生物化学ppt第八章.ppt

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1、第 八 章,物质代谢的调节 Metabolic Regulation,生物体是一个完整的统一体，各种代谢密切联系、相互作用、相互制约，生物在其进化过程中形成一套有效而灵敏的调节控制系统。 研究代谢调节有着重要的理论与实践意义，是当代生物化学最活跃的研究领域之一。,在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。 以高等动物为例，代谢调节在四个相互关系、彼此协调又各具特色的层面上进行，即神经水平、激素水平、细胞水平和酶水平。 但就整个生物界来说，酶和细胞水平的调节是最基本的调节方式，为动、植物和单细胞生物所共有。,代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特

2、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,一、细胞水平的代谢调节, 细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。 细胞内酶呈隔离分布。 代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key enzyme)的活性决定。 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,（一）细胞内酶的隔离分布,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 避免了各种代谢途径互相干扰。, 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(li

3、miting 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。, 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 。,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 effe

4、ctor), 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 effector 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,调节亚基,变构效应剂：,底物、终产物 其他小分子代谢物,变构效应剂 + 酶的调节亚基,3. 变构调节的生理意义, 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。,变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,（三）酶的化学修饰调节,1. 化学修饰的概念,酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的共价

5、修饰(covalent modification)，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,腺苷化 - - - 脱腺苷,SH 与 S S 互变,酶的磷酸化与脱磷酸化,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

6、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),酶活性的化学调控与 生物活性分子的设计,某些人工合成或天然存在的化学物质对酶的活性有重要影响作用。对这类物质生理活性作用机制的研究及其在医药、农药（包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、动物和植物生长调节剂等）及环保方面的应用，是化学调控最重要内容。 生物体在生长发育过程中，由于自身或外界的某些原因，体内的代谢平衡或生理平衡可能遭到破坏，从而引起某些疾病，甚至导致死亡。疾病的药物治疗，即化学调控方法，是恢复机体正常代谢平衡或生理平衡最重要的方法。,抑制酶活性的药物,对氨基水杨酸 二氢叶酸还原酶 阿司匹林 前列腺

7、素合成酶 5-氟尿嘧啶 胸苷酸合成酶 新斯的明 乙酰胆碱酯酶 哌嗪 琥珀酸脱氢酶 利福平 RNA聚合酶 磺胺类 叶酸合成酶 氯霉素 肽基转移酶,内、外环境改变,激素作用机制,二、激素水平的代谢调节,激素的特点,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，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，并且直接或间接受到神经系统的控制。 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。,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。

8、在医疗上，激素也是一类重要药物。,激素分类, 膜受体激素 胞内受体激素,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,cAMP作为第二信使的发现,第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出。他认为人体内各种含氮激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都是通过细胞内的环磷酸腺苷(cAMP)而发挥作用的。首次把cAMP叫做第二信使，激素等为第一信使。已知的第二信使种类很少，但却能传递多种细胞外的不同信息，调节大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有明显的通用性。 将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使，称为第二信使。 细胞表面受体接

9、受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使,而将细胞外的信号称为第一信使。 第二信使的作用方式一般有两种:直接作用。如Ca2+能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩;间接作用。这是主要的方式，第二信使通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。,第二信使,第二信使： 信息分子与质膜上的受体结合，经化学转换，激活细胞质膜上的效应器，产生细胞内信号物质，即第二信使。 常见的第二信使： cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+ 不同的第二信使产生不同的生物效应,G蛋白作用模式,2. 胞内受体激素的作用方式,类固醇激素的分子质量较小，且是脂溶性的，可通过扩散或载体转运进入靶细胞

10、，激素进入细胞后先与胞浆内的受体结合，形成激素受体复合物，此复合物在适宜的温度和Ca2+参与下，发生变构获得透过核膜的能力。激素进入核内后，与核内受体结合形成复合物。此复合物结合在染色质的非组蛋白的特异位点上，启动或抑制该部位的DNA转录过程，进而促进或抑制mRNA的形成，结果诱导或减少某些蛋白质(主要是酶)的合成，实现其生物效应。,根据激素的化学结构和调控功能，一般可以分为三类 （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。,含氮激素,1氨基酸衍生物激

