第16篇代謝調(diào)控課件

第16章

物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)

（MetabolicRegulation

）

第16章

物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)

（Metabolic物質(zhì)代謝是生物體實(shí)現(xiàn)與外界環(huán)境的物質(zhì)交換、自我更新以及機(jī)體內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，保證各種生命現(xiàn)象和生理功能的化學(xué)基礎(chǔ)，是生命的基本特征。物質(zhì)代謝包括合成代謝與分解代謝兩方面，并處于動(dòng)態(tài)平衡。物質(zhì)代謝的正常進(jìn)行，是生命活動(dòng)的保證；而物質(zhì)代謝的紊亂則往往是一些疾病的重要原因；物質(zhì)代謝的停止，生命也隨之終結(jié)。物質(zhì)代謝是生物體實(shí)現(xiàn)與外界環(huán)境的物質(zhì)交換、自我更新以及機(jī)體內(nèi)第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件

生物體物質(zhì)代謝由許多連續(xù)和相關(guān)的代謝途徑所組成，每一條代謝途徑又包含一系列酶促反應(yīng)，是一完整統(tǒng)一的過程，各反應(yīng)過程相互作用、相互聯(lián)系和相互制約下進(jìn)行，錯(cuò)綜復(fù)雜的代謝過程是相互協(xié)調(diào)的。

生物體物質(zhì)代謝由許多連續(xù)和相關(guān)的代謝途徑所組成，機(jī)體各種物質(zhì)代謝為適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化，有條不紊的進(jìn)行，不斷對(duì)各種物質(zhì)代謝的強(qiáng)度、方向和速率進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，即代謝調(diào)節(jié)。代謝調(diào)節(jié)是生命的重要特征。

機(jī)體各種物質(zhì)代謝為適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化，有條不紊的進(jìn)行，

生物體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中逐步形成的一種適應(yīng)能力。神經(jīng)調(diào)節(jié)隨著生物神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展而發(fā)展。原始的代謝調(diào)節(jié)是激素調(diào)節(jié)；而最基礎(chǔ)則是細(xì)胞內(nèi)的調(diào)節(jié)。

生物體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)是在長(zhǎng)期進(jìn)化第16篇代謝調(diào)控課件第二節(jié)

細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)

第二節(jié)

細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)

細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)：是通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對(duì)酶活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。（原始調(diào)節(jié)）

是一切生物都具有的調(diào)節(jié)方式，在高等生物是其他水平調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)：是通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化第16篇代謝調(diào)控課件（一）酶在細(xì)胞內(nèi)隔離（一）酶在細(xì)胞內(nèi)隔離真核細(xì)胞中酶分布與原核細(xì)胞不同，因具有多種內(nèi)膜系統(tǒng)，可形成不同胞內(nèi)區(qū)域，從而導(dǎo)致真核細(xì)胞中酶的分布的區(qū)域化(compartmentation)，即酶有一定的布局和定位。1.酶在細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化分布

真核細(xì)胞中酶分布與1.酶在細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化分布

各種代謝途徑的酶都集中并分布于具有一定結(jié)構(gòu)的亞細(xì)胞或存在于胞漿的可溶部分。避免各種代謝途徑的酶互相干擾，而且有利于它們協(xié)調(diào)地發(fā)揮作用。酶在細(xì)胞內(nèi)隔離和集中分布是代謝調(diào)節(jié)的一種重要方式。各種代謝途徑的酶都集中并分布于具有一定結(jié)構(gòu)的亞細(xì)胞真核細(xì)胞主要代謝途徑與酶的區(qū)域分布代謝途徑（酶或酶系）細(xì)胞內(nèi)分布代謝途徑（酶或酶系）細(xì)胞內(nèi)分布糖酵解胞液氧化磷酸化(呼吸鏈)線粒體三羧酸循環(huán)線粒體尿素合成胞液、線粒體磷酸戊糖途徑胞液蛋白質(zhì)合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞液糖異生胞液DNA合成細(xì)胞核糖原合成與分解胞液mRNA合成細(xì)胞核脂肪酸β氧化線粒體tRNA合成核質(zhì)脂肪酸合成胞液rRNA合成核仁呼吸鏈線粒體血紅素合成胞液、線粒體多種水解酶溶酶體膽紅素生成微粒體、胞液磷脂合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膽固醇合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞液

真核細(xì)胞主要代謝途徑與酶的區(qū)域分布2多酶體系與多功能酶

多酶體系:由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物。如丙酮酸脫氫酶復(fù)合體多功能酶:一些酶系在進(jìn)化過程中由于基因融合，形一條多肽鏈卻具有不同功能的酶，也稱串聯(lián)酶。

