物质代谢的联系与调节

1、物质代谢的联系与调节Metabolic Interrelationships and RegulationMetabolic Interrelationships and Regulation大纲要求【掌握】1酶的别构调节、化学修饰调节的概念及其生理意义；2酶促化学修饰的特点；【熟悉】1物质代谢的特点；2物质代谢的相互联系；3酶量的调节。【了解】1激素调节2整体调节；3组织、器官的代谢特点及联系。物质代谢错综复杂：p参与代谢的器官多且每一器官因其结构、酶分布、含量不同而有自己的代谢特点；p参与代谢的物质多且每一物质有其独特的代谢途径；p参与代谢调节的因素多且每一因素都有其调控的方式和靶点。然而

2、体内物质代谢有条不紊，进出相当，合成与分解代谢保持平衡，既不多又不少，恰到好处。学习物质代谢的联系与调节的意义学习物质代谢的联系与调节的意义 这是因为有机体是一个整体，在这是因为有机体是一个整体，在中枢神中枢神经系统统一协调经系统统一协调下对物质代谢进行了精确的调下对物质代谢进行了精确的调节。调节得当，机体就能正常生长、发育、维节。调节得当，机体就能正常生长、发育、维持生命；调节失控，代谢就紊乱，疾病不请自持生命；调节失控，代谢就紊乱，疾病不请自来。了解物质代谢的联系与调节对基础医学和来。了解物质代谢的联系与调节对基础医学和临床医学均有一定的临床医学均有一定的研究价值研究价值和和实用意义。实用

3、意义。 物质代谢是生命的本质特征，是生命活动的物质基础。多细胞生物体的物质新陈代谢包括相互联系的三个功能部分； 第一，食物中的糖、脂及蛋白质经消化吸收进入体内，通过细胞进行的分解代谢氧化成H2O和CO2，释出能量用于合成ATP以满足生命活动的需要，生成的代谢中间物可作为合成代谢的底物分子。 第二，多种细胞分子的生物合成组成合成代谢，以分解代谢产生的某些中间物作为底物，生成的ATP提供能量，通过复杂反应过程合成核苷酸、氨基酸、单糖等生物分子。 第三，以合成代谢产生的有机分子作为构件，消耗能量，生成体现生物功能和信息的蛋白质、核酸、多糖等生物大分子。因此，机体需要和环境之间不断进行物质交换。 物质

4、代谢错综复杂，而环境又在不断的变化，为适应环境的变化，机体需要对物质代谢过程不断进行调节和整合。代谢调节包括：p产能的分解代谢与耗能的合成代谢之间的调节，p各种代谢途径之间的调节，p生物体各组织器官间代谢的调节物质代谢间的相互联系是机体代谢调节的基础。物质代谢的特点物质代谢的特点The Specialty of MetabolismThe Specialty of Metabolism第第 一一 节节一、整体性一、整体性 糖类糖类 脂类脂类蛋白质蛋白质水水 无机盐无机盐维生素维生素 消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄糖、脂类氧化放能保证Pr、核酸合成的能量需要；合成的酶蛋白作为生

5、物催化剂又是三大营养素代谢得以迅速进行的必备条件。各种代谢同时进行, 相互联系, 相互转变, 相互依存,构成统一的整体。二、代谢调节二、代谢调节机体有精细的调节机体有精细的调节机制，调节代谢的机制，调节代谢的强度、方向和速度强度、方向和速度内外环境内外环境不断变化不断变化影响机体代谢影响机体代谢适应环境适应环境的变化的变化代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征三、各组织、器官物质代谢各具特色三、各组织、器官物质代谢各具特色结构不同结构不同酶系的种类、酶系的种类、含量不同含量不同不同的组不同的组织、器官织、器官代谢途径不同、代谢途径不同、功能各异功能

6、各异四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池各种组织 消化吸收的糖 肝糖原分解糖异生血糖 体外摄入和体内物质分解产生的同一营养物质，不分彼此，混为一体共同参与中间代谢。各物质各有各的代谢池。五、五、ATPATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式六、六、NADPHNADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量乙酰乙酰CoACoANADPH + HNADPH + H+ +脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇G-6G-6- -P P脱氢酶脱氢酶苹果酸酶苹果酸酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶胞胞 浆浆物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系Metabolic I

