第九章代謝調(diào)節(jié)

1、第 九 章物質(zhì)代謝聯(lián)系與調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝聯(lián)系與調(diào)節(jié)Metabolic Interrelationships and Regulation物質(zhì)代謝特點物質(zhì)代謝特點The Specialty of Metabolism第第 一一 節(jié)節(jié)一、一、各種物質(zhì)代謝之間互有聯(lián)系，相互依存。各種物質(zhì)代謝之間互有聯(lián)系，相互依存。 糖原糖原(糖苷鍵糖苷鍵) 甘油三脂甘油三脂(酯鍵酯鍵) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(肽鍵肽鍵) 核酸核酸(磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵) 葡萄糖葡萄糖 甘油甘油 + 脂肪酸脂肪酸 氨基酸氨基酸 磷酸磷酸+戊糖戊糖+堿基堿基丙酮酸或乙酰輔酶丙酮酸或乙酰輔酶A三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化非必需氨基酸合

2、成非必需氨基酸合成分解成尿分解成尿酸酸蛋白質(zhì)翻蛋白質(zhì)翻譯譯DNA復(fù)制復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄非必需氨基酸合成非必需氨基酸合成 速度最慢，速度最慢，它的速度決定整個代謝途徑的總速度，它的速度決定整個代謝途徑的總速度，故又稱其故又稱其為為限速酶限速酶(limiting velocity enzymes)。 催化單向反應(yīng)不可逆或非平衡反應(yīng)，它的活性決定催化單向反應(yīng)不可逆或非平衡反應(yīng)，它的活性決定整個代謝途徑的方向。整個代謝途徑的方向。 這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)具有以下特點：關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)具有以下特點：

3、代謝途徑是一系列酶促反應(yīng)組成的，其速度及代謝途徑是一系列酶促反應(yīng)組成的，其速度及方向由其中的關(guān)鍵酶決定方向由其中的關(guān)鍵酶決定 。例：糖代謝的關(guān)鍵酶例：糖代謝的關(guān)鍵酶二、二、1. 僅有六種最基本的酶促化反應(yīng)類型僅有六種最基本的酶促化反應(yīng)類型2. 不同物質(zhì)代謝大多采用類似的代謝策略不同物質(zhì)代謝大多采用類似的代謝策略3. 最古老的代謝途徑為多數(shù)代謝所保留或共享最古老的代謝途徑為多數(shù)代謝所保留或共享4. 酶促反應(yīng)集約性的根源在于生物基因組進(jìn)化時采用了酶促反應(yīng)集約性的根源在于生物基因組進(jìn)化時采用了基因單拷貝復(fù)制與復(fù)制基因的變異選擇策略基因單拷貝復(fù)制與復(fù)制基因的變異選擇策略1. 物質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)中的無效循環(huán)物

4、質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)中的無效循環(huán)(futile cycle) 無效循環(huán)中兩物質(zhì)自由無效循環(huán)中兩物質(zhì)自由能始終有差異，自由能一高能始終有差異，自由能一高一低。一低。 酶的參加不改變酶促反酶的參加不改變酶促反應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)，按照熱力應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)，按照熱力學(xué)第二定律，學(xué)第二定律，兩物質(zhì)間是否兩物質(zhì)間是否發(fā)生反應(yīng)必須遵從熵減少的發(fā)生反應(yīng)必須遵從熵減少的原則，因此要使無效循環(huán)發(fā)原則，因此要使無效循環(huán)發(fā)生，必須從無效循環(huán)外注入生，必須從無效循環(huán)外注入能量。能量。2. 能量物質(zhì)能量物質(zhì)(fuel)的投入是推動無效循環(huán)的重要環(huán)節(jié)的投入是推動無效循環(huán)的重要環(huán)節(jié)證據(jù)：大多數(shù)分子參與合成前時均需證據(jù)：大多數(shù)分子參與合成前時

