生化代謝調(diào)節(jié)課件

1、第 九 章物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)Metabolic Relationships and Regulation物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系Metabolic Crosstalk第 一 節(jié)一、在能量代謝上的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)素共同中間產(chǎn)物共同最終代謝通路糖脂肪蛋白質(zhì)乙酰CoATCA2H氧化磷酸化ATPCO2三大營養(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)素可以互相代替，并互相制約。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。脂肪分解增強(qiáng)ATP 增多ATP/ADP 比值增高任一供能物質(zhì)的代謝占優(yōu)勢(shì)，常能抑制和節(jié)約其他物質(zhì)的降解。糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶-1被抑制 （糖分解代謝限速酶）例如（

2、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(shí) 二、糖、脂和蛋白質(zhì)之間的相互聯(lián)系葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪組織）合成糖原儲(chǔ)存（肝、肌肉）2. 脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘侵嵋阴oA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、腎、腸磷酸-甘油葡萄糖（二）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系例如丙氨酸丙酮酸脫氨基糖異生葡萄糖1. 大部分氨基酸脫氨基后，生成相應(yīng)的-酮酸，可轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?. 糖代謝的中間產(chǎn)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檸檬酸-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸氨基酸乙酰CoA脂肪 1. 蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?2. 氨基酸可作為合成磷脂的原料絲氨酸磷脂酰絲氨酸膽胺腦磷脂膽堿

3、卵磷脂（三）脂類與氨基酸代謝的 相互聯(lián)系（四）核酸與糖、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系 1. 氨基酸是體內(nèi)合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳單位合成嘌呤合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸- 酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro膽固醇、酮體AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸是機(jī)體物質(zhì)代謝的樞紐。在糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸、水、鹽及維生素代謝中均具有獨(dú)特而重要的作用。肝合成、儲(chǔ)存糖原分解糖原生成葡萄糖，釋放入血是糖異生的主要器官肝在糖代謝中的作用如肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要

4、作用。耗能大，耗氧多。葡萄糖為主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時(shí)，利用酮體。 腦合成、儲(chǔ)存糖原；通常以脂酸氧化為主要供能方式； 劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，輔以糖酵解。肌 肉能量主要來自糖酵解。紅細(xì)胞合成及儲(chǔ)存脂肪的重要組織；將脂肪分解成脂酸、甘油，供機(jī)體其他組織利用。 脂肪組織也可進(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、酮體有氧氧化供能。腎臟代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要通過細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對(duì)酶的活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)稱為原始調(diào)節(jié)或細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)。單細(xì)胞生物高等生物 三級(jí)水平代謝調(diào)節(jié)細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)激素水平代謝調(diào)節(jié)高等生物在進(jìn)化過程中，出現(xiàn)了專

5、司調(diào)節(jié)功能的內(nèi)分泌細(xì)胞及內(nèi)分泌器官，其分泌的激素可對(duì)其他細(xì)胞發(fā)揮代謝調(diào)節(jié)作用。整體水平代謝調(diào)節(jié)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，或通過神經(jīng)纖維及神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)靶細(xì)胞直接發(fā)生影響，或通過某些激素的分泌來調(diào)節(jié)某些細(xì)胞的代謝及功能，并通過各種激素的互相協(xié)調(diào)而對(duì)機(jī)體代謝進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。（一）細(xì)胞內(nèi)酶的隔離分布代謝途徑有關(guān)酶類常常組成多酶體系，分布于細(xì)胞的某一區(qū)域 。多酶體系在細(xì)胞內(nèi)的分布 酶的隔離分布的意義 避免了各種代謝途徑互相干擾。 速度慢，它的速度決定整個(gè)代謝途徑的總速度，速度最慢的稱為限速酶(limiting velocity enzymes)。 催化單向反應(yīng)（不可逆反應(yīng)）或非平衡反應(yīng)，它的活性決定整個(gè)代謝途

