大学课件：生物化学之物质代谢的联系与调节

1、目录目录 第十二章 物质代谢的整合与调节物质代谢的整合与调节 Metabolic Integration 磷脂合成磷脂合成 目录目录 n酶隔离分布的意义酶隔离分布的意义: : 提高同一代谢途径酶促反应速率。使各种提高同一代谢途径酶促反应速率。使各种 代谢途径互不干扰，彼此协调，有利于调节物代谢途径互不干扰，彼此协调，有利于调节物 对各途径的特异调节。对各途径的特异调节。 目录目录 快速调节快速调节 迟缓调节迟缓调节 数秒、数分钟数秒、数分钟 通过改变酶的活性通过改变酶的活性 数小时、几天数小时、几天 通过改变酶的含量通过改变酶的含量 变构调节变构调节 (allosteric regulatio

2、n) 化学修饰调节化学修饰调节 (chemical modification) 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。 （二）酶活性调节（二）酶活性调节 目录目录 1酶的变构调节酶的变构调节 小分子化合物与酶分子活性中心以外小分子化合物与酶分子活性中心以外 的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构 象变化，从而改变酶的活性，这种调节称象变化，从而改变酶的活性，这种调节称 为酶的为酶的变构调节变构调节或或别构调节别构调节(allosteric modification) 。 （1）变构调节概念）变构调节概念 目

3、录目录 被调节的酶称为被调节的酶称为变构酶变构酶或或别构酶别构酶( (allosteric enzyme) )。 使酶发生变构效应的物质，称为使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂变构效应剂 ( (allosteric effector) ) 。 变构激活剂变构激活剂酶活性增加。酶活性增加。 变构抑制剂变构抑制剂酶活性降低。酶活性降低。 目录目录 （2）起始物或产物通过变构调节影响代谢途径）起始物或产物通过变构调节影响代谢途径 变构酶变构酶 催化亚基催化亚基 调节亚基调节亚基 变构效应剂：变构效应剂：底物、产物 底物、产物 其他小分子代谢物其他小分子代谢物 目录目录 变构效应剂变构效应剂 +

4、+ 酶的调节亚基酶的调节亚基 酶的构象改变酶的构象改变 酶的活性改变酶的活性改变 （激活或抑制（激活或抑制 ） 疏松疏松 亚基聚合亚基聚合 紧密紧密 亚基解聚亚基解聚 酶分子多聚化酶分子多聚化 目录目录 n小分子效应剂在细胞内浓度的改变能灵敏小分子效应剂在细胞内浓度的改变能灵敏 地反映代谢途径的强度和能量供求情况，并地反映代谢途径的强度和能量供求情况，并 使关键酶构象改变影响酶活性，从而调节代使关键酶构象改变影响酶活性，从而调节代 谢的强度、方向以及细胞能量的供需平衡。谢的强度、方向以及细胞能量的供需平衡。 （3） 变构调节的生理意义变构调节的生理意义 目录目录 代谢终产物代谢终产物反馈抑制反

5、馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。 6-P果糖果糖 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 1,6-2P果糖果糖 ATP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 目录目录 变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。 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 促进糖的储存促进糖的储存 目录目录 变构调节使不同的代谢途径相互协调。变构调节使不同的代谢途径相互协调。 柠檬酸柠檬酸 + 6-磷酸果糖激酶磷酸果

6、糖激酶-1 抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成 目录目录 2 酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节 1通过对酶蛋白的化学修饰调节代谢途径通过对酶蛋白的化学修饰调节代谢途径 关键酶活性关键酶活性 酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发 生可逆的生可逆的共价修饰共价修饰(covalent modification)， 从而引起酶活性改变从而引起酶活性改变。 目录目录 n化学修饰的主要方式：化学修饰的主要方式： 磷酸化磷酸化 - - - 去磷酸去磷酸 乙酰化乙酰化 - - - 脱乙酰脱乙酰 甲基化甲基化 - - - 去甲

7、基去甲基 腺苷化腺苷化 - - - 脱腺苷脱腺苷 SH 与与 S S 互变互变 目录目录 酶酶化学修饰类型化学修饰类型酶活性改变酶活性改变 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制 糖原合酶糖原合酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活 HMG-CoA还原酶还原酶磷酸化磷酸化/脱磷酸

8、脱磷酸抑制抑制/激活激活 HMG-CoA还原酶激酶还原酶激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活 脂肪细胞甘油三酯脂肪酶脂肪细胞甘油三酯脂肪酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制 黄嘌呤氧化脱氢酶黄嘌呤氧化脱氢酶SH/-S-S-脱氢酶脱氢酶/氧化酶氧化酶 酶促化学修饰对酶活性的调节酶促化学修饰对酶活性的调节 目录目录 相反的酶促化学修饰相反的酶促化学修饰, ,协调酶活性的协调酶活性的 “开开”与与“关关” 酶的磷酸化与脱磷酸反应是不可逆的，分别由酶的磷酸化与脱磷酸反应是不可逆的，分别由 蛋白激酶蛋白激酶（p

9、rotein kinase）及）及磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 (protein phosphatase) 催化完成。催化完成。 目录目录 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OH Thr Ser Tyr 酶蛋白酶蛋白 H2OPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP 蛋白激酶蛋白激酶 Thr Ser Tyr -O-PO32- 磷酸化的磷酸化的 酶蛋白酶蛋白 目录目录 2酶促化学修饰的特点酶促化学修饰的特点 ： 反应迅速，见效快；反应迅速，见效快； 在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互在不同酶的作用下，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相转变。催化互变反应的酶