7、nterrelationshipsMetabolic Interrelationships第第 二二 节节一、在能量代谢上的相互联系一、在能量代谢上的相互联系三大营养素三大营养素共同中共同中间产物间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoACoATACTAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPATPCOCO2 2三大营养素可在体内氧化供能。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。替，并互相制约。一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的

8、消耗。蛋白质的消耗。脂肪分解脂肪分解增强增强ATP ATP 增多增多ATP/ADP ATP/ADP 比值增高比值增高糖、脂、蛋白质分解代谢有共同的通路，所以糖、脂、蛋白质分解代谢有共同的通路，所以任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约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。其他物质的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1被抑制被抑制（糖分解代谢限速酶之一）（糖分解代谢限速酶之一）例如例如小小 结结q三大营养素可在体内氧化供能。q通常供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。q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。n同时进行n

9、相互联系n相互转变n相互依存二、在物质代谢上的相互联系二、在物质代谢上的相互联系（一）糖代谢与脂代谢的相互联系（一）糖代谢与脂代谢的相互联系1. 1. 摄入的糖量超过能量消耗时摄入的糖量超过能量消耗时 葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoACoA合成脂肪合成脂肪（脂肪组织）（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉）2. 2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸脂酸乙酰乙酰CoACoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸- -甘油甘油葡葡萄萄糖糖ATPATPADP3. 3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响脂肪的分解代谢受糖代谢

10、的影响饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍（糖尿病）时饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍（糖尿病）时高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对不足相对不足糖不足糖不足脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加氧化受阻氧化受阻TAC 酮体的利用 n糖可以转变为脂肪n脂肪可以很小部分转变为糖n脂类的分解代谢受糖代谢的影响小小 结结（二）糖与氨基酸代谢的相互联系（二）糖与氨基酸代谢的相互联系例如例如丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脱氨基脱氨基糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖1. 1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖生糖氨基酸酮酸，可转变为糖生糖氨基酸2. 2. 糖代谢的中间产物

11、可氨基化生成某些糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸非必需氨基酸糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoACoA柠檬酸柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸 +-+-酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸 + + 谷氨酸谷氨酸 谷丙转氨酶谷丙转氨酶天冬氨酸天冬氨酸 + -+ -酮戊二酸酮戊二酸 草酰乙酸草酰乙酸 + + 谷氨酸谷氨酸 谷草转氨酶谷草转氨酶蛋白质可在一定程度上代替糖糖不能完全替代食物中蛋白质的供给小 结生酮生酮/ /糖氨基酸糖氨基酸乙酰乙酰CoACoA脂肪脂肪 1. 1. 蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪 2. 2. 氨基酸可作

12、为合成磷脂的原料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（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂O O2 2H H3 3 但不能说，脂类可转变为氨基酸。但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸3. 3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸n蛋白质可以转变为脂类（脂肪、胆固醇、磷脂）n脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸，但机体几乎不利用脂肪来合成蛋白质。小小 结结1.

13、一些游离核苷酸在代谢中起着重要作用（1）ATP是能量和磷酸基团转移的重要物质（四）核酸与糖、蛋白质、脂类代谢的相互联系（四）核酸与糖、蛋白质、脂类代谢的相互联系原核细胞翻译起始复合物的生成（2） GTP参与蛋白质的生物合成原核细胞翻译的延长过程原核细胞翻译的终止过程（3） CTP参与磷脂的生物合成 n磷脂酸和取代基团在合成之前，两者之一必须首先被CTP活化而被CDP携带 （4） UTP参与糖原的生物合成6-磷酸葡萄糖葡萄糖1-磷酸葡萄糖+ 糖原(Gn)UDP + 糖原(Gn + 1)UDPG葡萄糖激酶ADPATPUTP PPi尿苷二磷酸葡萄糖甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶嘌呤核

14、苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成合合成成原原料料嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成3. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸丝氨酰丝氨酰苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨

15、天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系Metabolic Specialty and Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and

16、Interrelationships of Tissues and ApparatusApparatus第第 三三 节节是机体物质代谢的枢纽。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。有独特而重要的作用。肝肝合成、储存糖原合成、储存糖原分解糖原生成葡萄糖，释放入血分解糖原生成葡萄糖，释放入血是糖异生的主要器官是糖异生的主要器官肝在糖代谢中的作用肝在糖代谢中的作用如如肝在维持血糖稳定中起重要作用。肝在维持血糖稳定中起重要作用。n肝几乎是体内合成酮体的唯一器官肝几乎是体内合成酮体的唯一器官n肝几乎是体内合成尿素的唯

