代谢的调节控制解析课件

1、第十三章 代谢的调节控制第十三章 代谢的调节控制本章要点代谢之间的联系 反馈调节诱导与阴遏机制：操纵子学说本章要点代谢之间的联系 生物体内的代谢调控模式第 一 节生物体内的代谢调控模式第 一 节一、物质代谢的特点 糖类 脂类蛋白质水 无机盐维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存。 消化吸收中间代谢废物排泄1、物质代谢的整体 性一、物质代谢的特点 糖类 脂类蛋白质水 无机盐维生素各种物质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2、机体物质代谢不断受到精细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3.各组织、器官物质代谢各具

2、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3.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4、各种代谢物均具有各自共同的代谢池例如：各种组织 消化吸收的糖 肝糖原分解糖异生血糖4、各种代谢物均具有各自共同的代谢池例如：各种组织 消化吸5、ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式营养物分解释放能量ADP+PiATP直接供能5、ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式营养物分解释放能6、NADPH提供合成代谢所需的还原当量例如：乙酰CoANADPH + H +脂酸、胆固醇 磷酸戊糖途径六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量6、NADPH提供合成代谢所需的还

3、原当量例如：乙酰CoANA二、物质代谢的相互联系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糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2三大营养素可在体内氧化供能。一般供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。二、物质代谢的相互联系三大营养素共同中间产物共同最终代谢通路脂肪分解增强ATP 增多ATP/ADP 比值增高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。糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶-1被抑制（糖分解代谢限速酶之一）例如脂肪分解增强ATP 增多任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和（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 葡萄糖乙酰

4、CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）（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2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡萄糖2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸乙酰CoA葡萄糖脂甘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高酮血症草酰乙酸相对不足糖不足脂肪大量动员酮体生成增加氧化受阻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糖代谢与脂代谢间的联系 磷酸二羟丙酮丙酮酸甘油乙酰辅酶A脂肪酸脂肪-甘油磷酸磷酸二羟丙酮糖脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸草酰乙酸丙酮酸-氧化乙醛酸循环TC

5、A循环CO2+H2O糖尿病 ：脂肪酮体 在血液中产生酸中毒或到达肌肉中提供能源在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况。脂肪糖乙酰乙酸丙 酮-羟丁酸糖代谢与脂代谢间的联系磷酸二羟丙酮丙酮酸甘油乙酰辅酶A脂肪酸（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。（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 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-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸 2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必氨基酸乙酰CoA脂肪 1. 蛋白质可以转变为脂肪 2.

6、氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系氨基酸乙酰CoA脂肪 1. 蛋白质可以转变为脂肪 2. 但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸 其他-酮酸某些非必需氨基酸3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸 但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解草酰乙酸酮戊二酸氨基酸脂类代谢与蛋白质代谢的关系脂类分子中的甘油 丙酮酸 脂类与蛋白质之间可以相互转化：蛋白质甘油生酮氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸脂肪酸丙酮酸乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A脂肪 脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体内贮藏能量的物质。脂肪酸乙酰辅酶A-

7、氧化TCA循环草酰乙酸酮戊二酸 苹果酸 氨基酸琥珀酸乙醛酸循环草酰乙酸酮戊二酸氨基酸脂类代谢与蛋白质代谢的关系脂类分子 1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供（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甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸 甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸 甘氨酸丝氨酰苏氨酸半胱氨酸 氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪

8、核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸生酮氨基酸葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸- 酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸相互转变、相互制约、殊途同归葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸- 相互转变：指糖类、脂肪

9、、蛋白质代谢通过共同的代谢中间产物丙酮酸、乙酰辅酶A、-酮戊二酸等相互联系起来，可以相互转变。相互制约：指生物体内脂类、蛋白质代谢的强度主要由糖类的代谢强度决定。当糖类供应充足时，糖类在体内大量氧化分解供能，这时脂肪、蛋白质的分解就受到一定的制约。糖类供应短缺时，脂类可大量分解供能，蛋白质也有供能作用。殊途同归：三大物质代谢分解途径虽不相同，但彻底氧化为水和二氧化碳最终汇合到TCA循环中，所以TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质彻底分解氧化的一条共同途径。物质代谢相互转变、相互制约、殊途同归相互转变：指糖类、脂肪、蛋白质代谢通过共同的代谢中间产物丙酮高等生物 三级水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平