2多酶體系與多功能酶多酶體系:由幾種不同功能的酶彼此聚脂肪酸合成酶系一條多肽鏈包括7種催化活性一種?；d體蛋白脂肪酸合成酶系多酶體系有助于代謝的順利進(jìn)行多功能酶便于調(diào)控。多酶體系有助于代謝的順利進(jìn)行

3.同工酶

催化相同化學(xué)反應(yīng)的酶，分布同一細(xì)胞內(nèi)不同亞細(xì)胞，或不同組織細(xì)胞，同工酶催化同一化學(xué)反應(yīng)，但其底物專一性與親和力及動(dòng)力學(xué)都有不同，所催化的反應(yīng)方向有所不同。所以在不同的組織、或不同的細(xì)胞類型、或同一細(xì)胞的不同細(xì)胞器中具有不同的質(zhì)和量及不同活性，發(fā)揮不同的作用調(diào)節(jié)代謝進(jìn)行的不同方向。3.同工酶（二）細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)的基本方式

（二）細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)的基本方式

一些重要代謝途徑的限速酶（關(guān)鍵酶）代謝途徑限速酶糖酵解己糖激酶，磷酸果糖激酶-1，丙酮酸激酶磷酸戊糖途徑葡萄糖-6-磷酸脫氫酶糖異生丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖-1，6-二磷酸酶，葡萄糖-6-磷酸酶三羧酸循環(huán)檸檬酸合成酶，異檸檬酸脫氫酶，

α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體糖原合成糖原合成酶糖原分解磷酸化酶脂肪分解三酰甘油脂肪酶脂酸合成乙酰輔酶A羧化酶酮體合成HMG輔酶A合成酶膽固醇合成HMG輔酶A還原酶尿素合成精氨酸代琥珀酸合成酶血紅素合成ALA合成酶一些重要代謝途徑的限速酶（關(guān)鍵酶）1、反饋調(diào)節(jié)：代謝途徑的底物或終產(chǎn)物影響催化該途徑起始反應(yīng)的酶的活性，即反饋調(diào)節(jié)。負(fù)反饋（反饋抑制）：終產(chǎn)物的積累抑制初始步驟的酶活性，使得反應(yīng)減慢或停止。使代謝產(chǎn)物生成不至過多，能量有效利用不浪費(fèi)正反饋：代謝過程中某中間產(chǎn)物可使本途徑前行酶活化，加速反應(yīng)進(jìn)行1、反饋調(diào)節(jié)：代謝途徑的底物或終產(chǎn)物影響催化該途徑起始反應(yīng)的2.底物循環(huán)代謝途徑中某些可逆反應(yīng)的正反方向是由不同酶催化進(jìn)行的，即不同酶催化單向反應(yīng)使得兩個(gè)作用物互變，由此構(gòu)成的循環(huán)為底物循環(huán)

B、C兩種代謝物之間進(jìn)行的單向不可逆反應(yīng)。2.底物循環(huán)3.級(jí)聯(lián)反應(yīng)

在一個(gè)連鎖反應(yīng)中，當(dāng)一個(gè)酶受到激活后，其他酶依次被激活，引起原始信號(hào)的放大，這種連鎖反應(yīng)系統(tǒng)被稱為級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，所催化的反應(yīng)被稱為級(jí)聯(lián)反應(yīng)。3.級(jí)聯(lián)反應(yīng)肝糖原合成糖原合成酶磷酸化肝糖原分解磷酸化酶脫磷酸化可在不同酶的催化下相互轉(zhuǎn)變，而催化其轉(zhuǎn)變的酶本身也可磷酸化和脫磷酸化，發(fā)生無活性及活性轉(zhuǎn)變，其相互轉(zhuǎn)變也受酶催化，構(gòu)成級(jí)聯(lián)反應(yīng)。所以反應(yīng)快、效率高，屬于快速調(diào)節(jié)方式。級(jí)聯(lián)反應(yīng)作用：放大效應(yīng)使級(jí)聯(lián)中各級(jí)都可進(jìn)行調(diào)節(jié)。肝糖原合成糖原合成酶磷酸化二、細(xì)胞內(nèi)對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)二、細(xì)胞內(nèi)對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)（一）變構(gòu)調(diào)節(jié)