5、均需ATP活化；以活化；以ATP能量能量的消耗，可將一些在自由能上根本不能進(jìn)行的反應(yīng)通過偶聯(lián)作用的消耗，可將一些在自由能上根本不能進(jìn)行的反應(yīng)通過偶聯(lián)作用得以進(jìn)行；生物體始終是分解產(chǎn)能的反應(yīng)大于合成反應(yīng)。得以進(jìn)行；生物體始終是分解產(chǎn)能的反應(yīng)大于合成反應(yīng)。哲學(xué)意義：生物是貪婪的，自私的，耗能的。哲學(xué)意義：生物是貪婪的，自私的，耗能的。3. ATP是生是生物機體中最物機體中最重要的通用重要的通用能源分子，能源分子，ATP由能源由能源物質(zhì)分解代物質(zhì)分解代謝產(chǎn)生；還謝產(chǎn)生；還原當(dāng)量物質(zhì)原當(dāng)量物質(zhì)是聯(lián)系物質(zhì)是聯(lián)系物質(zhì)分解代謝與分解代謝與ATP生成的生成的橋梁橋梁1. 參與物質(zhì)代謝的酶在各亞細(xì)胞器內(nèi)分布區(qū)域

6、化的差異參與物質(zhì)代謝的酶在各亞細(xì)胞器內(nèi)分布區(qū)域化的差異 生物學(xué)意義：減少干擾；局部濃縮生物學(xué)意義：減少干擾；局部濃縮 。酶酶 系系亞細(xì)胞區(qū)域亞細(xì)胞區(qū)域酶酶 系系亞細(xì)胞區(qū)域亞細(xì)胞區(qū)域糖酵解糖酵解胞液胞液呼吸鏈、氧化磷酸化呼吸鏈、氧化磷酸化線粒體線粒體磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑胞液胞液蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成胞液、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胞液、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糖原分解、合成糖原分解、合成胞液胞液生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糖異生糖異生胞液、線粒體胞液、線粒體DNA合成合成胞核胞核脂肪酸合成脂肪酸合成胞液胞液RNA合成合成胞核胞核脂肪分解脂肪分解胞液胞液血紅素合成血紅素合成胞液、線粒體胞液、線粒體脂肪酸脂肪酸 氧化氧化線粒體線粒體膽

7、固醇合成膽固醇合成胞液、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胞液、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)線粒體線粒體尿素生成尿素生成胞液、線粒體胞液、線粒體真核細(xì)胞內(nèi)主要代謝酶系的區(qū)域化分布 產(chǎn)生隔離的原因：基因表達(dá)與靶向轉(zhuǎn)運的差異、生物膜脂質(zhì)雙分子結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生隔離的原因：基因表達(dá)與靶向轉(zhuǎn)運的差異、生物膜脂質(zhì)雙分子結(jié)構(gòu)等 消除隔離使物質(zhì)代謝循環(huán)得以進(jìn)行的主要方式消除隔離使物質(zhì)代謝循環(huán)得以進(jìn)行的主要方式 膜蛋白與運載體的協(xié)助；膜蛋白與運載體的協(xié)助； 方式有主動轉(zhuǎn)運、被動轉(zhuǎn)運、偶聯(lián)轉(zhuǎn)運等，其中各種形式的線粒體穿梭、方式有主動轉(zhuǎn)運、被動轉(zhuǎn)運、偶聯(lián)轉(zhuǎn)運等，其中各種形式的線粒體穿梭、氨基酸的氨基酸的谷胱甘酰基循環(huán)等是偶聯(lián)轉(zhuǎn)運的重要形式。谷胱甘酰基

8、循環(huán)等是偶聯(lián)轉(zhuǎn)運的重要形式。2. 參與物質(zhì)代謝的酶在生物機體各器官組織內(nèi)分布區(qū)域化的差異參與物質(zhì)代謝的酶在生物機體各器官組織內(nèi)分布區(qū)域化的差異 生物學(xué)意義：各器官組織各司其職，肝臟是生物機體物質(zhì)代謝的中心生物學(xué)意義：各器官組織各司其職，肝臟是生物機體物質(zhì)代謝的中心。腦、紅細(xì)胞、肌肉、脂肪組織、血液循環(huán)以及肺腎臟等各有其特殊的物質(zhì)代謝要求腦、紅細(xì)胞、肌肉、脂肪組織、血液循環(huán)以及肺腎臟等各有其特殊的物質(zhì)代謝要求是機體物質(zhì)代謝的樞紐。是機體物質(zhì)代謝的樞紐。在糖、脂、蛋白質(zhì)、水、鹽及維生素代謝中均具在糖、脂、蛋白質(zhì)、水、鹽及維生素代謝中均具有獨特而重要的作用。有獨特而重要的作用。肝肝合成、儲存糖原合成