10、代谢调节神经系统调节（整体水平代谢调节）三、调节模式高等生物 三级水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢(一)细胞水平的调节代谢途径的区域化酶活性的调节酶量的调节(一)细胞水平的调节代谢途径的区域化1、区域定位的调节 概念：代谢途径的有关酶类，常常组成酶系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同代谢途径在不同细胞部分内进行。 区域化的意义：区域化的存在显著影响真核细胞的代谢情况，有利于代谢的调节。例如：脂肪酸的分解与合成1、区域定位的调节 概念：代谢途径的有关酶类，常常真核细胞内某些酶的区域化分布真核细胞内某些酶的区域化分布2、酶活性的调节酶原激活酶的共价修饰调节酶的非共价修饰调节2、酶

11、活性的调节酶原激活 1）酶原的活化 1）酶原的活化 2）酶活力的共价修饰调节定义：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分子上以共价结合的方式接上或脱去某种特殊的化学基团，从而引起酶活力改变的过程。类型：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，甲基化/去甲基化等。举例：糖原磷酸化酶。意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是级联放大的最终阶段。（特别是激素调节）。2）酶活力的共价修饰调节定义：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其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 互变化学修饰的主要方式磷酸化 - - - 去磷酸乙酰

12、化 - - 酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷酸化酶的共价修饰调节磷酸化酶的共价修饰调节 酶促化学修饰的特点 (1) 化学修饰酶一般都具有无活性和有活性两种形式，它们之间在不同的酶催化下可相互转变。酶受激素的调节。（可控） (2) 化学修饰由酶催化引起共价键的变化，酶促反应具有级联放大效应。（效率高） (3) 磷酸化与脱磷酸是最常见的。(经济有效) (4) 许多化学修饰酶也同时受到变构调节，酶的化学修饰和变构调节两者相辅相成。

13、 酶促化学修饰的特点 (1) 化学修饰酶一般都具有无3）酶的非共价修饰调节别构调节：小分子效应物非共价结合于酶的调节部位，从而改变酶的活性的现象。别构效应有别构激活（正协同效应）和别构抑制（负协同效应）。别构激活剂与别构抑制剂: 代谢底物往往是别构激活剂，代谢产物往往是别构抑制剂。某些重要代谢过程中的调节酶及其效应物。3）酶的非共价修饰调节别构调节：小分子效应物非共价结合于酶的变构效应剂 + 酶的调节亚基(非共价键）酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制 ）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化变构效应剂 + 酶的调节亚基(非共价键）酶的构象改变酶的活性 例：果糖-1，6-二磷酸酶：紧密型(T型、

14、高活性)与松弛型(R型、低活性) 例：果糖-1，6-二磷酸酶：紧密型(T型、高活性)与3、酶量的调节 酶蛋白合成的诱导与阻遏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(repressor) 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。3、酶量的调节 酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合成的化合物称 常见的诱导或阻遏方式 底物对酶合成的诱导和阻遏 产物对酶合成的阻遏 激素对酶合成的诱导 药物对酶合成的诱导 常见的诱导或阻遏方式 底物对酶合成的诱导和阻遏 产物对（二）激素水平代谢调节 1、激素概念 激素是生物体内特定细胞产生的的对某些靶细胞具有特殊刺激作用

15、的微量物质。在机体的代谢过程或生理过程起调控作用。协调组织与组织之间或器官与器官之间代谢平衡的一类活性物质。（二）激素水平代谢调节 1、激素概念 激素1）含量少；在生物体某特定组织细胞产生；2）通过体液的运动被输送到其他组织中发挥作用；3）作用很大，效率高，在新陈代谢中起调节控制作用。 在医疗上，激素也是一类重要药物。激素具有以下几个特点：1）含量少；在生物体某特定组织细胞产生；激素具有以下几个特点2、激素的分类 在生物激素中，动物激素最为重要。植物激素主要为植物生长调节剂。 根据激素的化学本质，分为三类 1）含氮激素。包括蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。 2）类固醇激素。性腺和肾上