某些小分子化合物能與酶活性中心之外的部位特異地非共價(jià)可逆結(jié)合，引起酶蛋白的分子構(gòu)象發(fā)生改變，而改變酶的活性，這種現(xiàn)象稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)重要方式）（一）變構(gòu)調(diào)節(jié)某些小分子化合物能與酶活性中心之外的部第16篇代謝調(diào)控課件糖和脂肪代謝酶系中某些變構(gòu)酶及其變構(gòu)效應(yīng)劑代謝途徑變構(gòu)酶 變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑糖酵解己糖激酶 AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶-1FDP檸檬酸丙酮酸激酶FDPATP、乙酸CoA三羧酸循環(huán)檸檬酸合成酶AMPATP、長(zhǎng)鏈脂酰CoA異檸檬酸脫氫酶AMP、ADPATP糖異生丙酮酸羧化酶乙酰CoA、ATPAMP果糖－1,6－二磷酸酶5’-AMPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP、G-1-P、PiATP、G-6-P糖原合成糖原合酶G-6-P脂肪酸合成乙酰CoA羧化酶檸檬酸、異檸檬酸長(zhǎng)鏈脂酰CoA膽固醇合成HMG－CoA還原酶膽固醇氨基酸代謝谷氨酸脫氫酶ADP、亮氨酸、甲硫氨酸ATP、GTP、NADH嘌呤合成PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶PRPPAMP、ADP、GMP、

GDP嘧啶合成天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn) CTP移酶血紅素合成ALA合成酶血紅素糖和脂肪代謝酶系中某些變構(gòu)酶及其變構(gòu)效應(yīng)劑第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件

3.變構(gòu)酶的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不符合米曼氏方程式酶促反應(yīng)速率和作用物濃度的關(guān)系曲線不呈矩形而常常呈S形(正協(xié)同效應(yīng)）或比矩形雙曲線更陡峭的曲線（負(fù)協(xié)同效應(yīng)）

3.變構(gòu)酶的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不符合米曼氏方程式

4.變構(gòu)效應(yīng)為酶的快速調(diào)節(jié)主要形式，代謝速率的改變，常常是由于影響了整條代謝通路中催化第一步反應(yīng)的酶或整條代謝反應(yīng)中限速酶的活性而引起的。4.變構(gòu)效應(yīng)為酶的快速調(diào)節(jié)主要形式，代謝速率的改變，

5.變構(gòu)酶受一些代謝產(chǎn)物的抑制或激活，是通過變構(gòu)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。因而這些酶的活力受到代謝產(chǎn)物濃度的調(diào)節(jié)，這對(duì)機(jī)體的自身代謝調(diào)控具有重要的意義。

5.變構(gòu)酶受一些代謝產(chǎn)物的抑制或激活，是通過變構(gòu)效應(yīng)6.變構(gòu)調(diào)節(jié)過程不需要能量。

6.變構(gòu)調(diào)節(jié)過程不需要能量。

7.變構(gòu)效應(yīng)劑可以是酶的底物，也可以是酶系的終產(chǎn)物，以及與它們結(jié)構(gòu)不同的其他化合物，一般都是小分子物質(zhì)。一種酶可有多種變構(gòu)效應(yīng)劑存在。7.變構(gòu)效應(yīng)劑可以是酶的底物，也可以是酶系的終產(chǎn)物（二）化學(xué)修飾調(diào)節(jié)

（二）化學(xué)修飾調(diào)節(jié)第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件某些酶的酶促化學(xué)修飾調(diào)節(jié)酶類反應(yīng)類型效應(yīng)磷酸果糖激酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫氫酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫羧酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活糖原磷酸化酶磷酸化／脫磷酸激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化／脫磷酸激活/抑制磷酸化酶磷酸酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活糖元合成酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活甘油三酯脂肪酶（脂肪細(xì)胞）磷酸化／脫磷酸激活/抑制HMG-CoA還原酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活HMG-CoA還原酶激酶磷酸化／脫磷酸激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活谷氨酰胺合成酶（大腸桿菌）腺苷化／脫腺苷抑制/激活黃嘌呤氧化(脫氫)酶－SH/-S-S-脫氫/氧化某些酶的酶促化學(xué)修飾調(diào)節(jié)肌肉磷酸化酶的酶促化學(xué)修飾作用

肌肉磷酸化酶的酶促化學(xué)修飾作用第16篇代謝調(diào)控課件三、細(xì)胞內(nèi)對(duì)酶含量的調(diào)節(jié)三、細(xì)胞內(nèi)對(duì)酶含量的調(diào)節(jié)

生物體通過改變酶的合成或降解速率以控制酶的絕對(duì)含量來調(diào)節(jié)代謝。根據(jù)對(duì)酶需要的情況開啟或關(guān)閉酶蛋白質(zhì)合成的基因，同時(shí)控制酶降解的速率，此過程耗能，所需時(shí)間較長(zhǎng)，因此酶含量的調(diào)節(jié)屬遲緩調(diào)節(jié)。生物體通過改變酶的合成或降解速率以控制酶的絕對(duì)含量來1.底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用

酶的底物?？烧T導(dǎo)該酶合成的現(xiàn)象。如食物消化吸收后，血中多種氨基酸濃度增加，若不被迅速轉(zhuǎn)化和代謝，不但能從腎小球?yàn)V過，其中升高的支鏈氨基酸和芳香族氨基酸還可引起神經(jīng)傳遞障礙。

