物质代谢调节.ppt
第十一章 物质代谢调节,生命存在三大要素,物质代谢能量代谢代谢调节,酶活性、酶含量,单细胞生物,细胞水平调节,高等生物,酶活性、酶含量,细胞水平调节,激素水平调节,整体水平调节,（神经体液调节）,三级水平调节,第一节 细胞水平调节,酶活性,酶含量,酶分布,酶分布：分隔又集中,催化不同代谢的酶分隔在不同亚细胞器。,催化同一代谢的酶集中在同一亚细胞器。,意义：利于各代谢顺利进行，避免相互干扰。,真核细胞内多酶体系或酶的分隔分布,亚细胞器 多酶体系与酶所催化的反应,细胞质 糖酵解、磷酸戊糖途径、糖原合成与分解、糖异生，脂肪酸合成、胆固醇、尿素线粒体 胆固醇、尿素、三羧酸循环、脂肪酸-氧化、呼吸链氧化磷酸化细胞核 DNA与RNA合成内质网 磷脂、胆固醇合成,代谢调节作用点,酶活性,限速酶：决定代谢反应的速度,关键酶：决定代谢途径的方向,催化活力最低，Km最大，催化反应速度最慢。,代谢途径的第一个酶，在催化可逆反应时，极度偏向一个方向。,一些重要代谢途径的限速酶,代谢途径 限速酶,糖原分解 磷酸化酶糖原合成 糖原合酶、己糖激酶与葡萄糖激酶 糖酵解 磷酸化酶、己糖激酶、6-磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶糖异生 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶 糖有氧氧化 丙酮酸脱氢酶系三羧酸循环-酮戊二酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶脂肪酸合成 乙酰辅酶A羧化酶 脂肪分解 甘油三酯脂肪酶酮体生成 HMG-CoA合酶胆固醇合成 HMG-CoA还原酶,乳 酸,Glc,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,Gn G-1-P,乙酰CoA,丙酮酸激酶,6-磷酸果糖激酶1,己糖激酶,丙酮酸脱氢酶系,乳酸脱氢酶,快速调节酶活性的调节,别构调节,化学修饰调节,1.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的轻微改变，从而引起酶活性的改变，这种调节称为酶的别构调节。,酶的别构调节,被调节的酶称为别构酶引起酶发生别构效应的物质，称为别构剂,别构激活剂 引起酶活性升高的别构剂。别构抑制剂 引起酶活性降低的别构剂。,一些重要代谢途径中的别构酶与别构调节剂,代谢途径 别构酶 别构激活剂 别构抑制剂,糖酵解 己糖激酶 AMP、ADP、FDP G-6-P 6-磷酸果糖激酶1 FDP、AMP 柠檬酸、ATP 丙酮酸激酶 ATP、乙酰CoA三羧酸循环 柠檬酸合酶 AMP、ADP ATP、长链脂肪酰CoA 异柠檬酸脱氢酶 AMP、ADP ATP糖异生 丙酮酸羧化酶 乙酰CoA、ATP AMP糖原分解 磷酸化酶 AMP、G-1-P ATP、G-6-P糖原合成 糖原合酶 G-6-P脂肪酸合成 乙酰辅酶A羧化酶 柠檬酸、异柠檬酸 长链脂肪酰CoA胆固醇合成 HMG-CoA还原酶 柠檬酸、异柠檬酸 胆固醇氨基酸分解代谢 谷氨酸脱氢酶 ADP、亮氨酸、甲硫氨酸 ATP、GTP、NADH嘧啶合成 天冬氨酸氨基甲酰基转移酶 GTP、UTP嘌呤合成 谷氨酰胺PRPP酰胺转移酶 AMP、GMP核酸合成 脱氧胸苷激酶 dCTP、dATP dTTP,2.机制,别构酶,催化亚基,调节亚基,别构剂：底物、终产物、ATP、ADP 其他生理小分子代谢物,别构剂+酶的调节亚基,疏松,亚基聚合,致密,亚基解聚,酶分子多聚化,别构酶的“”形曲线,别构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应,3.生理意义,代谢终产物反馈抑制反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。