第十章 代谢调节

第十章代谢调节第1页，共67页，2023年，2月20日，星期四本章：酶为中心三个水平的调节代谢途径的关键酶三大营养物质的代谢特点和联系第2页，共67页，2023年，2月20日，星期四学习策略掌握6个糖的代谢途径

葡萄糖的氧化分解（有氧氧化、无氧氧化）糖异生糖原合成糖原分解磷酸戊糖途径每个代谢途径的起点、终点、关键步骤（脱氢、ATP、CO2、关键酶）及主要调节因素。

第3页，共67页，2023年，2月20日，星期四糖原脂肪蛋白质葡萄糖脂肪酸+甘油氨基酸三羧酸循环乙酰CoAIIIIII三大营养物分解代谢的三个阶段CO2，H2O，ATP第4页，共67页，2023年，2月20日，星期四联系枢纽第5页，共67页，2023年，2月20日，星期四线粒体细胞浆葡糖-6-磷酸酶果糖-1，6-二磷酸酶丙酮酸羧化酶

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶

第6页，共67页，2023年，2月20日，星期四Ｐ２００第7页，共67页，2023年，2月20日，星期四（一）胰岛素胰岛B细胞分泌的激素：降低血糖浓度的激素促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。第8页，共67页，2023年，2月20日，星期四作用机制：将肌肉、脂肪组织细胞内的GLUT4转移到细胞膜上，增加细胞膜上GLUT4，加速葡萄糖进入细胞；激活磷蛋白磷酸酶，使糖原合酶去磷酸化后活性增强，糖原合成增加；糖原磷酸化酶去磷酸化后活性降低，糖原分解减少；诱导果糖磷酸激酶1和丙酮酸激酶的表达，激活丙酮酸脱氢酶复合体，加速葡萄糖分解代谢；抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的活性，降低葡糖异生作用；抑制脂肪细胞内激素敏感脂肪酶，减少脂肪动员。第9页，共67页，2023年，2月20日，星期四（二）胰高血糖素（Glucagon）胰岛α细胞分泌的升高血糖浓度的激素。作用机制：通过cAMP–蛋白激酶A途径激活糖原磷酸化酶引起肝糖原分解，使糖原合酶磷酸化失去活性，糖原合成减少；减少葡萄糖分解代谢；诱导磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和果糖–1，6–二磷酸酶的表达，促进葡糖异生；激活脂肪细胞内激素敏感脂肪酶，增加脂肪动员。第10页，共67页，2023年，2月20日，星期四高血糖及糖尿病的病理生理原因：（1）病理原因：持续性高血糖和糖尿主要见于糖尿病。糖尿病可分二型：I型——胰岛素依赖型II型——非胰岛素依赖型（2）生理原因：a:血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍；b:生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。第11页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节细胞水平的代谢调节第12页，共67页，2023年，2月20日，星期四一、细胞内代谢调节的基本方式（一）代谢酶与代谢途径的整合与定位分布1.酶在细胞内的区域化分布2.多酶体系与多功能酶3.同工酶第13页，共67页，2023年，2月20日，星期四真核细胞主要代谢途径与酶的区域分布代谢途径（酶或酶系）细胞内分布代谢途径（酶或酶系）细胞内分布糖酵解胞液氧化磷酸化(呼吸链)线粒体三羧酸循环线粒体尿素合成胞液、线粒体磷酸戊糖途径胞液蛋白质合成内质网、胞液糖异生胞液DNA合成细胞核糖原合成与分解胞液mRNA合成细胞核脂肪酸β氧化线粒体tRNA合成核质脂肪酸合成胞液rRNA合成核仁呼吸链线粒体血红素合成胞液、线粒体多种水解酶溶酶体胆红素生成微粒体、胞液磷脂合成内质网胆固醇合成内质网、胞液第14页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节细胞水平的代谢调节第15页，共67页，2023年，2月20日，星期四调节细胞内酶的分布、活性、含量一、细胞内代谢调节的基本方式（一）代谢酶与代谢途径的整合与定位分布酶在细胞内的区域化分布多酶体系与多功能酶同工酶第16页，共67页，2023年，2月20日，星期四酶在细胞内区域化分布的意义：避免各种代谢途径的酶互相干扰，有利于它们协调地发挥作用。第17页，共67页，2023年，2月20日，星期四2.多酶体系与多功能酶单体酶:仅有一条多肽链构成的酶。寡聚酶:由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系:由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶:一些酶系在进化过程中由于基因的融合，形成一条多肽链却具有不同功能的酶。第18页，共67页，2023年，2月20日，星期四丙酮酸脱氢酶复合体脂肪酸合成酶系第19页，共67页，2023年，2月20日，星期四多酶体系和多功能酶的意义：

