物质代谢调节及激素作用机制

关于物质代谢调节及激素作用机制第一页，共四十四页，2022年，8月28日第一节

物质代谢途径的相互联系

细胞代谢的基本原则是将各类物质分别纳入各自的共同代谢途径，以少数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途径可以通过交叉点上关键的中间物而相互转化，其中三个关键的中间物是G-6-P、丙酮酸、乙酰CoA。

细胞代谢的调节网络自然界生物种类繁多，千变万化，但它们的新陈代谢有着共同的规律第二页，共四十四页，2022年，8月28日一沟通不同代谢途径的中间物

6－磷酸葡萄糖、3－磷酸甘油醛、丙酮酸、草酰乙酸和α－酮戊二酸葡萄糖－6－磷酸糖酵解丙酮酸丙氨酸磷酸戊糖途径糖异生糖原合成柠檬酸循环草酰乙酸α－酮戊二酸谷氨酸天冬氨酸3－磷酸甘油醛第三页，共四十四页，2022年，8月28日

1

糖代谢与氨基酸代谢的关系

蛋白质降解生成氨基酸。（1）

糖的分解代谢为氨基酸合成提供碳架糖→丙酮酸→α-酮戊二酸+草酰乙酸（2）

生糖氨基酸的碳架可以转变成糖凡是能生成丙酮酸、α—酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸的氨基酸，称为生糖氨基酸。

二代谢物之间的相互转变第四页，共四十四页，2022年，8月28日2

氨基酸代谢与脂代谢的关系

脂肪分解放出较多的能量，作为体内能量储存的主要物资。脂类和氨基酸之间可以相互转换。氨基酸的碳架绝大多数可以最终转变成乙酰CoA，可以用于脂肪酸和胆固醇的合成。生糖氨基酸的碳架可以转变成甘油。

Ser可以转变成胆胺和胆碱，合成脑磷脂和卵磷脂。脂类分子中的甘油可以转变为丙酮酸，经柠檬酸循环进一步转变为草酰乙酸、α—酮戊二酸，这三者都可以转变成氨基酸。动物体内脂肪酸的降解产物乙酰CoA，不能为氨基酸合成提供净碳架。一般来说，动物组织中不利用脂肪合成氨基酸。第五页，共四十四页，2022年，8月28日3

糖代谢与脂代谢的联系(1)糖转变成脂

糖经过酵解，生成磷酸二羟丙酮及丙酮酸。磷酸二羟丙酮还原为甘油，丙酮酸氧化脱羧转变成乙酰CoA，合成脂肪酸。第六页，共四十四页，2022年，8月28日(2)

脂转变成糖

甘油经磷酸化为3-磷酸甘油，转变为磷酸二羟丙酮，异生为糖。在植物、细菌中，脂肪酸转化成乙酰CoA，后者经乙醛酸循环生成琥珀酸，进入TCA，由草酰乙酸脱羧生成丙酮酸，生糖。动物体内，无乙醛酸循环，乙酰CoA进入TCA氧化，生成CO2和H2O。脂肪酸在动物体内也可以转变成糖，但此时必需要有其他来源的物质补充TCA中消耗的有机酸（草酰乙酸）。糖利用受阻，依靠脂类物质供能量，脂肪动员，在肝中产生大量酮体（丙酮、乙酰乙酸、β-羟基丁酸）。第七页，共四十四页，2022年，8月28日4

核苷酸代谢与糖、脂、氨基酸的关系核苷酸不是重要的碳源、氮源和能源。Gly、Asp、Gln是核苷酸的合成前体。有些核苷酸在物质代谢中也有重要作用：ATP供能及磷酸基团。UTP参与单糖转变成多糖（活化单糖）。CTP参与卵磷脂合成。GTP为蛋白质合成供能。第八页，共四十四页，2022年，8月28日柠檬酸循环是分解代谢途径的主要渠道，中心环节。代谢途径交叉形成网络，主要联系物：丙酮酸、乙酰CoA、柠檬酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸第九页，共四十四页，2022年，8月28日第二节组织、器官代谢的特点及联系一组织、器官中能源储备及意义：糖类、三酰甘油和蛋白质。二不同组织、器官的代谢方式及联系脑、红细胞、骨骼肌、心肌、肝脏等第十页，共四十四页，2022年，8月28日第三节

代谢调节的层次

在漫长的生物进化进化过程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节在四个相互联系，彼此协调有各具特色的层次进行。

神经水平调节、激素水平调节、细胞水平调节和酶水平调节。细胞水平调节和酶水平调节是最基本的调节方式，为原核和真核生物所共有。激素和神经系统的调节是更完善的调节机制，这种代谢调节是通过细胞和分子水平的变化来体现。高等动物具有完善的代谢调节机制，是长期进化的结果。