（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏1.底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用酶的底物常可誘導(dǎo)該酶2.產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏作用

7－羥膽固醇抑制膽固醇合成關(guān)鍵酶羥甲基戊二酰輔酶A(HMGCoA)還原酶的活性。其終產(chǎn)物膽固醇則抑制HMGCoA的合成（肝和骨髓中）。腸黏膜中膽固醇的合成不受這種反饋調(diào)節(jié)的影響。因此攝食大量膽固醇，血漿膽固醇有升高危險(xiǎn)。表明一條代謝通路的產(chǎn)物不但可通過變構(gòu)調(diào)節(jié)直接抑制酶系中的關(guān)鍵酶或起催化起始反應(yīng)作用的酶，有時(shí)還可阻遏這些酶的合成。

2.產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏作用7－羥膽固醇抑制膽固醇合成關(guān)3.激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用

胰島素除可增強(qiáng)肝HMGCoA還原酶的活性外，還可誘導(dǎo)肝HMGCoA還原酶的合成而促進(jìn)肝合成膽固醇；胰高血糖素和糖皮質(zhì)激素降低HMGCoA還原酶活性以減少膽固醇合成。表明激素是高等動(dòng)物體內(nèi)影響酶合成的最重要的調(diào)節(jié)因素。

3.激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用胰島素除可增強(qiáng)肝HM4.藥物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用

藥物代謝酶---單加氧酶是許多藥物和毒物在肝內(nèi)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的酶，可被其底物誘導(dǎo)合成，而促進(jìn)藥物本身或其他藥物的氧化失活，對(duì)防止藥物中毒和累積有重要意義。但其可促進(jìn)藥物的生物轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)耐藥現(xiàn)象。4.藥物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用藥物代謝酶---單加氧酶是許多(二）酶蛋白降解的調(diào)控

改變酶蛋白降解速率調(diào)節(jié)胞內(nèi)酶的含量，來調(diào)節(jié)酶活性。酶蛋白受細(xì)胞內(nèi)溶酶體中蛋白水解酶催化而降解，凡能改變蛋白水解酶活性或蛋白水解酶在溶酶體內(nèi)分布的因素，都可影響酶蛋白的降解速率。細(xì)胞內(nèi)還存在蛋白酶體，由多種蛋白水解酶組成，當(dāng)待降解的酶蛋白與泛素結(jié)合而被泛素化即可使該酶蛋白迅速降解。(二）酶蛋白降解的調(diào)控改變酶蛋白降解速率調(diào)節(jié)胞內(nèi)酶第16篇代謝調(diào)控課件第二節(jié)激素對(duì)物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)（激素水平的代謝調(diào)節(jié)）

第二節(jié)

激素是由特定細(xì)胞合成并分泌的化學(xué)物質(zhì)，它隨血液循環(huán)于全身，作用于特定的組織或細(xì)胞(稱為靶組織或靶細(xì)胞，targetcell)，引起細(xì)胞物質(zhì)代謝沿著一定的方向進(jìn)行而產(chǎn)生特定生物學(xué)效應(yīng)。激素是由特定細(xì)胞合成并分泌的化學(xué)物質(zhì)，它隨血液循環(huán)于第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第三節(jié)整體水平的代謝調(diào)節(jié)第三節(jié)一、應(yīng)激狀態(tài)下的代謝調(diào)節(jié)

應(yīng)激（stress）是人體受到諸如創(chuàng)傷、劇痛、凍傷、缺氧、中毒、感染、以及劇烈激動(dòng)等刺激所作出一系列反應(yīng)的“緊張狀態(tài)”。應(yīng)激伴有神經(jīng)－體液的改變：交感神經(jīng)興奮腎上腺髓質(zhì)和皮質(zhì)激素分泌增加胰高血糖素和生長(zhǎng)激素升高、胰島素降低。一、應(yīng)激狀態(tài)下的代謝調(diào)節(jié)應(yīng)激（stress）是人體第16篇代謝調(diào)控課件二、饑餓時(shí)的代謝調(diào)節(jié)在某些生理和病理情況下，未進(jìn)食或不能進(jìn)食時(shí)若不能得到及時(shí)補(bǔ)充葡萄糖或治療，則體內(nèi)在神經(jīng)—體液系統(tǒng)的影響下發(fā)生一系列的代謝變化。二、饑餓時(shí)的代謝調(diào)節(jié)

(一）

短期饑餓

不進(jìn)食1～3天后，肝糖原減少---血糖降低---胰島素減少/胰高血糖素增加，----引起一系列的代謝變化。1.肌肉釋放氨基酸加速2.糖異生作用增強(qiáng)3.脂肪動(dòng)員加強(qiáng)，酮體生成增多4.組織對(duì)葡萄糖的利用降低(一）