6、徑的方向。 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)。關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（二）關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié) 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 。例：糖代謝的關(guān)鍵酶代謝途徑關(guān)鍵酶糖原分解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖的有氧氧化己糖激酶6-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶丙酮酸脫氫酶系檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶系糖異生丙酮酸羧化酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶果糖二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶 快速代謝 遲緩代謝數(shù)秒、數(shù)分鐘通過改變酶的活性數(shù)小時(shí)、幾天通過改變酶的含量 變構(gòu)調(diào)節(jié)(allosteric regulation)化學(xué)修飾調(diào)節(jié)(chemical modi

7、fication) 代謝調(diào)節(jié)主要是通過對(duì)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。1. 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)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)或別構(gòu)調(diào)節(jié)(Allosteric regulation)。（二）關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)被調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶或別構(gòu)酶(allosteric enzyme)使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)，稱為變構(gòu)效應(yīng)劑(allosteric effector) 變構(gòu)激活劑引起酶活性增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。 變構(gòu)抑制劑引起酶活性降低的變構(gòu)效應(yīng)劑。2. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的機(jī)制變構(gòu)酶催化亞基調(diào)節(jié)亞基變構(gòu)效應(yīng)劑：底物、終產(chǎn)物其他小分子代謝物變構(gòu)效應(yīng)

8、劑 + 酶的調(diào)節(jié)亞基酶的構(gòu)象改變酶的活性改變（激活或抑制 ）疏松亞基聚合緊密亞基解聚酶分子多聚化3. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義 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。乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶丙二酸單酰CoA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(fèi)。G-6-P+糖原磷酸化酶抑制糖原分解糖原合酶促進(jìn)糖的儲(chǔ)存變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。檸檬酸+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化 乙酰CoA 羧化酶 促進(jìn)脂酸的合成（三）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)1. 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)生可逆的共價(jià)修飾(covalent

9、modification)，從而引起酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱為酶的化學(xué)修飾。2. 化學(xué)修飾的主要方式磷酸化 - - - 去磷酸化乙?；?- - - 去乙酰化甲基化 - - - 去甲基化腺苷化 - - - 去腺苷化 SH 與 S S 互變酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白3. 化學(xué)修飾的特點(diǎn)酶蛋白的共價(jià)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。具有放大效應(yīng)，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。磷酸化與去磷酸化是最常見的方式。 同一個(gè)酶可

10、以同時(shí)受變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。（四）酶量的調(diào)節(jié)1. 酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏加速酶合成的化合物稱為誘導(dǎo)劑(inducer)減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor) 常見的誘導(dǎo)或阻遏方式 底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏 產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏 激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo) 藥物對(duì)酶合成的誘導(dǎo) 2. 酶蛋白降解溶酶體蛋白酶體 釋放蛋白水解酶，降解蛋白質(zhì) 泛素識(shí)別、結(jié)合蛋白質(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)節(jié)酶的含量。內(nèi)、外環(huán)境改變機(jī)體相關(guān)組織分泌激素激素與靶細(xì)胞上的受體結(jié)合靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境改變激素(hormone)作用機(jī)制二、激素水平的代謝調(diào)節(jié)激素分類 膜受體激素 胞內(nèi)受體激素按激素受體在細(xì)胞的部位不同，分為：1. 膜受體激素的作用方式激素作用方式 2. 胞內(nèi)受體激素的作用方式（一）饑餓糖原消耗血糖趨于降低胰島素分泌減少胰高血糖素分泌增加 引起一系列的代謝變化1. 短期饑餓（13天）三、整體水平的代謝調(diào)節(jié) （1）蛋白質(zhì)代謝變化分解加強(qiáng)，氨基酸異生成糖（2）糖代謝變化 糖異生加強(qiáng)，組織對(duì)葡萄糖利用降低（3）脂代謝變化 脂肪動(dòng)員加強(qiáng)，酮體生成增多2. 長期饑餓（1）蛋白質(zhì)代謝變化 蛋白質(zhì)分解減少（2）糖代謝變化肝、腎糖異生作用增強(qiáng)肝糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸（3）脂代謝變化脂肪動(dòng)員進(jìn)一步加強(qiáng)腦組織利用酮體增加（二