生物化学简明教程第16章物质代谢调控课件

1、第十六章物质代谢调节（1）整体性消化吸收中间代谢废物排泄各种物质代谢之间互有联系，相互依存核酸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）代谢调节（3）各组织、器官物质代谢各具特色结构不同酶系的种类、含量不同不同的组织、器官代谢途径不同、功能各异（4）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（6）NADPH是合成代谢所需的还原当量乙酰CoANADPH + H+脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径物质代谢的调节代谢的调节是在3个不同水平上进行的分子水平的调节、细胞水平的调节、多细胞整体水平的调节分子水平和细胞水平的调节是

2、最基本的调节方式，为动、植物和单细胞生物所共有。多细胞整体水平的调节是随着生物进化而发展起来的调节机制，各生物表现的各不相同（1）糖代谢与脂代谢的相互联系摄入的糖量超过能量消耗时 葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）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 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氨基酸乙酰CoA脂肪蛋白质可以转变为脂肪

3、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（3）脂类与氨基酸代谢的相互联系（4）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系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磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供16.2 分子水平的调节分子水平的调节即酶水平的调节酶水平的调节可以分成两大类：酶活性的调节和酶浓度的调节 酶活性的调节包括酶的别构效应和共价修饰两种方式，属于快速调节 酶浓度的调节则属于基因表达调节，属于慢速调节16.2.1 酶活性的调节以酶分子的结构为基础的，凡是导致酶结构改变的因素都可影响酶的活性，使酶的活性增高或降低，从而调节体内的代谢分为三个方面：反馈调

4、节、别构调节作用、共价修饰调节作用 前馈和反馈是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别借用来说明底物和代谢产物对代谢过程调节作用。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的别构效应来实现的。变构调节的生理意义 （1）代谢终产物 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA长链脂酰CoA（2）变构调节使能量得以有效利用，不致浪费G-6-P+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促进糖的储存（3）变构调节使不同的代谢途径相互协调柠檬酸+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化乙酰辅酶A羧化酶促进脂酸的合成

5、（3）可逆共价修饰 在其它酶催化下，酶分子通过共价键结合或脱去某些基团，引起酶活性改变的过程称为酶的共价修饰。这类酶称共价调节酶。 目前已知有六种修饰方式： 磷酸化/去磷酸化； 乙酰化/去乙酰化； 腺苷酰化/去腺苷酰化； 尿苷酰化/去尿苷酰化； 甲基化/去甲基化； 氧化（S-S）/还原（2SH）。 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

6、，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16.2.2 基因表达的调节酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节原核生物基因表达调节 19601961年，J. Monod 和 F. Jacob 提出乳糖操纵子模型（lac operon model） （1）酶合成的诱导作用；（2）降解物的阻遏作用；（3）酶合成的阻遏作用真核生物基因表达的调控 多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。原核生物基因表达调节（1）酶合成的诱导作用 酶合成的诱导作用某些物质（诱导物）能促进细胞内酶的合成 操纵子：原核生

7、物绝大多数基因按功能相关性成簇地串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位ayzopi结构基因控制位点调节基因乳糖操纵子ayzopio CAP与cAMP形成复合物，结合在lac operon的启动基因上，促进转录的进行。cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子（2）降解物的阻遏作用阻遏基因mRNA阻遏蛋白IDNAzyaOPpol没有乳糖存在时乳糖操纵子被阻遏蛋白封闭mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAzyaOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖-半乳糖苷酶乳糖操纵子被诱导物开放+ + + + 转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCA

8、PCAPCAPCAPCAP结合位点mRNA低半乳糖时高半乳糖时葡萄糖低cAMP浓度高葡萄糖高cAMP浓度低RNA-polOOOO无转录无转录低水平转录当培养基中乳糖浓度降低而葡萄糖浓度升高时乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合细胞中cAMP浓度升高cAMP与CAP结合并使之激活CAP与启动基因结合并促使RNA聚合酶与启动基因结合促使阻抑蛋白与操纵基因分离基因转录激活当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时缺乏乳糖与阻抑蛋白结合细胞中cAMP浓度降低 CAP失活CAP及RNA聚合酶不能与启动基因结合阻抑蛋白与操纵基因结合基因转录被阻遏染色质活化转录起始、延长、终止转录后加工蛋白质翻译，翻译后加工修饰转录

9、起始调节是基因表达调控的主要环节真核生物基因表达调节 真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节 转录水平调节 转录后加工的调节 翻译水平调节 翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控 顺式作用元件和反式作用因子 转录因子的相互作用控制转录 顺式作用元件：存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。 反式作用因子：由某一基因表达后，通过与顺式作用元件相互作用反式激 活另一基因的转录。 原核生物中，大多数基因表达通过操纵子模型进行调控，其顺式作用元件主要由启动基因、操纵基因和调节基因组成 原核生物中的反式作用因子主要分为特异因子、激活蛋白和阻遏蛋白 真核生物中，与基因表达调控有关的顺

10、式作用元件主要有启动子、增强子和沉默子 真核生物中的反式作用因子通常称为转录因子16.3 细胞水平的调节酶及反应区域化 真核生物各种细胞器由细胞膜分割区域化使酶催化的各种反应相对独立。 代谢途径的有关酶常常组成酶体系，分布与细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同的代谢途径在不同的区域中进行。酶的隔离分布的意义，避免了各种代谢途径互相干扰细胞质：酵解；磷戊糖途径；糖原合成；脂肪酸合成细胞核：核酸合成内质网：蛋白质合成；磷脂合成线粒体：丙酮酸氧化；三羧酸循环；-氧化；呼吸链电子传递；氧化磷酸化16.4 多细胞整体水平的调节多细胞整体水平的调节是随着生物进化而发展起来的调节机制，植物出现了激素水平的调

11、节，而动物不但有激素水平的调节，而且还出现了更加完善的神经水平的调节，但高级水平的神经和激素的调节仍然是以分子水平和细胞水平的原始调节为基础的。16.4.1 激素水平的代谢调节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的微量物质。激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质，它对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。激素调控往往是局部性的，作用于能识别激素信号被称为激素受体的特异物质。通常一种激素只作用于一定的细胞组织，不同的激素调节不同的物质代谢或生理过程。激素作用机制内、外环境改变机体相关组织分泌激素激素与靶细胞上的受体结合靶细胞产生生物学效应，适应内外环境改变 只要有少量信号分子（

12、如激素）存在，即可通过加速这种酶促共价修饰反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。激素分类按生物种类，分为： 动物激素：氨基酸及其衍生物、肽及蛋白质、固醇类、脂肪酸衍生物 植物激素：生长素、赤霉素类、激动素类、脱落酸、乙烯根据激素的化学结构和调控功能，分为： 含氮激素：蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等 类固醇激素：大多数由性腺和肾上腺皮质分泌 脂肪酸衍生物激素：主要由生殖系统及其它组织分泌产生按激素受体在细胞的部位不同，分为： 膜受体激素：氨基酸衍生物、蛋白质肽类激素 胞内受体激素：类固醇激素、甲状腺素激素作用的特点 1、含量少； 2、特异性强； 3、亲和力高； 4、与受体可逆结合； 5、受体与激素的结合具有饱和性； 6、激素类似物可与受体结合。膜受体激素的作用方式 在细胞内传递信息的小分子化学物质称为第二信使： 环核苷酸类： cAMP 、 cGMP 脂类衍生物： 甘油二脂（DAG）、 三磷酸肌醇（IP3）、 N-脂酰鞘氨醇（Cer） 无机物：Ca2+ 当配体与受体结合后，往往引起细胞膜结构和功能的改变，导致细胞内某种化学物质的浓度改变，由此触发一系列的化学和生理变化。 胞内受体