短期饑餓

（二）長(zhǎng)期饑餓脂肪動(dòng)員加速，酮體生成增多2.用脂肪酸為能源，以保證酮體優(yōu)先供應(yīng)腦組織3.酮體增高作用于肌肉，減少肌蛋白分解4.腎糖異生作用增強(qiáng)5.肌肉蛋白質(zhì)分解減少，負(fù)氮平衡改善，此時(shí)尿中排出減少而尿氨增加。（二）長(zhǎng)期饑餓三、糖尿病患者體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)

糖尿病由多種病因引起以慢性高血糖為特征的代謝紊亂。其確切病因目前公認(rèn)與遺傳、自身免疫和環(huán)境因素等有關(guān)。I型糖尿?。ㄒ葝u素絕對(duì)不足）II型糖尿?。ㄒ葝u素相對(duì)不足）胰島素絕對(duì)或相對(duì)不足可引起機(jī)體多種酶活性的變化或誘導(dǎo)、阻遏某些酶蛋白的生物合成，導(dǎo)致糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等代謝異常。三、糖尿病患者體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)糖尿病由多種病因引起以慢（一）糖代謝紊亂

（一）糖代謝紊亂（二）脂肪代謝紊亂(1)磷酸戊糖途徑減弱---（NADPH）減少---脂肪合成減少---消瘦；(2)由于肝糖原合成儲(chǔ)存減少----脂肪入肝沉積、肝細(xì)胞變性、肝腫大為脂肪肝。(3)重癥---脂肪動(dòng)員增加---脂肪酸----線粒體-----氧化生成乙酰CoA，-----不能完全被氧化------生成大量酮體。酮體生成過多/胰島素不足----氧化利用減慢，----為酮血癥（ketonemia）和酮尿(ketonuria)。

（二）脂肪代謝紊亂（三）蛋白質(zhì)代謝紊亂糖尿病酮癥時(shí)----肌肉和肝中蛋白質(zhì)合成減少/分解增多---呈負(fù)氮平衡。胰島素不足----生糖氨基酸---轉(zhuǎn)化為葡萄糖---血糖升高；生酮氨基酸升高---轉(zhuǎn)化為酮體-----血酮升高----酮血癥-----酮癥酸中毒負(fù)氮平衡-----消瘦、乏力、抵抗力差、易感染、傷口不宜愈合，小兒生長(zhǎng)發(fā)育受阻。

（三）蛋白質(zhì)代謝紊亂第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件

第16章

物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)

（MetabolicRegulation

）

第16章

物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)

（Metabolic物質(zhì)代謝是生物體實(shí)現(xiàn)與外界環(huán)境的物質(zhì)交換、自我更新以及機(jī)體內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，保證各種生命現(xiàn)象和生理功能的化學(xué)基礎(chǔ)，是生命的基本特征。物質(zhì)代謝包括合成代謝與分解代謝兩方面，并處于動(dòng)態(tài)平衡。物質(zhì)代謝的正常進(jìn)行，是生命活動(dòng)的保證；而物質(zhì)代謝的紊亂則往往是一些疾病的重要原因；物質(zhì)代謝的停止，生命也隨之終結(jié)。物質(zhì)代謝是生物體實(shí)現(xiàn)與外界環(huán)境的物質(zhì)交換、自我更新以及機(jī)體內(nèi)第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件

生物體物質(zhì)代謝由許多連續(xù)和相關(guān)的代謝途徑所組成，每一條代謝途徑又包含一系列酶促反應(yīng)，是一完整統(tǒng)一的過程，各反應(yīng)過程相互作用、相互聯(lián)系和相互制約下進(jìn)行，錯(cuò)綜復(fù)雜的代謝過程是相互協(xié)調(diào)的。

生物體物質(zhì)代謝由許多連續(xù)和相關(guān)的代謝途徑所組成，機(jī)體各種物質(zhì)代謝為適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化，有條不紊的進(jìn)行，不斷對(duì)各種物質(zhì)代謝的強(qiáng)度、方向和速率進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，即代謝調(diào)節(jié)。代謝調(diào)節(jié)是生命的重要特征。

機(jī)體各種物質(zhì)代謝為適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化，有條不紊的進(jìn)行，

生物體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中逐步形成的一種適應(yīng)能力。神經(jīng)調(diào)節(jié)隨著生物神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展而發(fā)展。原始的代謝調(diào)節(jié)是激素調(diào)節(jié)；而最基礎(chǔ)則是細(xì)胞內(nèi)的調(diào)節(jié)。

生物體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)是在長(zhǎng)期進(jìn)化第16篇代謝調(diào)控課件第二節(jié)

細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)

第二節(jié)

細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)

細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)：是通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對(duì)酶活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。（原始調(diào)節(jié)）

