第16章物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)控制

第16章物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)控制16.0概述1.生物體內(nèi)各種代謝途徑相互聯(lián)系，有條不紊進行代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是新陳代謝的重要途徑之一2.代謝調(diào)節(jié)在3個不同水平上進行分子水平（酶水平）細胞水平多細胞整體水平（激素調(diào)節(jié)、神經(jīng)調(diào)節(jié)）最基本調(diào)節(jié)方式16.1物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系1.糖代謝與脂肪代謝的相互關(guān)系糖可以在生物體內(nèi)變成脂肪。（北京鴨的故事）脂肪不能大量轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，除了油料作物種子。

磷酸二羥丙酮丙酮酸甘油乙酰CoA脂肪酸脂肪-甘油磷酸磷酸二羥丙酮糖脂肪酸乙酰輔酶A琥珀酸草酰乙酸丙酮酸-氧化乙醛酸循環(huán)TCA循環(huán)CO2+H2O糖尿?。褐就w

在血液中產(chǎn)生酸中毒或到達肌肉中提供能源在饑餓時也產(chǎn)生與糖尿病類似的情況。脂肪糖乙酰乙酸丙酮-羥丁酸（植物）（動物）2.糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的關(guān)系糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被帷５鞍踪|(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?.脂肪代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系由脂肪合成蛋白質(zhì)的可能性是有限的，實際上僅限于Glu。蛋白質(zhì)間接地轉(zhuǎn)變?yōu)橹尽２蒗Ｒ宜帷於岚被嶂惙肿又械母视?/p>

丙酮酸

蛋白質(zhì)甘油生酮氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸脂肪酸丙酮酸乙酰輔酶A丙二酸單酰輔酶A脂肪

脂類分解過程中產(chǎn)生較多的能量，可作為體內(nèi)貯藏能量的物質(zhì)。脂肪酸乙酰輔酶A-氧化TCA循環(huán)草酰乙酸—酮戊二酸蘋果酸氨基酸琥珀酸乙醛酸循環(huán)4.核酸與其他物質(zhì)代謝的相互關(guān)系蛋白質(zhì)代謝為嘌呤和嘧啶的合成提供許多原料；糖類產(chǎn)生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的來源。核酸是細胞內(nèi)的重要遺傳物質(zhì)，可通過控制蛋白質(zhì)的合成影響細胞的組成成分和代謝類型16.2分子水平的調(diào)節(jié)0、分子水平的調(diào)節(jié)即酶水平的調(diào)節(jié)，是最基本的代謝調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶濃度的調(diào)節(jié)——基因表達調(diào)節(jié)別構(gòu)效應(yīng)共價修飾（快速調(diào)節(jié)）（慢速調(diào)節(jié)）1.酶活性的調(diào)節(jié)（1）反饋調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)系統(tǒng)中的最終產(chǎn)物對起始步驟的酶的活性的調(diào)節(jié)作用（正反饋、負反饋）En-1E0E1En-1反饋S0S1Sn（1）別構(gòu)調(diào)節(jié)具有別構(gòu)調(diào)節(jié)作用的酶大多數(shù)為寡聚酶，一般由兩個或兩個以上的亞基組成。小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位（別構(gòu)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)。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)調(diào)節(jié)的機制乙酰CoA

乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA長鏈脂酰CoA變構(gòu)效應(yīng)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）共價修飾調(diào)節(jié)作用酶蛋白肽鏈上某些集團在酶的催化下發(fā)生可逆的共價修飾(covalentmodification)，使酶處于活性與無活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的共價修飾調(diào)節(jié)作用。磷酸化---去磷酸化乙?；?--脫乙?；谆?--去甲基化腺苷化---脫腺苷化SH與–S—S–互變尿苷化---脫尿苷化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-磷酸化的酶蛋白共價修飾調(diào)節(jié)與別構(gòu)調(diào)節(jié)區(qū)別修飾集團以共價鍵與酶分子結(jié)合；修飾過程是酶促反應(yīng)，對調(diào)節(jié)信號有放大效應(yīng)

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)。磷酸化與脫磷酸是最常見的共價修飾方式。級聯(lián)放大系統(tǒng)：在一系列反應(yīng)中，一個酶被共價修飾活化后又引起后續(xù)反應(yīng)中每個酶的共價活化，這樣逐級將信號放大的系統(tǒng)。演示2.基因表達的調(diào)節(jié)(酶濃度調(diào)節(jié)）酶生物合成在轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平受到調(diào)節(jié)。（1）原核生物基因表達調(diào)節(jié)乳糖操縱子模型。（2）真核生物基因表達的調(diào)控為多級調(diào)控方式：轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控、翻譯水平調(diào)控、翻譯后水平調(diào)控。2.酶合成的誘導(dǎo)與阻遏的操縱子模型

（1）酶的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白阻遏蛋白阻擋操縱基因，結(jié)構(gòu)基因不表達。調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白誘導(dǎo)物mRNA酶蛋白JacobandMonod的操縱子模型（1961）1.操縱子：是基因表達的協(xié)調(diào)單位，由調(diào)節(jié)基因、操縱基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白不能阻擋操縱基因，結(jié)構(gòu)基因表達。JacobandMonod的乳糖操縱子（大腸桿菌的乳糖操縱子是第一個被發(fā)現(xiàn)的操縱子）