多酶体系和多功能酶的出现，不但有助于代谢的顺利进行，还便于调控。第20页，共67页，2023年，2月20日，星期四3.同工酶催化相同的化学反应，但酶分子结构、理化性质及免疫学性质等不同的一组酶。意义：同工酶在不同的组织、或不同的细胞类型、或同一细胞的不同细胞器中具有不同的质和量，具有不同的活性，在代谢途径中发挥不同的作用，调节代谢进行的不同方向。第21页，共67页，2023年，2月20日，星期四乳酸脱氢酶的同工酶第22页，共67页，2023年，2月20日，星期四

己糖激酶与葡萄糖激酶的比较

己糖激酶葡萄糖激酶分布各组织细胞中肝内专一性不高高Km0.01-0.1mmol/L10-20mmol/LG-6-P的抑制作用+-

激素调节－＋

第23页，共67页，2023年，2月20日，星期四（二）代谢调节的基本方式体内代谢是一系列酶促反应的总和。整个代谢途径的速度取决于多酶体系中催化活力最低、米氏常数最大、催化反应速度最慢的酶。此酶起着限速作用，是代谢调节的作用点，称为限速酶或关键酶。第24页，共67页，2023年，2月20日，星期四一些重要代谢途径的限速酶代谢途径限速酶糖酵解己糖激酶，磷酸果糖激酶-1，丙酮酸激酶磷酸戊糖途径葡萄糖-6-磷酸脱氢酶糖异生丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖-1，6-二磷酸酶，葡萄糖-6-磷酸酶三羧酸循环柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶，

α-酮戊二酸脱氢酶复合体糖原合成糖原合成酶糖原分解磷酸化酶脂肪分解三酰甘油脂肪酶脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶酮体合成HMG辅酶A合成酶胆固醇合成HMG辅酶A还原酶尿素合成精氨酸代琥珀酸合成酶血红素合成ALA合成酶第25页，共67页，2023年，2月20日，星期四代谢途径的底物或终产物常影响催化该途径起始反应的酶的活性，即反馈调节。1.反馈调节（1）终产物的积累抑制初始步骤的酶活性，使得反应减慢或停止，此种反馈称为负反馈或反馈抑制。G-6-P糖原磷酸化酶糖原（-）第26页，共67页，2023年，2月20日，星期四（2）代谢过程中某些中间产物可使本途径的前行酶活化，加速反应的进行，此种反馈称为正反馈或反馈激活。F-2,6-BP磷酸果糖激酶IF-6-P（+）F-1,6-BP第27页，共67页，2023年，2月20日，星期四2.底物循环代谢途径中某些可逆反应的正反方向是由不同酶催化进行的，由不同的酶催化底物互变的反应称为底物循环。使代谢调节更为灵敏和精密。第28页，共67页，2023年，2月20日，星期四3.级联反应在一个连锁反应中，当一个酶受到激活后，其他酶依次被激活，引起原始信号的放大，这种连锁反应系统被称为级联系统，所催化的反应被称为级联反应。级联反应既起到放大效应，也使得级联中各级都可得到调节。第29页，共67页，2023年，2月20日，星期四二、细胞内酶活性的调节属于酶的快速调节。快速调节：在数秒或数分钟内即可以发生调节，是通过改变酶分子的结构，从而改变其活性来调节酶促反应的速度的调节方式。