是一切生物都具有的調(diào)節(jié)方式，在高等生物是其他水平調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)：是通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化第16篇代謝調(diào)控課件（一）酶在細(xì)胞內(nèi)隔離（一）酶在細(xì)胞內(nèi)隔離真核細(xì)胞中酶分布與原核細(xì)胞不同，因具有多種內(nèi)膜系統(tǒng)，可形成不同胞內(nèi)區(qū)域，從而導(dǎo)致真核細(xì)胞中酶的分布的區(qū)域化(compartmentation)，即酶有一定的布局和定位。1.酶在細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化分布

真核細(xì)胞中酶分布與1.酶在細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化分布

各種代謝途徑的酶都集中并分布于具有一定結(jié)構(gòu)的亞細(xì)胞或存在于胞漿的可溶部分。避免各種代謝途徑的酶互相干擾，而且有利于它們協(xié)調(diào)地發(fā)揮作用。酶在細(xì)胞內(nèi)隔離和集中分布是代謝調(diào)節(jié)的一種重要方式。各種代謝途徑的酶都集中并分布于具有一定結(jié)構(gòu)的亞細(xì)胞真核細(xì)胞主要代謝途徑與酶的區(qū)域分布代謝途徑（酶或酶系）細(xì)胞內(nèi)分布代謝途徑（酶或酶系）細(xì)胞內(nèi)分布糖酵解胞液氧化磷酸化(呼吸鏈)線粒體三羧酸循環(huán)線粒體尿素合成胞液、線粒體磷酸戊糖途徑胞液蛋白質(zhì)合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞液糖異生胞液DNA合成細(xì)胞核糖原合成與分解胞液mRNA合成細(xì)胞核脂肪酸β氧化線粒體tRNA合成核質(zhì)脂肪酸合成胞液rRNA合成核仁呼吸鏈線粒體血紅素合成胞液、線粒體多種水解酶溶酶體膽紅素生成微粒體、胞液磷脂合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膽固醇合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞液

真核細(xì)胞主要代謝途徑與酶的區(qū)域分布2多酶體系與多功能酶

多酶體系:由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物。如丙酮酸脫氫酶復(fù)合體多功能酶:一些酶系在進(jìn)化過程中由于基因融合，形一條多肽鏈卻具有不同功能的酶，也稱串聯(lián)酶。

2多酶體系與多功能酶多酶體系:由幾種不同功能的酶彼此聚脂肪酸合成酶系一條多肽鏈包括7種催化活性一種?；d體蛋白脂肪酸合成酶系多酶體系有助于代謝的順利進(jìn)行多功能酶便于調(diào)控。多酶體系有助于代謝的順利進(jìn)行

3.同工酶

催化相同化學(xué)反應(yīng)的酶，分布同一細(xì)胞內(nèi)不同亞細(xì)胞，或不同組織細(xì)胞，同工酶催化同一化學(xué)反應(yīng)，但其底物專一性與親和力及動(dòng)力學(xué)都有不同，所催化的反應(yīng)方向有所不同。所以在不同的組織、或不同的細(xì)胞類型、或同一細(xì)胞的不同細(xì)胞器中具有不同的質(zhì)和量及不同活性，發(fā)揮不同的作用調(diào)節(jié)代謝進(jìn)行的不同方向。3.同工酶（二）細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)的基本方式

（二）細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)的基本方式

一些重要代謝途徑的限速酶（關(guān)鍵酶）代謝途徑限速酶糖酵解己糖激酶，磷酸果糖激酶-1，丙酮酸激酶磷酸戊糖途徑葡萄糖-6-磷酸脫氫酶糖異生丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖-1，6-二磷酸酶，葡萄糖-6-磷酸酶三羧酸循環(huán)檸檬酸合成酶，異檸檬酸脫氫酶，

α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體糖原合成糖原合成酶糖原分解磷酸化酶脂肪分解三酰甘油脂肪酶脂酸合成乙酰輔酶A羧化酶酮體合成HMG輔酶A合成酶膽固醇合成HMG輔酶A還原酶尿素合成精氨酸代琥珀酸合成酶血紅素合成ALA合成酶一些重要代謝途徑的限速酶（關(guān)鍵酶）1、反饋調(diào)節(jié)：代謝途徑的底物或終產(chǎn)物影響催化該途徑起始反應(yīng)的酶的活性，即反饋調(diào)節(jié)。負(fù)反饋（反饋抑制）：終產(chǎn)物的積累抑制初始步驟的酶活性，使得反應(yīng)減慢或停止。使代謝產(chǎn)物生成不至過多，能量有效利用不浪費(fèi)正反饋：代謝過程中某中間產(chǎn)物可使本途徑前行酶活化，加速反應(yīng)進(jìn)行1、反饋調(diào)節(jié)：代謝途徑的底物或終產(chǎn)物影響催化該途徑起始反應(yīng)的2.底物循環(huán)代謝途徑中某些可逆反應(yīng)的正反方向是由不同酶催化進(jìn)行的，即不同酶催化單向反應(yīng)使得兩個(gè)作用物互變，由此構(gòu)成的循環(huán)為底物循環(huán)