动物：神经水平调节、激素水平调节、细胞水平调节和酶水平调节。植物：激素水平调节、细胞水平调节和酶水平调节。单细胞生物：细胞水平调节和酶水平调节。

第十一页，共四十四页，2022年，8月28日一细胞水平调节

1细胞内酶区域化分布

胞液：糖酵解、糖原合成、脂肪酸合成等酶系。线粒体基质：柠檬酸循环、脂肪酸β－氧化有关酶类。线粒体内膜上：呼吸链的传递体和ATP合成酶。

第十二页，共四十四页，2022年，8月28日

酶的区域化分布使不同的代谢途径在细胞的不同区域进行。有利于各条代谢途径的调控。各种代谢物借助于跨膜转运或载体输送到达相应的部位。细胞核：核酸的合成、加工修饰的有关酶类。内质网：蛋白质合成，磷脂合成的有关酶类。。胞液和线粒体：糖异生酶系。溶酶体：多种水解酶。胞液和内质网：胆固醇合成有关酶系。第十三页，共四十四页，2022年，8月28日（二）

酶活性的调节

调节方式：

1酶原的激活

2同工酶

3别构调节

4共价修饰

5酶含量调节：酶蛋白合成的诱导，酶蛋白的降解

6反馈调节（生物体内最重要）特点：调节快速、灵敏，数秒至数分钟可完成。第十四页，共四十四页，2022年，8月28日二激素水平调节

靶细胞：各种激素作用于不同的细胞，靶细胞有相应的激素受体。激素受体有细胞质膜受体和细胞内受体。激素调节：

1改变细胞膜通透性。

2影响酶活性。

3影响蛋白质合成。三整体水平调节

机体受到伤害所作出的一系列反应：

1血糖水平升高2脂肪动员增强3蛋白质分解加强第十五页，共四十四页，2022年，8月28日第四节激素作用机制一信息分子与受体（一）信息分子：细胞间进行信息传递的一类化学物质，包括第一信使和第二信使。

自分泌：产生信息的细胞与靶细胞为同一细胞。旁分泌：产生信息的细胞与靶细胞为相邻细胞。内分泌：产生信息的细胞与靶细胞相距比较远，信息分子通过血液循环到达靶细胞。第十六页，共四十四页，2022年，8月28日2激素：激素是由机体内一部分细胞产生和释放，通过扩散或血液运送到另一部分细胞，并在代谢活动中起调节控制作用的一类微量化学信息分子。

激素的分类根据动物激素在化学上的多样性可将其分为四类：（1）含氮激素：蛋白质、肽类和氨基酸衍生物激素（2）类固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素。（3）脂肪酸衍生物激素：前列腺素

3细胞因子：一般细胞（非内分泌腺体细胞）产生的高活性的、特异性强的调节蛋白或肽类。作为信息分子作用于靶细胞后能调节其生长与分化等。如生长因子。第十七页，共四十四页，2022年，8月28日激素分泌

内分泌系统的各成员间并不是彼此独立的，而是相互联系并受到不同层次的调节控制。

下丘脑↓下丘脑激素（例如：促甲状腺激素释放激素(TRH)）↓垂体前叶↓垂体前叶激素（例如：促甲状腺激素）↓腺体(例如：甲状腺)↓

腺体激素（例如：甲状腺激素）↓靶组织第十八页，共四十四页，2022年，8月28日（二）受体靶细胞中能识别信息分子（配体，第一信使）并与其特异结合，引起细胞内产生生理效应的分子称为受体。

大多数含氮激素的受体位于细胞膜的脂质双分子层中，至少有一部分伸出到膜的外表面。激素与受体结合是高度专一的。一种激素只能与它专一性的受体结合，所以靶细胞膜上的受体是激素作用的组织特异性的直接控制者。人的β肾上腺素受体结构第十九页，共四十四页，2022年，8月28日

1和G蛋白偶联的受体

和G蛋白)偶联的受体含有7个跨膜的α－螺旋每个螺旋大约有22－24个氨基酸残基。G蛋白就是鸟苷酸结合调节蛋白(Guaninenucleotide-bindingregulatoryprotrin)。有多种，它们构成了G蛋白家族。G蛋白是膜蛋白，由三个亚基组成，即α、β和γ。α亚基含有鸟苷酸结合部位和GTP酶的活性。在Gs和Gi中，β和γ亚基是相同的。

第二十页，共四十四页，2022年，8月28日在激素及其受体的作用下，G蛋白通过与GTP的结合调节腺苷酸环化酶的活性。GTP是哺乳动物腺苷酸环化酶的主要调节物。对腺苷酸环化酶起调节作用的G蛋白有两种，Gs和Gi。激活的G蛋白(Gs)，活化腺苷酸环化酶，促进CAMP的生成导致胞内cAMP的水平升高。抑制的G蛋白(Gi）抑制化腺苷酸环化酶，抑制CAMP的生成导致胞内cAMP的水平降低。

抑制性G蛋白(Gi)调节；Gs和Gi为不同的激素所影响。

第二十一页，共四十四页，2022年，8月28日G蛋白的两种构象：

1非活性型(Gi）：（αβγ）三聚体形式存在，与GDP结合形成（αGDPβγ）

2活性型(Gs）：α亚基与GTP结合，并导致与βγ二聚脱离。第二十二页，共四十四页，2022年，8月28日8－71环腺苷酸酶不能够被激活。2Gs与激素受体复合物的接触导致了GTP代替了GDP。3Gs和GTP的解离成为小分子和亚基。Gsa-GTP被开启，环腺苷酸酶能够被激活。4GTP和Gsa的结合被蛋白质的内在GTP酶水解，Gsa由此离开。失去活性的a亚基重新与α,β亚基结合.第二十三页，共四十四页，2022年，8月28日第二十四页，共四十四页，2022年，8月28日

