 神经系统对代谢的调节,高等动物有完善的神经系统，神经系统不仅控制各种生理活动，也控制物质代谢神经系统对代谢的控制在很大程度上是通过激素而发挥其作用的神经对其所支配的器官组织的代谢也有直接影响，其机制可能是直接或间接影响了分子和细胞水平的调节机制,