,胆固醇,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,ATP,AMP、ADP,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,己糖激酶,别构调节使机体维持在相对恒定的生理状态。,酶的化学修饰调节,1.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，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。,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,一些代谢途径中关键酶的化学修饰调节,关键酶 化学修饰类型 酶活力改变,(糖原)磷酸化酶 磷酸化/脱磷酸 激活/抑制磷酸化酶b激酶 磷酸化/脱磷酸 激活/抑制蛋白激酶A cAMP化/脱cAMP 激活/抑制糖原合酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活磷酸果糖激酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活HMG-CoA还原酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活乙酰辅酶A羧化酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活,磷酸化酶的共价化学修饰调节,无活性的磷酸化酶b,2H2O,2Pi,磷蛋白磷酸酶,2ATP,2ADP,磷酸化酶b激酶,2.机制,高活性的磷酸化酶a,3.生理意义与特点,化学修饰酶大多有无活性(或低活性)与有活性(或高活性)两种形式存在，其互变的可逆双向反应又由两个不同的酶来催化，且伴有共价键的变化。具有放大效应，效率较别构调节高。是体内酶活性较经济、高效率的调节方式，且受到激素调节的调控。,同一个酶可以同时受别构调节和化学修饰调节。,酶的别构调节与化学修饰调节比较,调节方式 调节物质 酶分子变化 举例 特点及生理意义,别构调节 别构剂可以是底物、别构剂通过非共价键与 果糖-1,6-不消耗ATP，作用 代谢终产物或其他 酶的调节亚基(或部位)二磷酸酶 快，动力学特征为 生理小分子物质 结合，引起酶蛋白分子 的别构作 S形曲线。可防止 构象的改变(疏松或紧 用 体内代谢产物过多 密，聚合或解聚)堆积和能源的浪费 等化学修饰 激素等调节物质通 在激酶催化下使酶蛋白 肌肉中的 消耗少量ATP，作调节 过激酶的化学修饰 分子上发生共价键变化 糖原磷酸 用快，且有放大效 而发挥调节作用(磷酸化和去磷酸化等)化酶的化 应，是调节酶活性 学修饰作 的经济而高效的方 用 式。可满足应急情 况下机体能量的需 求等,同工酶对物质代谢的调节,定义 同工酶是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖(G-6-P),己糖激酶（HK）a.二亚基的别构酶b.催化不可逆反应，关键酶C.哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶 分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶(GK)。它的特点是：对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控,丙酮酸,乳酸,丙酮酸还原为乳酸,LDH1(心肌中)对乳酸亲和力大LDH5(肝、肌肉)对丙酮酸亲和力大,迟缓调节酶含量的调节,底物的诱导,激素的诱导,药物的诱导,产物的阻遏,1.酶蛋白生物合成的诱导与阻遏,2.酶蛋白分子降解的调节,通过改变酶蛋白分子的降解速度。,第二节 激素水平的调节,内、外环境改变,机体相关组织分泌激素,激素与靶细胞上受体结合,靶细胞产生生物学效应,激素作用机制,适应内外环境改变,膜受体激素：蛋白质、肽类激素、儿茶酚胺类激素胞内受体激素：类固醇激素、甲状腺激素,按相应受体在细胞中的定位不同，分为：,一、激素分类,二、激素通过细胞质膜受体的调节作用机制,第二信使:细胞内小的信号分子，cAMP、Ca2+。