16、腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素。 3）脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系统及其它组织分泌产生。2、激素的分类 在生物激素中，动物激素最为重要。植3、蛋白质激素的作用机制 第二信使学说激素通过细胞膜受体而起作用1）激素（第一信使）与膜上的受体结合2）cAMP的生成(第二信使)3） 级联放大作用3、蛋白质激素的作用机制 膜受体激素信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢膜受体激素信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢蛋白质激素的作用机制 第二信使学说蛋白质激素的作用机制4、类固醇激素的作用机制 调节基因表达 激素通过细胞内受体起作用 类固醇激素对代谢的调节不是改变酶的活性，而是通过作用于基因系统改变蛋白质的合成

17、，从而调节生物效应。4、类固醇激素的作用机制 激素通过胞内受体影响基因转录调节细胞代谢激素通过胞内受体影响基因转录调节细胞代谢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、直接调节：短期饥饿刺激（三）神经系统调节（整体水平代谢调节） 机体通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢糖原消耗血糖趋于降低胰岛素分泌减少 引起一系列的代谢变化 （1）脂代谢变化脂肪动员加强，酮体生成增多（2）糖代谢变化 糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低（3）蛋白质代谢变化肌蛋白质分解加强，氨基酸异生成糖短期饥饿时脂肪动员增加而减少糖的利用 （1）脂代谢变化脂肪动员加强，酮体生成增

18、多（2）糖代谢变化交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素、生长激素增加，胰岛素分泌减少 引起一系列的代谢变化 2、间接调节：通过交感神经影响内分泌腺活动，从而引起激素分泌。交感神经兴奋 引起一系列的代谢变化 代谢改变结果：1. 血糖升高2. 脂肪动员增强3. 蛋白质分解加强这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。 为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。 肌释出丙氨酸等氨基酸增加。 代谢改变结果：1. 血糖升高2. 脂肪动员增强3. 蛋白质分高胰岛素血症是肥胖的重要特征，也是促进肥胖形成的重要因素。肥胖者常可表现胰岛素抵抗和高胰岛素血症。肥胖者糖代谢表现异常。 肥胖者也存在脂代谢异常。 例：肥

19、胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱高胰岛素血症是肥胖的重要特征，也是促进肥胖形成的重要因素。 第二节 反馈调节一、前馈与反馈 1、前馈代谢底物浓度的的调节 2、反馈终产物的调节作用 代谢途径中的终产物对代谢速度的影响是通过对某种酶活性的影响来实现的。第二节 反馈调节一、前馈与反馈二、反馈抑制的方式1) 线性反馈:反馈抑制的基本方式 直接反馈抑制和连续反馈抑制2) 分支代谢反馈:原核生物中重要调控方式 特点:每一个分支途径的终产物常常控制分支后的第一个酶，同时每一个终产物又对整个途径的第一个酶有部分抑制作用。二、反馈抑制的方式1) 线性反馈:反馈抑制的基本方式分支反馈调节几种类型(1

20、)多价反馈抑制(2)协同反馈抑制(3)累积反馈抑制(4)合作反馈抑制(5)顺序反馈抑制分支反馈调节几种类型(1)多价反馈抑制三、反馈调节的机制1)变构酶调节反馈的普遍机制2)同工酶调节对环境及代谢变化的一种适应机制3)多功能酶调节更灵活的调节机制三、反馈调节的机制1)变构酶调节反馈的普遍机制第三节 诱导与阻遏酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物）酶生物合成的诱导:某些物质(诱导物)能促进细胞内酶的生物合成。酶生物合成的阻遏:某些代谢产物能阻止细胞内某种酶的生物合成。第三节 诱导与阻遏酶生物合成的诱导和阻遏（原核生物）一、基本概念: 操纵子：原核细胞中，功能相关的基因和控制它的基因组织在一起完成协同