9、、儲存糖原分解糖原生成葡萄糖，釋放入血分解糖原生成葡萄糖，釋放入血是糖異生的主要器官是糖異生的主要器官肝在糖代謝中的作用肝在糖代謝中的作用如如肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。酮體酮體乳酸乳酸 游離脂酸游離脂酸葡萄糖葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能為主。以葡萄糖有氧氧化供能為主。心臟心臟耗能大，耗氧多。耗能大，耗氧多。葡萄糖為主要能源。葡萄糖為主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時，利用酮體。不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時，利用酮體。 腦腦合成、儲存糖原；合成、儲存糖原；通常以脂酸氧化為主要供能方式；劇烈運動通常以脂酸氧化為主要供能方式；劇烈運動時，以糖酵解為主。時，以糖

10、酵解為主。肌肌 肉肉能量主要來自糖酵解。能量主要來自糖酵解。紅紅細(xì)細(xì)胞胞合成及儲存脂肪的重要組織；合成及儲存脂肪的重要組織；將脂肪分解成脂酸、甘油，供機體其他組織利用。將脂肪分解成脂酸、甘油，供機體其他組織利用。 脂肪組織脂肪組織也可進(jìn)行糖異生和生成酮體；也可進(jìn)行糖異生和生成酮體；腎髓質(zhì)主要由糖酵解供能；腎皮質(zhì)主要由脂酸、腎髓質(zhì)主要由糖酵解供能；腎皮質(zhì)主要由脂酸、酮體有氧氧化供能。酮體有氧氧化供能。腎臟腎臟 各器官組織物質(zhì)代謝的差異由物質(zhì)代謝循環(huán)或單向流通進(jìn)行互補各器官組織物質(zhì)代謝的差異由物質(zhì)代謝循環(huán)或單向流通進(jìn)行互補葡萄糖丙氨酸循環(huán)葡萄糖丙氨酸循環(huán) 乳酸循環(huán)乳酸循環(huán) 酮體在肝臟內(nèi)外的代謝互補

11、酮體在肝臟內(nèi)外的代謝互補 1. 1. 物質(zhì)代謝的功利性物質(zhì)代謝的功利性 細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝和能量代謝主要是為了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝和能量代謝主要是為了適應(yīng)外適應(yīng)外界環(huán)境的變化，尤其是食物營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)變化的需要，即物質(zhì)的可利用性；界環(huán)境的變化，尤其是食物營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)變化的需要，即物質(zhì)的可利用性；適應(yīng)細(xì)胞生物自身物質(zhì)代謝和能量代謝不斷變化發(fā)展的需求，例如能量指適應(yīng)細(xì)胞生物自身物質(zhì)代謝和能量代謝不斷變化發(fā)展的需求，例如能量指數(shù)數(shù)ADP/ATP的動態(tài)變化；的動態(tài)變化；適應(yīng)自身結(jié)構(gòu)化的器官或亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)單位生物適應(yīng)自身結(jié)構(gòu)化的器官或亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)單位生物化學(xué)功能分工的不同以及由此分工形成的相互補充性，即生物要解決物質(zhì)的

12、化學(xué)功能分工的不同以及由此分工形成的相互補充性，即生物要解決物質(zhì)的隔離與轉(zhuǎn)運問題隔離與轉(zhuǎn)運問題 機體有精細(xì)的調(diào)節(jié)機體有精細(xì)的調(diào)節(jié)機制，調(diào)節(jié)代謝的機制，調(diào)節(jié)代謝的強度、方向和速度強度、方向和速度內(nèi)外環(huán)境內(nèi)外環(huán)境不斷變化不斷變化影響機體代謝影響機體代謝適應(yīng)環(huán)境適應(yīng)環(huán)境的變化的變化 2. 2. 物質(zhì)代謝通路的可調(diào)節(jié)性物質(zhì)代謝通路的可調(diào)節(jié)性 健全的生物調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括環(huán)境變化的健全的生物調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括環(huán)境變化的信息感受器、信息處理分析信息感受器、信息處理分析器和應(yīng)答機構(gòu)器和應(yīng)答機構(gòu)，信息分子是聯(lián)動各生物調(diào)節(jié)機構(gòu)的重要媒介，分為作用物、，信息分子是聯(lián)動各生物調(diào)節(jié)機構(gòu)的重要媒介，分為作用物、神經(jīng)激素以及器官水平