,第一信使:细胞外激素。,对cAMP生成有、无影响的激素,激活可升高细胞内 对cAMP生成cAMP浓度的激素 没有作用的激素,肾上腺素 血管紧张素ACTH 儿茶酚胺类(能受体)降钙素 生长激素(GH)儿茶酚胺类(能受体)胰岛素 绒毛膜促性腺激素 催乳素促卵泡激素(FSH)生长激素释放抑制激素胰高血糖素促黄体激素(LH)促黄体激素释放激素(LHRH)脂肪酸释放激素(LPH)促黑激素(MSH)甲状旁腺素(PTH)促甲状腺激素(TSH)促甲状腺激素释放激素(TRH)抗利尿激素(ADH),腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（有活性）,肾上腺素等+受体(膜),ATP,cAMP,cAMP依赖PKA(无活性),糖原合酶a(有活性),糖原合酶b-P(无活性),cAMP依赖PKA(有活性),磷酸化酶b(无活性),磷酸化酶a-P(有活性),磷酸化酶b激酶(无活性),磷酸化酶b激酶-P(有活性),肾上腺素通过调节糖原合成、分解而升高血糖浓度的作用机制,G蛋白,糖原合成减少,糖原分解增加,cAMP-蛋白激酶A体系对代谢的调节作用,被蛋白激酶A磷酸化的蛋白质,磷酸化酶b激酶 激活 激活磷酸化酶，引起糖原分解加快酶蛋白 脂肪组织脂肪酶 激活 促进脂肪分解 有活性的糖原合酶b 抑制 抑制糖原合成 组蛋白 DNA上基因去阻遏，促进mRNA合成加速，再促进 加速复制、转录 蛋白质、包括酶蛋白合成的加速 非组蛋白 加速转录 核糖体蛋白质 加速“翻译”促进蛋白质、包括酶蛋白合成加速 或抑制 细胞膜蛋白 构象和功能改变 加速或抑制膜通透作用 微管蛋白 构象和功能改变 影响细胞分泌功能,其他蛋白质,核中蛋白质,磷酸化的结果 对代谢的影响,调控序列,三、激素通过细胞内受体的调节作用机制,结构基因,转录,激素受体,翻译,四、胰岛素调节代谢的作用机制,TPK：酪氨酸蛋白激酶,自身磷酸化激活,受体底物磷酸化激活,下游蛋白磷酸化激活,生物学效应,第三节 整体水平的调节,神经体液调节,神经,神经递质,靶器官（腺体）,激素A,激素B,协调作用，综合调节,一、饥饿时的代谢调节,糖原消耗,血糖浓度趋向降低,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,外周组织蛋白质分解加强，肝中氨基酸异生成糖,(2)糖代谢变化,糖异生加强，外周组织中葡萄糖利用减少,(3)脂代谢变化,脂肪动员加强，酮体生成增加,2.长期饥饿,(1)蛋白质代谢变化,蛋白质分解减慢,(2)糖代谢变化,肝中糖异生减慢肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸,(3)脂代谢变化,脂肪动员进一步加快大脑及外周组织利用酮体加强脂肪酸氧化分解供能加强,饥饿时,肝糖原分解，,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,正常饮食与饥饿时各组织器官供能物质种类的比较,骨骼肌、心肌 血糖 脂肪酸 脂肪酸(节省酮体供 少量利用脂肪酸 酮体 脑组织利用)及酮体 大脑 血糖 血糖 酮体(可占60%-75%酮体 或更多)血糖 红细胞 血糖 血糖 血糖 肝 脂肪酸 脂肪酸 脂肪酸 氨基酸 氨基酸 氨基酸 少量利用葡萄糖,组织器官 平时 短期饥饿 长期饥饿,二、应激时的代谢调节,1.概念,应激(stress)指人体受到一些异常的刺激，如创伤、手术、缺氧、寒冷、休克、感染、剧痛、中毒及剧烈情绪激动等情况下一种神经-体液综合调节过程，它使机体全身紧急动员渡过“难关”。,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，胰岛素等分泌减少,3.代谢改变,(1)肝糖原分解及血糖浓度升高，糖异生加速,(2)脂肪动员增强,(3)蛋白质分解加强,