17、一器官肝几乎是体内合成尿素的唯一器官n肝通常氧化脂酸供应能量肝通常氧化脂酸供应能量酮体酮体乳酸乳酸 游离脂酸游离脂酸葡萄糖葡萄糖心脏心脏以有氧氧化途径供能为主，优先利用脂酸为能源产生ATP，其次为G和酮体。心脏可利用多种能源物质，即使在能源供给十分缺乏时，仍能保证心跳所需的ATP需要。能能源源物物质质脑脑耗能大，耗氧多。耗能大，耗氧多。没有糖原及有意义的脂肪、没有糖原及有意义的脂肪、PrPr储备储备几乎以葡萄糖为唯一供能物质几乎以葡萄糖为唯一供能物质, , 。不能利用脂酸，不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体葡萄糖供应不足时，利用酮体。饥。饥饿饿3 34 4天，消耗酮体天，消耗酮体50g5

18、0g，饥饿，饥饿2 2周后，消耗酮体可周后，消耗酮体可达达100g100g。 肌肌 肉肉合成、储存糖原合成、储存糖原；通常以通常以脂酸氧化为主要供能方式脂酸氧化为主要供能方式； 剧烈运动时，剧烈运动时，糖酵解活性可爆发性增加，糖酵解活性可爆发性增加，ATPATP产生増加。缺乏产生増加。缺乏G-G-6-P6-P酶，不能将肌糖原分解成葡萄糖补充血糖酶，不能将肌糖原分解成葡萄糖补充血糖红红细细胞胞 脂肪组织脂肪组织合成及储存脂肪合成及储存脂肪的重要组织；的重要组织；脂肪细胞含激素敏感脂肪酶能将脂肪分解成脂酸、脂肪细胞含激素敏感脂肪酶能将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。甘油，供机体其他组织利

19、用。肝合成大部分脂肪，但不储存脂肪，肝合成的脂肪肝合成大部分脂肪，但不储存脂肪，肝合成的脂肪以以VLDLVLDL形式运到脂肪组织储存。形式运到脂肪组织储存。肾脏肾脏也可进行也可进行糖异生糖异生（正常情况下其糖异生的量为肝糖（正常情况下其糖异生的量为肝糖异生量的异生量的10%10%，饥饿，饥饿6 6周后日产周后日产G G达达40g)40g)和和生成酮体生成酮体；肾髓质肾髓质无线粒体，主要由糖酵解供能；无线粒体，主要由糖酵解供能；肾皮质肾皮质主要主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。由脂酸、酮体有氧氧化供能。第三节组织、器官的代谢特点及联系第三节组织、器官的代谢特点及联系器官组织特有酶功能代谢途径代谢物代

20、谢产物肝葡萄糖激酶葡萄糖-6-P-酶甘油激酶代谢枢纽糖异生、脂酸B氧化、糖有氧氧化葡萄糖、脂酸、甘油、aa葡萄糖、VLDL、HDL、酮体脑神经中枢 糖有氧氧化、糖酵解、aa代谢葡萄糖、aa、酮体、脂酸乳酸、 CO2、H2O心脂蛋白酯酶、呼吸链丰富泵出血液有氧氧化乳酸、葡萄糖、VLDLCO2、H2O器官组织特有酶功能代谢途径代谢物代谢产物脂肪组织脂蛋白酯酶，激素敏感性脂肪酶储存及动员脂肪酯化脂酸、脂解VLDL、CM游离脂酸、甘油肌肉脂蛋白酯酶、呼吸链丰富收缩糖酵解、糖有氧氧化葡萄糖、 乳酸、 CO2、H2O 肾甘油激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶排泄尿液、糖异生糖异生、糖酵解、酮体生成葡萄糖、甘油葡

21、萄糖红细胞无线粒体运输氧糖酵解葡萄糖乳酸第三节组织、器官的代谢特点及联系第三节组织、器官的代谢特点及联系代代 谢谢 调调 节节The Regulation of MetabolismThe Regulation of Metabolism第第 四四 节节 代谢调节普遍存在于生物界，是生物的代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。重要特征。主要通过细胞内代谢物浓度的变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，这化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为种调节称为原始调节原始调节或或细胞水平代谢细胞水平代谢调节调节。单细胞生物单细胞生物高等生物高等生物 三级水平代谢调节三级水平