13、調(diào)節(jié)。神經(jīng)激素以及器官水平調(diào)節(jié)。 SensorProcessorResponse executor信息分子如反應(yīng)體系中CTP濃度、血糖濃度、環(huán)境中威脅生存的應(yīng)激信號等作用物水平調(diào)節(jié)- -ATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-激素水平調(diào)節(jié)分析器分析器神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)感受器感受器感覺系統(tǒng)感覺系統(tǒng)效應(yīng)器效應(yīng)器骨骼肌肉系統(tǒng)骨骼肌肉系統(tǒng)器官系統(tǒng)水平調(diào)節(jié) 按作用物水平調(diào)節(jié)方式分類按作用物水平調(diào)節(jié)方式分類, ,物質(zhì)代謝模式有物質(zhì)代謝模

14、式有(a)直線型，直線型， (b)分分支型，支型， (c)循環(huán)型等，因此不同類型代謝模式其生物調(diào)節(jié)的策略不盡循環(huán)型等，因此不同類型代謝模式其生物調(diào)節(jié)的策略不盡相同，例如直線型的代謝通路有底物的多米諾骨推牌式調(diào)節(jié)或產(chǎn)物的相同，例如直線型的代謝通路有底物的多米諾骨推牌式調(diào)節(jié)或產(chǎn)物的負(fù)反饋調(diào)節(jié)等，例如糖的酵解途徑，嘧啶核苷酸從頭合成等；分支的負(fù)反饋調(diào)節(jié)等，例如糖的酵解途徑，嘧啶核苷酸從頭合成等；分支的代謝通路有比例調(diào)節(jié)或交互調(diào)節(jié)，例如從代謝通路有比例調(diào)節(jié)或交互調(diào)節(jié)，例如從IMP到到AMP或到或到GMP的代的代謝，謝，6-磷酸葡萄糖到糖元合成或磷酸戊糖途徑或酵解途徑等；循環(huán)的磷酸葡萄糖到糖元合成或磷酸

15、戊糖途徑或酵解途徑等；循環(huán)的代謝通路有規(guī)模放大或規(guī)模縮小性調(diào)節(jié)，例如三羧酸循環(huán)等。代謝通路有規(guī)模放大或規(guī)?？s小性調(diào)節(jié)，例如三羧酸循環(huán)等。 abc+-物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)的最終調(diào)節(jié)機構(gòu)對代謝通路中關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)。物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)的最終調(diào)節(jié)機構(gòu)對代謝通路中關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)。激素水平調(diào)節(jié)或器官系統(tǒng)水平激素水平調(diào)節(jié)或器官系統(tǒng)水平均是通過細(xì)胞內(nèi)信號傳遞通路實現(xiàn)物均是通過細(xì)胞內(nèi)信號傳遞通路實現(xiàn)物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)的，細(xì)胞內(nèi)信號傳遞通路是聯(lián)系機體物質(zhì)代謝與外部環(huán)境質(zhì)代謝調(diào)節(jié)的，細(xì)胞內(nèi)信號傳遞通路是聯(lián)系機體物質(zhì)代謝與外部環(huán)境變化的重要樞紐。變化的重要樞紐。 3. 3. 物質(zhì)代謝通路關(guān)鍵酶活性調(diào)節(jié)的幾種主要方式物質(zhì)代謝通路關(guān)鍵酶

16、活性調(diào)節(jié)的幾種主要方式 酶量調(diào)節(jié)，包括特定酶轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)和酶蛋白降解調(diào)節(jié)，如膽固酶量調(diào)節(jié)，包括特定酶轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)和酶蛋白降解調(diào)節(jié)，如膽固醇對醇對HMGCoAHMGCoA還原酶的調(diào)節(jié)，泛素化標(biāo)記對細(xì)胞周期蛋白的調(diào)節(jié)；還原酶的調(diào)節(jié)，泛素化標(biāo)記對細(xì)胞周期蛋白的調(diào)節(jié)； 酶活性調(diào)節(jié)，包括酶變構(gòu)調(diào)節(jié)和酶共價修飾調(diào)節(jié)，如酶活性調(diào)節(jié)，包括酶變構(gòu)調(diào)節(jié)和酶共價修飾調(diào)節(jié)，如CTPCTP對氨基甲對氨基甲酰磷酸天冬氨酸轉(zhuǎn)移酶的調(diào)節(jié)、磷酸化與去磷酸化修飾對丙酮酸脫氫酶的酰磷酸天冬氨酸轉(zhuǎn)移酶的調(diào)節(jié)、磷酸化與去磷酸化修飾對丙酮酸脫氫酶的調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)； 同工酶及其分布調(diào)節(jié)，如同工酶及其分布調(diào)節(jié)，如LDHLDH有五種同工酶，各有不