2具有内在酶结构的受体（1）催化型受体：胰岛素和多种生长因子的膜受体本身含有酪氨酸激酶（tyrosineproteinkinase,，TPK）活性结构域。激素或生长因子与受体结合后，激活酪氨酸激酶活性，即可引起受体本身磷酸化，又可催化底物蛋白分子中特定的酪氨酸残基磷酸化。这类受体称为催化型受体。

2与胞液中酪氨酸激酶偶联的受体：受体本身不含有酪氨酸激酶活性，当激素（配体）与受体结合后，使受体形成二聚体，导致受体构象改变，受体与胞液中的酪氨酸激酶结合并激活其活性。第二十五页，共四十四页，2022年，8月28日3含有鸟苷酸环化酶的受体：

心钠素（atrialnatriureticfactor，ANF）与受体结合后，激活鸟苷酸环化酶（guanylatecyclase，GC）活性，催化GTP生成cGMP。第二十六页，共四十四页，2022年，8月28日催化型受体第二十七页，共四十四页，2022年，8月28日

3细胞内受体类固醇激素和甲状腺激素受体

激素进入细胞内，与胞质中的专一性受体结合，形成激素-受体复合物。激素-受体复合物转移到细胞膜中，并结合到染色体的特定部位上。激活特定基因使其转录。合成特异的酶或蛋白质，导致细胞功能的变化。

第二十八页，共四十四页，2022年，8月28日第二十九页，共四十四页，2022年，8月28日第三十页，共四十四页，2022年，8月28日（三）信息分子与受体结合的特点：

1高度亲和力；

2特异性结合；3可逆性结合；

4可饱和性结合；

5信息分子与受体结合受介质中pH、离子强度以及温度的影响。

6信息分子与受体结合具有放大信息的作用第三十一页，共四十四页，2022年，8月28日第三十二页，共四十四页，2022年，8月28日二主要的信息传递途径

激素作为生物体内的有活性的化学物质是怎样引起耙细胞产生一系列生理效应的？（一）cAMP－蛋白激酶A途径：以这种方式起作用的激素主要是蛋白质激素、肽类激素及儿茶酚胺类激素(即含氮激素)。

激素首先与质膜上的特定受体分子相互作用，导致细胞内第二信使的产生。然后通过该信使激发级联反应，并最终表现出激素的生理效应。第三十三页，共四十四页，2022年，8月28日1cAMP的产生与降解

产生：激素与受体结合，活化Gs蛋白激活腺苷酸环化酶，催化生成cAMP。

降解：激素作用解除，磷酸二酯酶催化cAMP降解为5‘－AMP。ATPcAMP环化酶磷酸二酯酶AMP第三十四页，共四十四页，2022年，8月28日第三十五页，共四十四页，2022年，8月28日

2蛋白激酶(protinkinases)即A激酶

作为激素作用的第二信使的cAMP的所有已知的作用都是通过蛋白激酶的激活引起的。通过蛋白激酶使不同细胞内的不同的酶或蛋白质磷酸化，从而表现出各组织细胞特有的生理效应。蛋白激酶是由两种亚基组成的一种是调节亚基（R），它同cAMP结合；另一种是催化亚基（C）。在蛋白激酶的活性调节中，cAMP起到了一种别构效应物的作用。

第三十六页，共四十四页，2022年，8月28日返回调节亚基（R）的自动抑制域占据了酶作用结合位置，抑制了催化亚基（C）的活性。R亚基的自动抑制性区域嵌于该凹槽中，堵塞了底物结合的通路。cAMP使C亚基与抑制性的R亚基解离，催化亚基（C）的底物结合位点开放;PKA激活了.cAMP激活蛋白激酶第三十七页，共四十四页，2022年，8月28日级联放大作用第三十八页，共四十四页，2022年，8月28日第三十九页，共四十四页，2022年，8月28日（二）以肌醇三磷酸（IP3）-Ca2+-CaM蛋白激酶途径细胞内也存另外一种类型的第二信使，即肌醇三磷酸（IP3）和Ca2+。

1（IP3）的生成Ca2+浓度变化

（IP3）作为第二信使发挥作用，容易被磷酸脂酶水解托磷酸生成以肌醇。肌醇与CDP－二酰甘油（CDP－DG）重新合成磷脂酰肌醇。

Ca2+浓度在细胞内外相差很大，在大多数情况下，机体通过（IP3）升高细胞内的Ca2+浓度。

IP3受体：存在于内质网膜表面，为四聚体，其亚基的羧基端部分构成钙通道。与IP3结合后变构，钙通道开放，贮存于内质网中的Ca2+释放进入胞液，胞液中Ca2+浓度升高。

第四十页，共四十四页，2022年，8月28日钙调蛋白（CaM）：是一种分子量为