22、代谢调节细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢调节激素水平代谢调节高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内内分泌细胞分泌细胞及及内分泌器官内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。挥代谢调节作用。整体水平代谢调节整体水平代谢调节在在中枢神经系统中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经的控制下，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协

23、调而对机体代谢进行综合调节。调而对机体代谢进行综合调节。细胞水平调节细胞水平调节激素水平调节激素水平调节整体水平调节整体水平调节调节代谢速度调节代谢速度改变细胞膜改变细胞膜 通透性通透性影响酶活性影响酶活性相应生理效应相应生理效应EE酶结构改变酶结构改变酶合成酶合成酶分解酶分解诱导剂诱导剂EE酶结构改变酶结构改变酶合成酶合成酶分解酶分解阻遏剂阻遏剂化学修饰化学修饰抑制变构抑制变构( (剂剂) )化学修饰化学修饰激活变构激活变构( (剂剂) )快速调节快速调节：影响酶的结构，快，：影响酶的结构，快，但但 短暂，（几秒几分）短暂，（几秒几分）迟缓调节迟缓调节：影响酶含量，：影响酶含量，慢而持久（几

24、小时）慢而持久（几小时） 一、细胞水平的代谢调节调节细胞内酶的调节细胞内酶的分布、活性、含量分布、活性、含量p细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。p细胞内酶呈隔离分布。p 代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key enzyme)的活性决定。p代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。（一）细胞内酶的隔离分布（一）细胞内酶的隔离分布代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域细胞的某一区域 。酶定位的区域化线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;细胞核:核酸合成内质

25、网:蛋白质合成;磷脂合成多酶体系在细胞内的分布多酶体系在细胞内的分布多酶体系多酶体系分分 布布糖酵解糖酵解胞液胞液磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径糖异生糖异生糖原合成糖原合成三羧酸循环三羧酸循环线粒体线粒体氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体线粒体胞液胞液胞液胞液胞液胞液 与某一代谢有关的多个酶往往分布在细胞内特定的与某一代谢有关的多个酶往往分布在细胞内特定的部位，组成了一个多酶体系，共同参与同一个代谢途径。部位，组成了一个多酶体系，共同参与同一个代谢途径。胞液胞液+线粒体线粒体多酶体系多酶体系分布分布线粒体线粒体脂酸脂酸 氧化氧化脂酸脂酸合成合成胞液胞液内质网、胞液内质网、胞液胆固醇胆固醇合成合成磷脂磷脂合成

26、合成内质网内质网DNA、RNA合成合成细胞核细胞核 酶的隔离分布的酶的隔离分布的意义意义 避免了各种代谢途径互相干扰。避免了各种代谢途径互相干扰。多酶体系多酶体系分分 布布蛋白质合成蛋白质合成多种水解酶多种水解酶溶酶体溶酶体线粒体、胞液线粒体、胞液尿素合成尿素合成血红素血红素合成合成内质网、胞液内质网、胞液线粒体、胞液线粒体、胞液 速度最慢，速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其故又称其为限速酶为限速酶(limiting velocity enzymes)(limiting velocity enzymes)。 催化单向不可逆反应或非平衡反应，它

27、的活性决催化单向不可逆反应或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。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。效应剂的调节。关键酶催化的反应具有以下特点：关键酶催化的反应具有以下特点：（二）代谢途径是一系列酶促反应组成的（二）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，其速度及方向由其中的关键酶决定 。例：糖代谢的关键酶例：糖代谢的关键酶 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 别构别

28、构/ /变构调节变构调节(allosteric regulation)(allosteric regulation)共价共价/ /化学修饰调节化学修饰调节(chemical (chemical modification)modification) （三）（三）代谢调节主要是通过对关键酶活性的代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。调节而实现的。1. 1. 别构调节的概念别构调节的概念小分子化合物与酶分子活性中心以外的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某一部位特异结合( (非共价键，可逆非共价键，可逆) ) ，引起，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，酶蛋白分子构象变

29、化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的这种调节称为酶的别构调节别构调节或或变构调节变构调节。关键酶的变构调节关键酶的变构调节被调节的酶称为被调节的酶称为别构酶别构酶或或变构酶变构酶(allosteric enzyme)(allosteric enzyme)使酶发生别构效应的物质，称为使酶发生别构效应的物质，称为别构效应剂别构效应剂( (allosteric effectorallosteric effector) ) 别构激活剂别构激活剂 allosteric effectorallosteric effector 引起酶活性引起酶活性增加增加的别构效应剂。的别构效应剂。 别构抑制剂别构抑制剂

