《代谢调节生物化学》PPT课件.ppt

第十一章 物质代谢调节,生命存在的三大要素,物质代谢 能量代谢 代谢调节,物质代谢的特点 The Specialty of Metabolism,第 一 节,一、整体性,各种物质代谢之间互有联系，相互依存。,二、代谢调节,机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度,内外环境 不断变化,影响机体代谢,适应环境的变化,三、各组织、器官物质代谢各具特色,结构不同,酶系的种类、含量不同,不同的组织、器官,代谢途径不同、功能各异,四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池,例如,五、ATP是机体能量利用的共同形式,营养物分 解,六、NADPH是合成代谢所需的还原当量,例如,乙酰CoA,NADPH + H+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,物质代谢的相互联系 Metabolic Interrelationships,第 二 节,一、在能量代谢上的相互联系,三大营养素,共同中间产物,共同最终代谢通路,三大营养素可在体内氧化供能。,从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。 一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。,任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。,例如,饥饿时,肝糖原分解 ，肌糖原分解,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,（一）糖代谢与脂代谢的相互联系,1. 摄入的糖量超过能量消耗时,二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系,2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖,3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响,饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时,（二）糖与氨基酸代谢的相互联系,例如,丙氨酸,丙酮酸,脱氨基,糖异生,葡萄糖,1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。,2. 糖代谢的中间产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,柠檬酸,-酮戊二酸,1. 蛋白质可以转变为脂肪,2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料,（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系, 但不能说，脂类可转变为氨基酸。,3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸,（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系,1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料,2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,目 录,组织、器官的代谢特点及联系,Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus,第 三 节,是机体物质代谢的枢纽。 在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。,肝,肝在维持血糖稳定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供能为主。,心脏,耗能大，耗氧多。 葡萄糖为主要能源。 不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。,脑,合成、储存糖原； 通常以脂酸氧化为主要供能方式； 剧烈运动时，以糖酵解为主。,肌 肉,能量主要来自糖酵解。,红细胞,合成及储存脂肪的重要组织； 将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。,脂肪组织,也可进行糖异生和生成酮体； 肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。,肾脏,代 谢 调 节 The Regulation of Metabolism,第 四 节,代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。,单细胞生物,高等生物 三级水平代谢调节,细胞水平代谢调节,一、细胞水平的代谢调节, 细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。 细胞内酶呈隔离分布。 代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key enzyme)的活性决定。 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,细胞内酶的隔离分布,一、酶在细胞内的分隔分布,催化不同代谢的酶分隔分布在不同的亚细胞结构中 但个代谢途径又相互联系,酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。,多酶体系在细胞内的分布,二、代谢调节作用点 限速酶、关键酶,限速酶（rate-limiting enzyme) 体内代谢是一系列酶促反应的总和， 整个代谢途径速度取决于多酶体系中催化活力最低、米氏常数最大、催化反应速度最慢的酶 此酶起着限速作用，代谢调节的作用点。,限速酶,关键酶（key enzyme),几条代谢途径有交叉/共同的代谢中间物 丙酮酸 6-磷酸葡萄糖 乙酰CoA -酮戊二酸,乙酰CoA的来源和去路,葡萄糖 脂肪酸 酮体 氨基酸 乙酰CoA 胆固醇 三羧酸循环 酮体 脂肪酸, 速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶(limiting velocity enzymes)。