實驗：細菌在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長，優(yōu)先利用葡萄糖。待葡萄糖耗盡時，在乳糖的誘導(dǎo)下，作用于乳糖的酶才產(chǎn)生，細菌開始利用乳糖。乳糖操縱子的誘導(dǎo)乳糖操縱子的阻遏（2）酶的阻遏調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合，使之構(gòu)象發(fā)生變化與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不能表達oEDCBAtrpmRNApoEDCBA無活性阻抑物trp色氨酸結(jié)合到阻抑物使它激活E.coli

色氨酸操縱子模型16.3細胞水平的調(diào)節(jié)代謝酶類區(qū)域化具有的生理意義即是實現(xiàn)代謝調(diào)控的一個原始方式。細胞-酶水平調(diào)控是通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的酶的種類、數(shù)量、分布或活性來控制各種代謝過程或生理過程。這類調(diào)控主要包括：細胞膜結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用和酶的活性調(diào)控作用。某些人工合成或天然存在的化學(xué)物質(zhì)也具有調(diào)控功能，主要是表現(xiàn)在對酶的活性影響方面。16.4多細胞整體水平的調(diào)節(jié)1.激素對代謝的調(diào)節(jié)激素是由多細胞生物的特殊細胞所合成、并經(jīng)體液輸送到其他部位顯示特殊生理活性的微量化學(xué)物質(zhì)。哺乳動物的激素根據(jù)化學(xué)本質(zhì)大致分為4類：氨基酸及其衍生物；肽及蛋白質(zhì)；固醇脂肪酸衍生物28含氮激素29視丘下部腦下垂體甲狀腺甲狀旁腺腎上腺胰腺雄性激素雌性激素30甲狀腺激素（氨基酸衍生物）大量少量活性：甲狀腺素（5~10）三碘甲腺原氨酸=均是Tyr的衍生物，且均為L-構(gòu)型！吸碘能力最強，可將體內(nèi)70%~80%的碘富集在其中碘化過程發(fā)生在甲狀腺球蛋白分子中的酪氨酸殘基上31胰島激素（多肽蛋白質(zhì)類激素）人的胰島主要有α、β、δ三種細胞胰高血糖素胰島素含51個氨基酸殘基32胰島素生理功能促進細胞攝取葡萄糖促進肝糖原和肌糖原的合成抑制肝糖原的分解抑制細胞內(nèi)腺苷酸環(huán)化酶活性，使cAMP產(chǎn)生顯著減少。胰島素缺乏分泌不足時，產(chǎn)生高血糖癥，糖尿病機體喪失主要能量來源酮體供能酮血癥、酸中毒33腎上腺皮質(zhì)素（類固醇激素）類固醇激素是脂溶性激素，在結(jié)構(gòu)上都是環(huán)戊烷多氫菲衍生物。生理功能：調(diào)節(jié)糖代謝：抑制糖的氧化，使血糖升高；促進蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖；調(diào)節(jié)鹽水代謝：促使體內(nèi)保留鈉離子，排除過多鉀離子；34前列腺素（脂肪酸衍生物）一類具有生理活性的物質(zhì)總稱，已發(fā)現(xiàn)幾十種，廣泛存在于生殖系統(tǒng)及其他組織中。基本結(jié)構(gòu)：含一個戊烷環(huán)及兩個脂肪側(cè)鏈，是一種二十碳脂肪酸。在側(cè)鏈的C-13和C-14之間有雙鍵，C-15含有一個羥基。不同前列腺素的區(qū)別在于：戊烷環(huán)上雙鍵位置和取代基的區(qū)別。35內(nèi)、外環(huán)境改變機體相關(guān)組織分泌激素激素與靶細胞上的受體結(jié)合靶細胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境改變激素作用機制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39cAMP（第二信使）環(huán)腺嘌呤核苷酸是最重要的一種調(diào)控信號分子。功能：激活代謝酶40腺苷酸環(huán)化酶也是一種膜結(jié)合蛋白，它的催化部位面向胞液。在Mg2＋存在下,它能催化ATP轉(zhuǎn)變成cAMP。41第二信使學(xué)說認(rèn)為一種激素的作用在于把某種調(diào)節(jié)信息由分泌細胞帶到靶細胞，所以激素是第一信使。激素本身并不進入細胞內(nèi)部，而是通過靶細胞膜上的激素受體再激活腺苷酸環(huán)化酶，使ATP轉(zhuǎn)變成環(huán)腺苷酸（cAMP）。細胞內(nèi)的cAMP的變化，引起了細胞特有的代謝活動發(fā)生變化，這種變化則表現(xiàn)出特有的生理現(xiàn)象。這里，cAMP起到了把第一信使傳來的信息傳遞到細胞內(nèi)的作用，故把細胞內(nèi)的cAMP稱為激素作用的第二信使。cAMP為第二信使的作用機理第二信使cAMP激活蛋白激酶A(PKA)的機制2.神經(jīng)系統(tǒng)對代謝的調(diào)節(jié)人及高等動物具有高度發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，這類生物的各