17、同分布；有五種同工酶，各有不同分布； 酶蛋白特異性剪接調(diào)節(jié)，胰蛋白酶對胃蛋白酶原的調(diào)節(jié)等酶蛋白特異性剪接調(diào)節(jié)，胰蛋白酶對胃蛋白酶原的調(diào)節(jié)等關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)Regulation of Metabolic Key Enzyme第第 二二 節(jié)節(jié)1. 酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏加速酶合成的化合物稱為加速酶合成的化合物稱為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)劑(inducer)減少酶合成的化合物稱為減少酶合成的化合物稱為阻遏劑阻遏劑( (repressor) )一、一、 酶量調(diào)節(jié)酶量調(diào)節(jié) 酶蛋白合成水平調(diào)節(jié)和酶蛋白降解調(diào)節(jié)酶蛋白合成水平調(diào)節(jié)和酶蛋白降解調(diào)節(jié) 常見的誘導(dǎo)或阻遏方式常見的誘導(dǎo)或阻遏方

18、式 底物對酶合成的誘導(dǎo)和阻遏底物對酶合成的誘導(dǎo)和阻遏 產(chǎn)物對酶合成的阻遏產(chǎn)物對酶合成的阻遏 激素對酶合成的誘導(dǎo)激素對酶合成的誘導(dǎo) 藥物對酶合成的誘導(dǎo)藥物對酶合成的誘導(dǎo) 2. 酶蛋白降解酶蛋白降解溶酶體溶酶體蛋白酶體蛋白酶體 釋放蛋白水解酶，降解蛋白質(zhì)釋放蛋白水解酶，降解蛋白質(zhì) 泛素識別、結(jié)合蛋白質(zhì)；泛素識別、結(jié)合蛋白質(zhì)；蛋白水解酶降解蛋白質(zhì)蛋白水解酶降解蛋白質(zhì)通過改變酶蛋白分子的降解速度，也能調(diào)通過改變酶蛋白分子的降解速度，也能調(diào)節(jié)酶的含量。節(jié)酶的含量。 快速代謝快速代謝 遲緩代謝遲緩代謝數(shù)秒、數(shù)分鐘數(shù)秒、數(shù)分鐘通過改變酶的活性通過改變酶的活性數(shù)小時、幾天數(shù)小時、幾天通過改變酶的含量通過改變酶

19、的含量 變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié)(allosteric regulation)化學(xué)修飾調(diào)節(jié)化學(xué)修飾調(diào)節(jié)(chemical modification)二、二、 酶活性調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié) 酶變構(gòu)調(diào)節(jié)和酶共價修飾調(diào)節(jié)酶變構(gòu)調(diào)節(jié)和酶共價修飾調(diào)節(jié)1. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念小分子化合物與酶分子活性中心以外小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié)或或別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)。被調(diào)節(jié)的酶稱為被調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶變構(gòu)酶或或別構(gòu)酶別構(gòu)酶( (allosteric

20、enzyme) )使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)，稱為使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)，稱為變構(gòu)效應(yīng)劑變構(gòu)效應(yīng)劑( (allosteric effector) ) 變構(gòu)激活劑變構(gòu)激活劑 allosteric effector 引起酶活性引起酶活性增加增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。的變構(gòu)效應(yīng)劑。 變構(gòu)抑制劑變構(gòu)抑制劑 allosteric effector 引起酶活性引起酶活性降低降低的變構(gòu)效應(yīng)劑。的變構(gòu)效應(yīng)劑。2. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的機制變構(gòu)調(diào)節(jié)的機制變構(gòu)酶變構(gòu)酶催化亞基催化亞基調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基變構(gòu)效應(yīng)劑：變構(gòu)效應(yīng)劑： 底物、終產(chǎn)物底物、終產(chǎn)物其他小分子代謝物其他小分子代謝物變構(gòu)效應(yīng)劑變構(gòu)效應(yīng)劑 + + 酶的調(diào)節(jié)亞基酶的調(diào)節(jié)亞基酶