B、C兩種代謝物之間進(jìn)行的單向不可逆反應(yīng)。2.底物循環(huán)3.級(jí)聯(lián)反應(yīng)

在一個(gè)連鎖反應(yīng)中，當(dāng)一個(gè)酶受到激活后，其他酶依次被激活，引起原始信號(hào)的放大，這種連鎖反應(yīng)系統(tǒng)被稱為級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，所催化的反應(yīng)被稱為級(jí)聯(lián)反應(yīng)。3.級(jí)聯(lián)反應(yīng)肝糖原合成糖原合成酶磷酸化肝糖原分解磷酸化酶脫磷酸化可在不同酶的催化下相互轉(zhuǎn)變，而催化其轉(zhuǎn)變的酶本身也可磷酸化和脫磷酸化，發(fā)生無活性及活性轉(zhuǎn)變，其相互轉(zhuǎn)變也受酶催化，構(gòu)成級(jí)聯(lián)反應(yīng)。所以反應(yīng)快、效率高，屬于快速調(diào)節(jié)方式。級(jí)聯(lián)反應(yīng)作用：放大效應(yīng)使級(jí)聯(lián)中各級(jí)都可進(jìn)行調(diào)節(jié)。肝糖原合成糖原合成酶磷酸化二、細(xì)胞內(nèi)對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)二、細(xì)胞內(nèi)對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)（一）變構(gòu)調(diào)節(jié)

某些小分子化合物能與酶活性中心之外的部位特異地非共價(jià)可逆結(jié)合，引起酶蛋白的分子構(gòu)象發(fā)生改變，而改變酶的活性，這種現(xiàn)象稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)重要方式）（一）變構(gòu)調(diào)節(jié)某些小分子化合物能與酶活性中心之外的部第16篇代謝調(diào)控課件糖和脂肪代謝酶系中某些變構(gòu)酶及其變構(gòu)效應(yīng)劑代謝途徑變構(gòu)酶 變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑糖酵解己糖激酶 AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶-1FDP檸檬酸丙酮酸激酶FDPATP、乙酸CoA三羧酸循環(huán)檸檬酸合成酶AMPATP、長(zhǎng)鏈脂酰CoA異檸檬酸脫氫酶AMP、ADPATP糖異生丙酮酸羧化酶乙酰CoA、ATPAMP果糖－1,6－二磷酸酶5’-AMPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP、G-1-P、PiATP、G-6-P糖原合成糖原合酶G-6-P脂肪酸合成乙酰CoA羧化酶檸檬酸、異檸檬酸長(zhǎng)鏈脂酰CoA膽固醇合成HMG－CoA還原酶膽固醇氨基酸代謝谷氨酸脫氫酶ADP、亮氨酸、甲硫氨酸ATP、GTP、NADH嘌呤合成PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶PRPPAMP、ADP、GMP、

GDP嘧啶合成天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn) CTP移酶血紅素合成ALA合成酶血紅素糖和脂肪代謝酶系中某些變構(gòu)酶及其變構(gòu)效應(yīng)劑第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件

3.變構(gòu)酶的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不符合米曼氏方程式酶促反應(yīng)速率和作用物濃度的關(guān)系曲線不呈矩形而常常呈S形(正協(xié)同效應(yīng)）或比矩形雙曲線更陡峭的曲線（負(fù)協(xié)同效應(yīng)）

3.變構(gòu)酶的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不符合米曼氏方程式

4.變構(gòu)效應(yīng)為酶的快速調(diào)節(jié)主要形式，代謝速率的改變，常常是由于影響了整條代謝通路中催化第一步反應(yīng)的酶或整條代謝反應(yīng)中限速酶的活性而引起的。4.變構(gòu)效應(yīng)為酶的快速調(diào)節(jié)主要形式，代謝速率的改變，

5.變構(gòu)酶受一些代謝產(chǎn)物的抑制或激活，是通過變構(gòu)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。因而這些酶的活力受到代謝產(chǎn)物濃度的調(diào)節(jié)，這對(duì)機(jī)體的自身代謝調(diào)控具有重要的意義。

5.變構(gòu)酶受一些代謝產(chǎn)物的抑制或激活，是通過變構(gòu)效應(yīng)6.變構(gòu)調(diào)節(jié)過程不需要能量。

6.變構(gòu)調(diào)節(jié)過程不需要能量。

7.變構(gòu)效應(yīng)劑可以是酶的底物，也可以是酶系的終產(chǎn)物，以及與它們結(jié)構(gòu)不同的其他化合物，一般都是小分子物質(zhì)。一種酶可有多種變構(gòu)效應(yīng)劑存在。7.變構(gòu)效應(yīng)劑可以是酶的底物，也可以是酶系的終產(chǎn)物（二）化學(xué)修飾調(diào)節(jié)