变构调节（allostericregulation）化学修饰调节（chemicalmodification）第30页，共67页，2023年，2月20日，星期四（一）变构调节一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。变构激活剂变构抑制剂变构酶变构部位变构效应剂第31页，共67页，2023年，2月20日，星期四

代谢途径中的变构酶及其变构效应剂代谢途径变构酶 变构激活剂变构抑制剂糖酵解己糖激酶 AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶-1

FDP柠檬酸丙酮酸激酶FDPATP、乙酸CoA三羧酸循环柠檬酸合成酶AMPATP、长链脂酰CoA异柠檬酸脱氢酶AMP、ADPATP糖异生丙酮酸羧化酶乙酰CoA、ATPAMP果糖－1,6－二磷酸酶5’-AMPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP、G-1-P、PiATP、G-6-P糖原合成糖原合酶G-6-P脂肪酸合成乙酰CoA羧化酶柠檬酸、异柠檬酸长链脂酰CoA胆固醇合成HMG－CoA还原酶胆固醇氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶ADP、亮氨酸、甲硫氨酸ATP、GTP、NADH嘌呤合成PRPP酰胺转移酶PRPPAMP、ADP、GMP、

GDP嘧啶合成天冬氨酸氨基甲酰转 CTP移酶第32页，共67页，2023年，2月20日，星期四变构酶的特点及其作用机制变构酶是由多亚基构成催化亚基调节亚基第33页，共67页，2023年，2月20日，星期四2.变构效应剂可以是酶的底物，也可以是酶系的终产物，以及与它们结构不同的其他小分子化合物。变构剂与调节亚基(或部位)间是非共价键的结合，结合后改变酶的构象，从而使酶活性被抑制或激活；酶与变构剂分离后能恢复原有酶学性质。第34页，共67页，2023年，2月20日，星期四RRCCRRRRCCCC酶活性增加/降低--生理小分子物质：代谢产物、底物、其他和调节基团非共价、可逆结合

酶分子RRCCRRRRCCCC第35页，共67页，2023年，2月20日，星期四果糖－1，6二磷酸酶的变构效应酶亚基上的催化部位X：酶亚基上的调节部位FDP：果糖-1，6－二磷酸

第36页，共67页，2023年，2月20日，星期四3.变构酶的酶促反应动力学不符合米曼氏方程式，酶促反应速率和作用物浓度的关系曲线不呈矩形而常常呈S形。第37页，共67页，2023年，2月20日，星期四4.变构效应在酶的快速调节中占有特别重要的地位。5.变构酶往往通过变构效应受到一些代谢产物的抑制或激活，因而，这些酶的活力可以极灵敏地受到代谢产物浓度的调节，对机体自身的代谢调控具有重要的意义。6.变构调节不需要能量。第38页，共67页，2023年，2月20日，星期四（二）化学修饰调节