11、素,（1）甲状腺激素,甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性约为甲状腺素的510倍。二者的结构如下：,天然的甲状腺素是酪氨酸的衍生物，均为L-构型。 甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内70-80%的碘富集在其中。,生理功能,在甲状腺素的合成中，碘化过程并不是发生在游离的酪氨酸上，而是甲状腺球蛋白分子中的酪氨酸残基发生碘化反应。 主要是促进糖、脂及蛋白质的代谢；促进机体的生长发育和组织分化；对中枢神经系统、循环系统、造血过程、肌肉活动及智力和体质的发育等均有显著作用。,幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时，将引起发育迟缓，身材矮小，行动呆笨而缓慢；

12、 成年动物甲状腺机能减退时，出现厚皮病，心博减慢，基础代谢降低，性机能低下。 反之，甲状腺机能亢进，动物眼球突出，心跳加快，基础代谢增高，消瘦，神经系统兴奋性提高，表现为神经过敏等.,(2)肾上腺素,肾上腺分为髓质和皮质两部分。髓质分泌肾上腺素和少量去甲肾上腺素。去甲肾上腺素主要由交感神经末梢分泌。他们也是酪氨酸的衍生物，为R-构型。,肾上腺素具有与交感神经兴奋相似的作用，使血管收缩，心脏活动加强，血压升高，临床上被用来作为升压药物，起抗休克作用。 肾上腺素主要是调节糖代谢, 它能够促进肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量。,功 能,麻黄素和伪麻黄素,麻黄素含有二个手性碳原子，其构型

13、为1R2S, 与R-构型肾上腺素相似，具有较高的生理活性。伪麻黄素的构型为1S2S, 其生理作用则有明显的差异。,多肽及蛋白质激素,由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽或蛋白质激素。这些激素具有各种各样的功能。,(1)脑垂体激素,脑垂体在神经系统的控制下，起调节体内各种内分泌腺作用。垂体可分为前叶、中叶和后叶三个部分。脑垂体分泌的激素共有10多种。 生长激素（GH） 促甲状腺素（TSH） 促肾上腺皮质激素（ACTH） 催乳素（LTH） 促卵泡素（FSH） 黄体生成素（LH） 促黑色细胞素（MSH） 催产素、加压素 垂体前叶和中叶能够合成激素，后叶只能存储和分泌

14、激素。后叶所分泌的激素由下丘脑合成。,2下丘脑激素,下丘脑所分泌的激素主要包括一些释放激素（或释放因子）和释放抑制激素。 下丘脑激素经垂体门静脉到达脑垂体，并作用于垂体细胞，起调控作用。,促甲状腺素释放激素（TRH） 促肾上腺皮质激素释放激素（CRH） 促卵泡素释放激素（FRH） 促黄体生成素释放激素（LRH） 生长素释放激素（GRH），生长素释放抑制激素（GRIH） 促黑色细胞激素释放激素（MRH） 促黑色细胞激素抑制释放激素（MRIH） 催乳素释放激素（PRH），催乳素释放抑制激素（PRIH）,3胰岛激素,胰岛是胰脏的内分泌组织。人的胰岛主要由、 和 三种细胞组成。-细胞分泌胰高血糖素，-

15、细胞分泌胰岛素。,（1）胰岛素,胰岛素是由胰腺中胰岛的-细胞分泌的一种含有51个氨基酸残基的蛋白质激素。 胰岛素由两条多肽链组成,胰岛素的生理功能主要是促进细胞摄取葡萄糖；促进肝糖原和肌糖原的合成；抑制肝糖原的分解。 胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用，使cAMP产生显著减少，导致糖原分解速度减慢。胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反。,（2）胰高血糖素,胰高血糖素为胰岛的-细胞分泌的多肽激素，由29个氨基酸组成，人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样，其结构如下： His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-S

16、er-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asp-Thr 胰高血糖素主要是促进肝糖原分解，使血糖升高，与肾上腺素作用相似。其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化酶，使cAMP浓度升高，从而提高磷酸化酶活性，促进肝糖原分解。,4甲状旁腺激素,甲状旁腺主要分泌甲状旁腺素（PTH）和降钙素（CT），它们都是多肽激素。 二者的生理作用相反，PTH可以升高血钙，而CT则可以降低血钙，因此都是调节钙磷代谢的激素。,类固醇激素,类固醇激素是一类脂溶性激素，它们在结构上都是环戊烷多氢菲衍生物。 脊椎动物的类固醇激素可分为肾上腺皮质激素和性激素两类。,1，肾上腺皮质激素,肾上腺皮质激素由肾上腺皮质分泌产生。目前从肾上腺皮质提取液中分离的类固醇化合物有30余种,功 能,（1）调节糖代谢：抑