30、 allosteric effectorallosteric effector 引起酶活性引起酶活性降低降低的别构效应剂。的别构效应剂。2. 2. 别构调节的机制别构调节的机制别构酶别构酶催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基别构效应剂：别构效应剂： 底物、终产物底物、终产物其他小分子代谢物其他小分子代谢物 变构效应剂：变构效应剂：可以是代谢终产物、酶底物或其它小分可以是代谢终产物、酶底物或其它小分 子代谢物。子代谢物。 催化亚基：催化亚基：变构酶分子中有的亚基能变构酶分子中有的亚基能与底物结合起与底物结合起催催 化作用化作用称之为催化亚基。称之为催化亚基。 调节亚基：调节亚基：变构酶分子中有的亚基

31、能变构酶分子中有的亚基能与变构效应剂结与变构效应剂结 合起合起调节作用调节作用称之为调节亚基。称之为调节亚基。 酶的别构调节机制：酶的别构调节机制： 变构效应剂通过非共价键与调节亚基结合，变构效应剂通过非共价键与调节亚基结合， 引起酶引起酶构象改变构象改变（疏松或紧密）从而影响（疏松或紧密）从而影响 酶与底物的结合，使酶活性受到抑制或激活。酶与底物的结合，使酶活性受到抑制或激活。 别构效应剂别构效应剂 + + 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非共价键可逆结

32、合非共价键可逆结合蛋白激酶蛋白激酶A A的变构调节的变构调节3. 3. 变构调节的特点：变构调节的特点：酶活性的改变通过酶酶活性的改变通过酶分子构象分子构象的改变而实的改变而实现；现；酶的变构仅涉及酶的变构仅涉及非共价键非共价键的变化；的变化；调节酶活性的因素为调节酶活性的因素为代谢物代谢物；为一为一非耗能非耗能过程；过程；无放大无放大效应。效应。 代谢途径变构酶变构激活剂变构抑制剂三羧酸循环 柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶AMPAMP,ADPATP,长链脂酰CoAATP糖异生丙酮酸羧化酶乙酰CoA,ATPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP,G-1-P,Pi ATP,G-6-P脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶柠

33、檬酸，异柠檬酸长链脂酰CoA氨基酸代谢 谷氨酸脱氢酶ADP,亮氨酸，蛋氨酸GTP,ATP,NADH嘌呤合成谷胺酰胺PRPP酰胺转移酶AMP,GMP嘧啶合成天冬氨酸转甲酰酶CTP,UTP核酸合成脱氧胸苷激酶dCTP,dATPdTTP4. 4. 别构调节的生理意义别构调节的生理意义 代谢终产物反馈抑制代谢终产物反馈抑制 (feedback (feedback inhibition) inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。致生成过多。乙酰乙酰CoACoA 乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoACoA长链脂酰长链脂酰CoACoA 别构调节使

34、能量得以有效利用，不致浪费。别构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-PG-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能量有效储存能量有效储存ATPATP生成不过多生成不过多别构调节使不同的代谢途径相互协调。别构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸柠檬酸+ +6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A A 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节1. 1. 化学修饰的概念化学修饰的概念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生

35、可 逆 的 共 价 修 饰可 逆 的 共 价 修 饰 ( c o v a l e n t ( c o v a l e n t modification)modification)，从而引起酶活性改变，这从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。种调节称为酶的化学修饰。2. 2. 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 - - - - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - - - - 脱腺苷脱腺苷 SH SH 与与 S S S S 互变互变酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷

36、酸化-OH-OHThrThrSerSerTyrTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷蛋白磷酸酶磷酸酶 ATP ATPADPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrThrSerSerTyrTyr-O-PO-O-PO3 32-2-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白3. 3. 化学修饰的特点化学修饰的特点 酶有酶有高（有）高（有）或或低（无）低（无）活性两种形式活性两种形式 酶蛋白的共价修饰是酶蛋白的共价修饰是可逆可逆的酶促反应的酶促反应 酶分子出现酶分子出现共价键共价键的变化的变化 有些酶具有别构与化学修饰有些酶具有别构与化学修饰双重调节双重调节 多受多受激素激素调节调节 具有具有放大放大效应效应，效率较变构调节高。