化学修饰调节：酶蛋白肽链上的某些基团可在另一种酶的催化下，与某些化学基团发生可逆的共价结合，引起酶分子结构改变而影响酶的活性称为化学修饰调节。

磷酸化和去磷酸化（最常见）甲基化和去甲基化腺苷化和去腺苷化尿苷化和去尿苷化-SH与-S-S-互变常见类型第39页，共67页，2023年，2月20日，星期四第40页，共67页，2023年，2月20日，星期四3.耗能少4.按需调节，是体内酶活性的经济、高效的调节方式第41页，共67页，2023年，2月20日，星期四酶别构调节与化学修饰调节的比较某些酶同时存在两种调节方式别构调节是细胞的基本调节方式化学修饰调节是高效的调节方式第42页，共67页，2023年，2月20日，星期四三、细胞内酶含量的调节属于酶的迟缓调节。迟缓调节：通过对酶蛋白分子的合成或降解来改变细胞内酶的含量的调节方式，一般需要数小时或数天才能实现。第43页，共67页，2023年，2月20日，星期四（一）酶蛋白合成的诱导与阻遏诱导（induction）：使蛋白质合成增加阻遏（repression）：使蛋白质合成减少诱导与阻遏一般发生在转录/翻译过程。第44页，共67页，2023年，2月20日，星期四诱导底物诱导

摄入蛋白质增加诱导鸟氨酸循环的酶合成激素诱导

糖皮质激素诱导糖异生的关键酶的合成

药物诱导

苯巴比妥诱导肝微粒体中单加氧酶合成阻遏产物阻遏

高胆固醇抑制HMG-CoA还原酶的转录常见的诱导或阻遏方式第45页，共67页，2023年，2月20日，星期四（二）酶蛋白降解的调控通过改变酶蛋白分子的降解速度来调节酶的含量。溶酶体——释放蛋白水解酶降解蛋白质胞液——泛素识别、结合蛋白质，蛋白水解酶降解蛋白质作用不如酶蛋白的诱导生成调节重要第46页，共67页，2023年，2月20日，星期四第二节激素对物质代谢的调节第47页，共67页，2023年，2月20日，星期四

产生分泌血液内分泌细胞激素

靶细胞生物学效应（第一信使）（受体）内外环境改变第48页，共67页，2023年，2月20日，星期四按激素受体在细胞的部位不同，分为：膜受体激素胞内受体激素水溶性激素：肽或蛋白质激素儿茶酚胺类激素脂溶性激素：类固醇激素甲状腺激素1，25（OH）2-D3维甲酸第49页，共67页，2023年，2月20日，星期四膜受体激素的作用方式第50页，共67页，2023年，2月20日，星期四胞内受体激素的作用方式第51页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节整体水平的代谢调节第52页，共67页，2023年，2月20日，星期四整体调节=神经-体液调节神经系统协调调节几种激素，使多种激素共同协调调节。第53页，共67页，2023年，2月20日，星期四一、应激状态下的代谢调节应激（stress）：指人体收到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出的一系列反应的“紧张状态”。第54页，共67页，2023年，2月20日，星期四降血糖激素抗脂解激素胰岛素升血糖激素脂解激素胰高血糖素肾上腺皮质激素肾上腺素交感神经兴奋第55页，共67页，2023年，2月20日，星期四肝脏肝糖原分解糖异生增加糖原合成减少外周组织血糖利用增加酮体利用增加脂肪酸分解增加蛋白质分解增加脂肪合成减少细胞水平代谢调节第56页，共67页，2023年，2月20日，星期四血糖升高；脂肪动员增强；蛋白质分解加强。第57页，共67页，2023年，2月20日，星期四二、饥饿时的代谢调节（一）短期饥饿（1-3天）降血糖激素抗脂解激素胰岛素升血糖激素脂解激素胰高血糖素肾上腺皮质激素肾上腺素激素水平第58页，共67页，2023年，2月20日，星期四肝脏肝糖原分解糖异生增加外周组织葡萄糖利用减少酮体利用增加脂肪酸分解增加蛋白质分解增加细胞水平第59页，共67页，2023年，2月20日，星期四（二）长期饥饿脂肪动员进一步加速，酮体在肝细胞中大量生成，脑组织利用酮体的比例增多，从而减少体内蛋白质的分解有一定意义。2.肌肉优先利用脂肪酸作为能源，以保证脑组织的酮体供应。3.血中酮体增高直接作用于肌肉，减少肌肉蛋白质的分解，此时肌肉释放氨基酸减少，而乳酸和丙酮酸成为肝中糖异生的主要物质。4.肾糖异