21、的構(gòu)象改變酶的構(gòu)象改變酶的活性改變酶的活性改變（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亞基聚合亞基聚合緊密緊密亞基解聚亞基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化3. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義 代謝終產(chǎn)物反饋抑制代謝終產(chǎn)物反饋抑制 (feedback inhibition) 反應(yīng)途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。反應(yīng)途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoA長鏈脂酰長鏈脂酰CoA 變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費。變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費。G-6-P+ +糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合酶糖原合酶促進(jìn)糖的儲存

22、促進(jìn)糖的儲存變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。檸檬酸檸檬酸+ +6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰輔酶乙酰輔酶A 羧化酶羧化酶 促進(jìn)脂酸的合成促進(jìn)脂酸的合成酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)1. 1. 化學(xué)修飾的概念化學(xué)修飾的概念酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生可逆的共價修飾生可逆的共價修飾(covalent modification)，從而引起酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱為酶的化從而引起酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱為酶的化學(xué)修飾學(xué)修飾。酶的磷酸化與脫磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶

23、蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白2. 化學(xué)修飾的主要方式化學(xué)修飾的主要方式磷酸化磷酸化 - - - - - - 去磷酸去磷酸乙酰化乙?；?- - - - - - 脫乙酰脫乙酰甲基化甲基化 - - - - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - - - - 脫腺苷脫腺苷 SH 與與 S S 互變互變3. 3. 化學(xué)修飾的特點化學(xué)修飾的特點酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應(yīng)，在酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應(yīng)，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相轉(zhuǎn)變。催化互

24、變反應(yīng)的酶在體內(nèi)可受調(diào)相轉(zhuǎn)變。催化互變反應(yīng)的酶在體內(nèi)可受調(diào)節(jié)因素如激素的調(diào)控。節(jié)因素如激素的調(diào)控。具有放大效應(yīng)，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。具有放大效應(yīng)，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。 同一個酶可以同時受變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。同一個酶可以同時受變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。三、三、 同工同工酶及其分布調(diào)節(jié)酶及其分布調(diào)節(jié) 四、四、酶蛋白特異性剪接調(diào)節(jié)酶蛋白特異性剪接調(diào)節(jié) 細(xì)胞內(nèi)信號傳遞與神經(jīng)激素細(xì)胞內(nèi)信號傳遞與神經(jīng)激素對物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)對物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)Cellular Signal Transduction and Metabolism第第 三三 節(jié)節(jié)生物信號分子

25、生物信號分子 包括激素與神經(jīng)遞質(zhì)分子等包括激素與神經(jīng)遞質(zhì)分子等按激素受體在細(xì)胞的部位不同，分為：按激素受體在細(xì)胞的部位不同，分為： 膜受體激素膜受體激素 胞內(nèi)受體激素胞內(nèi)受體激素一、物質(zhì)代謝中生物信號分子一、物質(zhì)代謝中生物信號分子內(nèi)、外環(huán)境改變內(nèi)、外環(huán)境改變機體相關(guān)組機體相關(guān)組織分泌織分泌激素激素激素與靶細(xì)胞激素與靶細(xì)胞上的受體結(jié)合上的受體結(jié)合靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，適應(yīng)內(nèi)外環(huán)效應(yīng)，適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境改變境改變激素作用機制激素作用機制二、激素水平的代謝調(diào)節(jié)二、激素水平的代謝調(diào)節(jié)1. 膜受體激素的作用方式膜受體激素的作用方式激素作用方式激素作用方式腺苷環(huán)化酶腺苷環(huán)化酶 （無活性）（無活性

26、）腺苷環(huán)化酶（有活性）腺苷環(huán)化酶（有活性） 激素（胰高血糖素、腎上腺素等）激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+ 受體受體 ATP cAMP PKA(無活性無活性) 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P（無）（無） PKA(有活性有活性) 磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P（有）（有） 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P 糖原合成降低糖原合成降低 糖原分解增強糖原分解增強 G 糖糖 濃濃 度度 增增 加加 釋釋 放放 入入 血血 2. 胞胞內(nèi)內(nèi)受受體體激激素素的的作作用用方方式式（一）饑餓（一）饑餓糖原消耗糖原消耗血糖趨于降低血糖趨于降低胰島素分泌減少胰島素分泌減少