21、表达的单位。一个操纵子包括一个操纵基因，一群功能相关的结构基因，以及在调节基因和操纵基因之间专管转录起始的启动基因。一、基本概念: 操纵子：原核细胞中，功能相关的基因一、基本概念: 启动子:存在于结构基因之前的不被转录的一段DNA序列，它具有RNA聚合酶的结合识别位点，对基因的转录起始是必需的,并对转录起一定调节作用。启动子发生突变会影响操纵子中的全部基因的表达。在一个操纵子中，启动子常相邻于操纵基因或位于之上游。一、基本概念: 启动子:存在于结构基因之前的不被转 操纵基因：相邻于一个结构基因或一组结构基因，控制该基因或该组基因转录的基因。它可与特殊的调节蛋白相互作用从而控制相邻基因的表达。

22、结构基因：任何一个编码蛋白质或RNA产物的基因均为结构基因。 操纵基因：相邻于一个结构基因或一组结构基因，控制 调节基因：编码一个蛋白质的结构基因对其它基因表达行使调节的基因。为结构基因的一种，但并不是所有编码的蛋白质均有调节作用。 阻遏蛋白：是一种蛋白质分子，由调节基因产生，它自身或与其它蛋白分子相结合通过抑制操纵子中的操纵基因阻止起操纵子中结构基因的表达或合成。 调节基因：编码一个蛋白质的结构基因对其它基因表达行二、操纵子模型： 1、诱导型操纵子：乳糖操纵子 通常基因是关闭的，即阻遏物与操纵基因结合。当有诱导物存在时，诱导物与阻遏物结合，改变阻遏物构象，使之不能与操纵基因结合，转录开始。

23、2、阻遏型操纵子：色氨酸操纵子， 通常基因是开放的，即阻遏物不与操纵基因结合。当有辅阻遏物存在时，辅阻遏物与阻遏物结合，改变阻遏物构象，使之与操纵基因结合，转录关闭。二、操纵子模型： 1、诱导型操纵子：乳糖操纵子诱导型：乳糖操纵子 当没有乳糖时，lacI基因产生的阻遏蛋白，结合在操纵子位点的DNA序列上，阻止RNA聚合酶起始转录结构基因。 当有乳糖时，乳糖作为诱导物与阻遏蛋白结合，使其空间构型发生改变，而不能与操纵子DNA结合，这样RNA聚合酶起始转录结构基因，产生乳糖代谢酶，开始代谢乳糖。 阻遏蛋白是负调控因子诱导型：乳糖操纵子 当没有乳糖时，lacI基因产生的乳糖操纵子的负调控调节基因操纵

24、基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白（有活性）基 因 关 闭启动子ORPLacZLacYLacA调节基因操纵基因乳糖结构基因启动子ORmRNAZmRNAYmRNAA 阻遏蛋白（无活性） 基 因 表达mRNAA、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导 乳糖 阻遏蛋白（有活性）乳糖操纵子的负调控调节基因操纵基因乳糖结构基乳糖操纵子的降解物阻遏正调控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基 因 表达CAP基因结构基因TCGP(CAP)OCAP结合部位 RNA聚合酶TcAMP -CAPP葡萄糖分解代谢产物腺苷酸环化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5-AMP抑制激活葡萄糖降解物与cAMP的关系cAMP CGP：降解物基因活化蛋白CAP：环腺苷酸受体蛋白降低cAMP浓度使CAP呈失活状态cAMP-CAP是正调控因子。乳糖操纵子的降解物阻遏正调控RLacZLacYLacamR原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控阻遏型：色氨酸操纵子 trp操纵子负责Trp的合成，通常是开放的，调节基因的产物使它关闭，这种调控作用称为可阻遏型的负调控。 当细胞内Trp浓度较高时，Trp与阻遏蛋白结合，使它具有活性，从而与trpO基因结合，关闭转录。 当细胞内Trp浓度很低时，阻遏遇蛋白上的Trp解离