10、在体内可受调节 因素如激素的调控。因素如激素的调控。 目录目录 由酶催化的；一个酶分子可催化多个底物分由酶催化的；一个酶分子可催化多个底物分 子发生反应，特异性强，并有放大效应，子发生反应，特异性强，并有放大效应，效效 率较变构调节高。率较变构调节高。 目录目录 激素激素 激素受体激素受体 ATPcAMP +PPi 酶酶A(无活性）无活性）酶酶A(有活性）有活性） 酶酶B(无活性）无活性）酶酶B(有活性）有活性） 酶酶C(无活性）无活性）酶酶C(有活性）有活性） 代谢反应代谢反应 激素激活了一个连锁信号放大激素激活了一个连锁信号放大，酶酶D浓度巨升，整个反应速度大幅度提浓度巨升，整个反应速度大

11、幅度提 高高。（。（四两拨千斤四两拨千斤） 环化酶环化酶 激活激活 10 100 104 1 106 目录目录 目录目录 u 同一个酶可以同时受变构调节和化学同一个酶可以同时受变构调节和化学 修饰调节。修饰调节。 目录目录 别构调节与共价修饰调节不同点别构调节与共价修饰调节不同点 调节代谢方向调节代谢方向 调节代谢强度调节代谢强度作用作用 意义意义 级联放大级联放大 其它酶参其它酶参 与与 共价键改变共价键改变 调节物调节物 节约能量节约能量 产物不过剩产物不过剩 放大效应，耗量放大效应，耗量 少，受激素调控少，受激素调控 无无 有有 不需要不需要 需要需要 无无 有有 代谢中小分子代谢中小分

12、子 酶酶 激素激素 （底物（底物 产物）产物） 共价修饰共价修饰别构调节别构调节 目录目录 （四）改变细胞内酶的含量可调节酶的活性（四）改变细胞内酶的含量可调节酶的活性 1调节酶蛋白含量可通过诱导或阻遏酶蛋调节酶蛋白含量可通过诱导或阻遏酶蛋 白基因的表达白基因的表达 加速酶合成的化合物称为诱导剂加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer) 减少酶合成的化合物称为阻遏剂减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor) 目录目录 n常见的诱导或阻遏方式常见的诱导或阻遏方式: : 底物对酶合成的诱导和阻遏底物对酶合成的诱导和阻遏 产物对酶合成的阻遏产物对酶合成的阻遏 激素对酶合成的诱导激素对酶合

13、成的诱导 药物对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导 目录目录 2调节细胞酶含量也可通过改变酶蛋白降解速度调节细胞酶含量也可通过改变酶蛋白降解速度 溶酶体溶酶体 蛋白酶体蛋白酶体 释放蛋白水解酶，降解蛋白质释放蛋白水解酶，降解蛋白质 泛素识别、结合蛋白质；泛素识别、结合蛋白质； 蛋白水解酶降解蛋白质蛋白水解酶降解蛋白质 通过改变酶蛋白分子的降解速度，也通过改变酶蛋白分子的降解速度，也 能调节酶的含量。能调节酶的含量。 目录目录 内、外环境改变内、外环境改变 机体相关组机体相关组 织分泌激素织分泌激素 激素与靶细胞激素与靶细胞 上的受体结合上的受体结合 靶细胞产生生物学靶细胞产生生物学 效应，适应内外

14、环效应，适应内外环 境改变境改变 n激素作用机制：激素作用机制： 二、激素通过作用特异受体调节二、激素通过作用特异受体调节 代谢过程代谢过程 目录目录 （一）糖、脂和蛋白质代谢在不同饥饿状态有（一）糖、脂和蛋白质代谢在不同饥饿状态有 不同改变不同改变 糖原消耗糖原消耗血糖趋于降低血糖趋于降低 胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少 胰高血糖素胰高血糖素分泌增加分泌增加 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化 1.短期饥饿时脂肪动员增加而减少糖的利用短期饥饿时脂肪动员增加而减少糖的利用 三、机体通过神经系统及神经三、机体通过神经系统及神经-体液途体液途 径整体调节体内物质代谢径整体调节体内物质代谢 目录

15、目录 （1）脂代谢变化）脂代谢变化 脂肪动员加强，酮体生成增多脂肪动员加强，酮体生成增多 （2）糖代谢变化）糖代谢变化 糖异生加强，糖异生加强， 组织对葡萄糖利用降低组织对葡萄糖利用降低 （3）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化 肌蛋白质分解加强，氨基酸异生成糖肌蛋白质分解加强，氨基酸异生成糖 目录目录 2长期饥饿时各组织发生与短期饥饿不同的长期饥饿时各组织发生与短期饥饿不同的 代谢改变代谢改变 ： （1）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化 蛋白质分解减少蛋白质分解减少 （2）糖代谢变化）糖代谢变化 肝肾糖异生增强肝肾糖异生增强 肝糖异生的主要原料为甘油肝糖异生的主要原料为甘油 （3）脂代谢变化）脂代谢变化 脂肪动员进一步加强脂肪动员进一步加强 脑组织利用酮体增加脑组织利用酮体增加 目录目录 （二）应激增加糖、脂和蛋白质分解的能源供（二）应激增加糖、脂和蛋白质分解的能源供 应，限制能源存积应，限制能源存积 n概念：概念： 应激应激(stress)指人体受到一些异乎寻常指人体受到一些异乎寻常 的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中 毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列 反应的反应的“ “ 紧张状态紧张状态 ” ”。 目录目录 n机体整体反应：机体整体反应： 交感神经兴奋交感神经兴奋