, 催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。, 这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。,关键酶催化的反应具有以下特点：,代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定 。,例：糖代谢的关键酶,关键酶的活力调节,酶活性调节方式 别构调节 化学修饰调节,酶含量调节方式 诱导 阻遏,快速代谢,迟缓代谢, 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,三、酶的别构调节,1、概念 酶（别构酶,四级结构）分子因受 某些物质（别构剂:激活剂/抑制剂） 的影响,在调节亚基部位非共价结合, 而发生轻微的构象变化(疏松/紧密)， 从而影响酶的活性。,被调节的酶称为变构酶或别构酶 (allosteric enzyme) 使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂 (allosteric effector), 变构激活剂allosteric effector 引起酶活性增加的变构效应剂。 变构抑制剂allosteric effector 引起酶活性降低的变构效应剂。,变构效应剂 + 酶的调节亚基,R,R,C,C,R,R,R,R,C,C,C,C,酶活性增加/降低,-生理小分子物质：代谢产物、底物、其他 和调节基团非共价、可逆结合 酶的别构调节,酶分子,R,R,C,C,R,R,R,R,C,C,C,C,酶活性增加/降低,-生理小分子物质：代谢产物、底物、其他 和调节基团非共价、可逆结合 酶的别构调节,酶分子,2. 变构调节的机制,变构酶,催化亚基,调节亚基,变构效应剂：,底物、终产物 其他小分子代谢物,3. 变构调节的生理意义, 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。,变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,四、酶的化学修饰调节,1、概念 酶蛋白多肽链上某些基团可在另一酶的催 化下发生可逆地共价修饰，如：酶蛋白上的-OH 基团可磷酸化或去磷酸化，或者是某些基团的乙 酰化，去乙酰化的互变等，而导致酶活性的改变， 受这类作用影响的酶称为修饰酶，这种作用称为 酶的化学修饰。为酶活性的快调节。,2. 化学修饰的主要方式,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 S S 互变,酶的磷酸化与脱磷酸化,-OH,酶活性增加/降低,-磷酸基团、乙酰基、甲基等， 和调节基团共价、可逆结合 酶的化学修饰（共价修饰）调节,酶分子,酶,ATP,ADP,-OH,-OH,-OH,P,P,酶活性增加/降低,-磷酸基团、乙酰基、甲基等， 和调节基团共价、可逆结合 酶的化学修饰（共价修饰）调节,酶分子,磷酸酶,ATP,ADP,-OH,P,-OH,-OH,-OH,P,3. 化学修饰的特点,酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。 具有放大效应，效率较变构调节高。 磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。,同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。,酶别构调节与化学修饰调节的比较,某些酶同时存在两种调节方式 别构调节是细胞的基本调节方式 化学修饰调节是高效的调节方式,六、酶含量的调节,1、酶蛋白生物合成的诱导与阻遏 诱导（induction ）-使蛋白质合成增加 阻遏（repression）-使蛋白质合成减少 诱导与阻遏转录/翻译过程 是迟缓调节,诱导 底物诱导 Trp诱导色氨酸吡咯酶的合成 激素诱导 糖皮质激素药物 药物诱导 安眠药苯巴比妥,阻遏 产物阻遏 高胆固醇抑制HMG-CoA还原酶,2. 酶蛋白降解,通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。,第二节 激素水平的调节,制造分泌 血液 内分泌细胞 激素 靶细胞 生物学效应 （第一信使）（受体）,激素,作用特点,量小作用大 有特异性 作用迅速,激素的受体（receptor）,化学本质 存在部位,蛋白质 靶细胞质膜 靶细胞内 靶细胞质膜和靶细胞内,特点 （1）高度的特异性 （2）高度的亲和 （3）结合的可逆性 （4）生物学效应,激素1- 受体1 非共价键结合（可逆） 和结合量成正比 1. 血中激素的量 2. 靶细胞上的受体的量 3. 激素与受体的亲和力,激素的受体（receptor）,胰岛素主要通过靶细胞膜受体发挥作用 胰岛素抵抗的异质性 胰岛素抗性蛋白,举例：胰岛素调节代谢的作用机制,激素分类, 膜受体激素 胞内受体激素,按激素受体在细胞的部位不同，分为：,1. 膜受体激素的作用方式,激素作用方式,2. 胞内受体激素的作用方式,（一）饥饿,糖原消耗,血糖趋于降低,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）,三、整体水平的代谢调节,（1）蛋白质代谢变化,分解加强，氨基酸异生成糖,（2）糖代谢变化,糖异生加强， 组织对葡萄糖利用降低,（3）脂代谢变化,脂肪动员加强，酮体生成增多,整体调节=神经-体液调节 神经系统协调调节几种激素 多种激素共同协调调节,一、饥饿时的代谢调节,饥饿： 正常生活、工作 病理情况：昏迷、胃肠道手术后、 消化道疾病、厌食 饥饿时机体综合调节目标 -血糖浓度的低水平维持 （提供草酰乙酸）,激素水平的调节,降血糖激素 抗脂解激素 胰岛素,升血糖激素 脂解激素 胰高血糖素 肾上腺皮质激素 肾上腺素,细胞水平调节,肝脏 肝糖原分解 糖异生增加,外周组织 葡萄糖利用减少 酮体利用增加 脂肪酸分解增加 蛋白质分解增加,低血糖临床症状和处置,=2mmol/L时: 心悸、出汗、脸色苍白、心动过速 酮症酸中毒 负氮平衡： 明显消耗体质、抵抗力下降 处置： 及时抢救，输入葡萄糖,二、应急时的代谢调节,应急(stress) 创伤、手术、缺氧、寒冷、休克、感染、剧烈疼痛、中毒、强烈情绪激动 应急时的代谢调节： -神经-体液综合整体调节,应急时机体各组织的供能物质,