27、胰高血糖素胰高血糖素分泌增加分泌增加 引起一系列的代謝變化引起一系列的代謝變化1. 短期饑餓（短期饑餓（13天）天）三、整體水平的代謝調(diào)節(jié)三、整體水平的代謝調(diào)節(jié) （1）蛋白質(zhì)代謝變化）蛋白質(zhì)代謝變化分解加強，氨基酸異生成糖分解加強，氨基酸異生成糖（2）糖代謝變化）糖代謝變化 糖異生加強，糖異生加強，組織對葡萄糖利用降低組織對葡萄糖利用降低（3）脂代謝變化）脂代謝變化 脂肪動員加強，酮體生成增多脂肪動員加強，酮體生成增多2. 長期饑餓長期饑餓（1）蛋白質(zhì)代謝變化）蛋白質(zhì)代謝變化 蛋白質(zhì)分解減少蛋白質(zhì)分解減少（2）糖代謝變化）糖代謝變化肝腎糖異生增強肝腎糖異生增強肝糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸肝

28、糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸（3）脂代謝變化）脂代謝變化脂肪動員進(jìn)一步加強脂肪動員進(jìn)一步加強腦組織利用酮體增加腦組織利用酮體增加饑餓時饑餓時 肝糖原分解肝糖原分解 ，肌糖原分解肌糖原分解 肝糖異生肝糖異生 ，蛋白質(zhì)分解蛋白質(zhì)分解 以脂酸、酮體分解供能以脂酸、酮體分解供能為主為主蛋白質(zhì)分解明顯降低蛋白質(zhì)分解明顯降低1 2 天天3 4 周周（二）應(yīng)（二）應(yīng) 激激1. 1. 概念概念應(yīng)激應(yīng)激(stress)指人體受到一些異乎尋常指人體受到一些異乎尋常的刺激，如創(chuàng)傷、劇痛、凍傷、缺氧、中的刺激，如創(chuàng)傷、劇痛、凍傷、缺氧、中毒、感染及劇烈情緒波動等所作出一系列毒、感染及劇烈情緒波動等所作出一系列反應(yīng)的

29、反應(yīng)的“ “ 緊張狀態(tài)緊張狀態(tài) ” ”。2. 機體整體反應(yīng)機體整體反應(yīng)交感神經(jīng)興奮交感神經(jīng)興奮腎上腺髓質(zhì)及皮質(zhì)激素分泌增多腎上腺髓質(zhì)及皮質(zhì)激素分泌增多胰高血糖素胰高血糖素、生長激素增加，、生長激素增加，胰島素分泌減少胰島素分泌減少 引起一系列的代謝變化引起一系列的代謝變化3. 代謝改變代謝改變（1） 血糖升高血糖升高（2） 脂肪動員增強脂肪動員增強（3）蛋白質(zhì)分解加強）蛋白質(zhì)分解加強能源物質(zhì)代謝的特點能源物質(zhì)代謝的特點Features of fuel metabolism第第 四四 節(jié)節(jié)目目 錄錄一、在能量代謝上的相互聯(lián)系一、在能量代謝上的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)素三大營養(yǎng)素共同中共同中間產(chǎn)物間產(chǎn)物共

30、同最終共同最終代謝通路代謝通路糖糖脂肪脂肪蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)乙酰乙酰CoACoATAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCOCO2 2三大營養(yǎng)素可在體內(nèi)氧化供能。三大營養(yǎng)素可在體內(nèi)氧化供能。從能量供應(yīng)的角度看，三大營養(yǎng)素可以互相代從能量供應(yīng)的角度看，三大營養(yǎng)素可以互相代替，并互相制約。替，并互相制約。一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約蛋白質(zhì)的消耗。蛋白質(zhì)的消耗。脂肪分解脂肪分解增強增強ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物質(zhì)的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約任一供能物質(zhì)的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他物質(zhì)的降解。其他物質(zhì)的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制（糖分解代謝限速酶之一）（糖分解代謝限速酶之一）例如例如（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系1. 攝入的糖量超過能量消耗時攝入的糖量超過能量消耗時 二、糖、脂和蛋白質(zhì)二、糖、脂和蛋白質(zhì)之間的相互聯(lián)系之間的相互聯(lián)系葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪（脂肪組織）（脂肪組織）合成糖原