中医药大学生物化学JC整理14-代谢和代谢调控总论(3)课件

1、第十三章代 谢 调 节Metabolic Interrelationships and Regulation物质代谢的相互联系Metabolic Interrelationships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。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。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（二）糖与氨基酸代谢的相互联系例如丙

2、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。氨基酸乙酰CoA脂肪 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（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

3、,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸目 录组织、器官的代谢特点及联系Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus酮体乳酸 游离脂酸葡萄糖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

4、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内分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。整体水平代谢调节在中枢神经系统的控制下，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调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。（一）细胞膜及胞

5、内酶的隔离分布代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域 。多酶体系在细胞内的分布 酶的隔离分布的意义 各种代谢途径在不同区域进行。 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。前几步或分叉反应的酶。 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 快速调节 迟缓调节数秒、数分钟通过改变酶的活性数小时、几天通过改变酶的含量

6、变构调节(allosteric regulation)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。1. 变构调节的概念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，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。（二）关键酶的变构调节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 effec

7、tor 引起酶活性降低的变构效应剂。2. 变构调节的机制变构酶催化亚基-结合底物调节亚基-结合变构效应剂变构效应剂：底物、终产物、中间产物其他小分子代谢物 AMP ADP ATP3. 变构调节的生理意义（三）酶的化学修饰调节（共价修饰）1. 化学修饰的概念酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下结合或脱去某些特定的化学基团，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。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 SH 与 S S 互变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ThrSerTy

8、r-O-PO32-磷酸化的酶蛋白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。具有及联放大效应，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。（四）酶量的调节1. 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) 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 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

9、量。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，适应内外环境改变激素作用机制二、激素水平的代谢调节激素分类 膜受体激素 蛋白质或肽类及儿茶酚胺类 胞内受体激素 类固醇激素、甲状腺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 一、膜受体介导的信息传递 cAMP- 蛋白激酶途径 Ca2+- 依赖性蛋白激酶途径 cGMP- 蛋白激酶途径 酪氨酸蛋白激酶途径（一）cAMP - 蛋白激酶途径组成胞外信息分子，受体，G蛋白，腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase，AC)， cAMP，蛋白激酶 A(protein kinase A

10、，PKA) G蛋白(guanylate binding protein)是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由、 三个亚基组成。有两种构象：非活化型；活化型两种G蛋白的活性型和非活性型的互变目 录RHACGDPGTP腺苷酸环化酶ACATPcAMP在细胞内传递信息的小分子物质，如：Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代谢产物等。第二信使(secondary messenger) 磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶ATP磷酸化酶磷酸化酶ATP PPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶H2OPPiPKA抑制物a抑制物b ATP磷蛋白磷酸酶PPi肾上腺素对糖原代谢的影

11、响 肾上腺素 受体 肾上腺素 受体复合物激活蛋白 激活ACATPcAMPPKA目 录 此类受体的信息传递可归纳为 激素 受体蛋白酶 第二信使蛋白激酶酶或其他功能蛋白 生物学效应（二）Ca2+依赖性蛋白激酶途径1. Ca2+ 磷脂依赖性蛋白激酶途径2. Ca2+钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径（三）cGMP-蛋白激酶G途径受体，鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase, GC)，cGMP, 蛋白激酶G (protein kinase G，PKG)组成cGMP的合成和降解 GTPGMg2+PPicGMP 磷酸二酯酶H2OCa2+ 或 Mg2+5- GMP使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化PKG的功能NOGCPKG 蛋白质磷酸化GCG蛋白GTPcGMP激素R胞 膜* 生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。 （四）酪氨酸蛋白激酶途径(tyrosine protein kinase, TPK)酪氨酸蛋白激酶分 类受体型TPK（位于细胞质膜上）如胰岛素受体、生长因子受体及原癌基因（erb-B、 kit、fins等）编码的受体非受体型TPK（位于胞浆）如底物酶JAK和原癌基因（src、yes、ber-abl等）编码的T