37、，效率较变构调节高。 磷酸化与脱磷酸磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。是最常见的方式。意义：由于意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。这种调节方式快速、效率极高。级联系统级联系统(cascade system)定义：在一个连锁反映中，当起始的激酶受到定义：在一个连锁反映中，当起始的激酶受到激活后，其他的酶被依次激活，能引起原始

38、信激活后，其他的酶被依次激活，能引起原始信号放大的酶链反应体系。号放大的酶链反应体系。酶级联系统调控示意图肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化酶、腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液肾上腺

39、素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456某些酶的化学修饰调节酶 反应类型效 应磷酸果糖激酶磷酸化脱磷酸抑制/激活丙酮酸脱氢酶磷酸化脱磷酸抑制/激活丙酮酸脱羧酶磷酸化脱磷酸抑制/激活糖原磷酸化酶磷酸化脱磷酸激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化脱磷酸激活/抑制磷酸化酶磷酸酶磷酸化脱磷酸抑制/激活糖原合酶磷酸化脱磷酸抑制/激活三酰甘油脂肪酶（脂肪细胞）磷酸化脱磷酸激活/抑制HMG-CoA还原酶磷酸化脱磷酸抑制/激活HMG-CoA还原酶激酶磷酸化脱磷酸激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化脱磷酸抑制/激活谷氨酰胺合成酶（大肠杆菌）腺苷化

40、脱腺苷抑制/激活黄嘌呤氧化(脱氢)酶SH/-S-S-脱氢/氧化酶别构调节与化学修饰调节的比较n某些酶同时存在两种调节方式v别构调节是细胞的基本调节方式基本调节方式v化学修饰调节是高效的调节方式高效的调节方式酶的变构调节与化学修饰调节的异同酶的变构调节与化学修饰调节的异同酶的变构调节酶的化学修饰调节共同点细胞水平调节；对现有酶主要是关键酶进行快速调节；调节的结果都是使酶构象改变调节因子变构剂小分子化合物结合方式非共价键可逆结合共价可逆结合或去除能量消耗不消耗ATP消耗ATP放大效应无有酶量的调节酶量的调节1. 1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合成的化合物称为加速酶合成的化

41、合物称为诱导剂诱导剂(inducer)(inducer)减少酶合成的化合物称为减少酶合成的化合物称为阻遏剂阻遏剂(repressor)(repressor) 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成的诱导 药物对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导 2. 2. 酶蛋白降解酶蛋白降解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，也能调

42、通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。节酶的含量。二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节激素激素：是由内分泌细胞及内分泌腺合成与分泌的：是由内分泌细胞及内分泌腺合成与分泌的化学物质。化学物质。激素通过与其激素通过与其受体受体的特异识别与结合调节物质代的特异识别与结合调节物质代谢或基因表达。谢或基因表达。激素水平的调节是指多细胞生物通过产生的各种激素水平的调节是指多细胞生物通过产生的各种激素来影响细胞中激素来影响细胞中酶活性和酶含量酶活性和酶含量的调节方式。的调节方式。 部分内分泌细胞或内分泌腺合成与分泌的激素部分内分泌细胞或内分泌腺合成与分泌的激素分泌细胞或内分泌腺分泌细胞或内

43、分泌腺激素激素甲状腺腺泡上皮细胞甲状腺腺泡上皮细胞甲状腺素甲状腺素甲状腺甲状腺C C细胞细胞降钙素降钙素甲状旁腺主细胞甲状旁腺主细胞甲状旁腺素甲状旁腺素肾上腺皮质肾上腺皮质醛固酮、皮质醇、雌二醇醛固酮、皮质醇、雌二醇肾上腺髓质肾上腺髓质肾上腺素、去甲肾上腺素肾上腺素、去甲肾上腺素胰岛胰岛A A细胞细胞胰高血糖素胰高血糖素胰岛胰岛B B细胞细胞胰岛素胰岛素前列腺前列腺松果体细胞松果体细胞褪黑素褪黑素 神经垂体神经垂体催产素、抗利尿激素催产素、抗利尿激素腺垂体腺垂体促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素、促卵泡激促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素、促卵泡激素、黄体生成素、生长素、催乳素、促黑激素素、黄体生成素、生长素、催乳素、促黑激素肾上腺素3. 级联调节肾上腺素肾上腺素受体肾上腺素受体G蛋白（无活性）G蛋白（有活性）腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（有活性）ATPcAMP蛋白激酶A（无活性）蛋白激酶A（有活性）磷酸化酶b激酶（无活性）磷酸化酶b激