（二）化學(xué)修飾調(diào)節(jié)第16篇代謝調(diào)控課件第16篇代謝調(diào)控課件某些酶的酶促化學(xué)修飾調(diào)節(jié)酶類反應(yīng)類型效應(yīng)磷酸果糖激酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫氫酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫羧酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活糖原磷酸化酶磷酸化／脫磷酸激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化／脫磷酸激活/抑制磷酸化酶磷酸酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活糖元合成酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活甘油三酯脂肪酶（脂肪細(xì)胞）磷酸化／脫磷酸激活/抑制HMG-CoA還原酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活HMG-CoA還原酶激酶磷酸化／脫磷酸激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活谷氨酰胺合成酶（大腸桿菌）腺苷化／脫腺苷抑制/激活黃嘌呤氧化(脫氫)酶－SH/-S-S-脫氫/氧化某些酶的酶促化學(xué)修飾調(diào)節(jié)肌肉磷酸化酶的酶促化學(xué)修飾作用

肌肉磷酸化酶的酶促化學(xué)修飾作用第16篇代謝調(diào)控課件三、細(xì)胞內(nèi)對(duì)酶含量的調(diào)節(jié)三、細(xì)胞內(nèi)對(duì)酶含量的調(diào)節(jié)

生物體通過改變酶的合成或降解速率以控制酶的絕對(duì)含量來調(diào)節(jié)代謝。根據(jù)對(duì)酶需要的情況開啟或關(guān)閉酶蛋白質(zhì)合成的基因，同時(shí)控制酶降解的速率，此過程耗能，所需時(shí)間較長(zhǎng)，因此酶含量的調(diào)節(jié)屬遲緩調(diào)節(jié)。生物體通過改變酶的合成或降解速率以控制酶的絕對(duì)含量來1.底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用

酶的底物常可誘導(dǎo)該酶合成的現(xiàn)象。如食物消化吸收后，血中多種氨基酸濃度增加，若不被迅速轉(zhuǎn)化和代謝，不但能從腎小球?yàn)V過，其中升高的支鏈氨基酸和芳香族氨基酸還可引起神經(jīng)傳遞障礙。

（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏1.底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用酶的底物常可誘導(dǎo)該酶2.產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏作用

7－羥膽固醇抑制膽固醇合成關(guān)鍵酶羥甲基戊二酰輔酶A(HMGCoA)還原酶的活性。其終產(chǎn)物膽固醇則抑制HMGCoA的合成（肝和骨髓中）。腸黏膜中膽固醇的合成不受這種反饋調(diào)節(jié)的影響。因此攝食大量膽固醇，血漿膽固醇有升高危險(xiǎn)。表明一條代謝通路的產(chǎn)物不但可通過變構(gòu)調(diào)節(jié)直接抑制酶系中的關(guān)鍵酶或起催化起始反應(yīng)作用的酶，有時(shí)還可阻遏這些酶的合成。

2.產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏作用7－羥膽固醇抑制膽固醇合成關(guān)3.激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用

胰島素除可增強(qiáng)肝HMGCoA還原酶的活性外，還可誘導(dǎo)肝HMGCoA還原酶的合成而促進(jìn)肝合成膽固醇；胰高血糖素和糖皮質(zhì)激素降低HMGCoA還原酶活性以減少膽固醇合成。表明激素是高等動(dòng)物體內(nèi)影響酶合成的最重要的調(diào)節(jié)因素。

3.激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用胰島素除可增強(qiáng)肝HM4.藥物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用

藥物代謝酶---單加氧酶是許多藥物和毒物在肝內(nèi)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的酶，可被其底物誘導(dǎo)合成，而促進(jìn)藥物本身或其他藥物的氧化失活，對(duì)防止藥物中毒和累積有重要意義。但其可促進(jìn)藥物的生物轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)耐藥現(xiàn)象。4.藥物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)作用藥物代謝酶---單加氧酶是許多(二）酶蛋白降解的調(diào)控

改變酶蛋白降解速率調(diào)節(jié)胞內(nèi)酶的含量，來調(diào)節(jié)酶活性。酶蛋白受細(xì)胞內(nèi)溶酶體中蛋白水解酶催化而降解，凡能改變蛋白水解酶活性或蛋白水解酶在溶酶體內(nèi)分布的因素，都可影響酶蛋白的降解速率。細(xì)胞內(nèi)還存在蛋白酶體，由多種蛋白水解酶組成，當(dāng)待降解的酶蛋白與泛素結(jié)合而被泛