生物化学 代谢调节课件

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1、1,第十一章 物质代谢调节,2,生命存在的三大要素：,一、物质代谢,二、能量代谢,三、代谢调节,糖、脂类、蛋白质、核酸代谢,生成ATP/NADH+、消耗ATP/NADH+,复杂、完整的 代谢调节网络,物质代谢 有条不紊 相互交叉 密切相关,3,体内的总体代谢调节情况,代谢调节的规律性,提出,基于糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢调节,归纳,目的：,4,* 机体的物质和能量代谢： 酶催化,* 调节酶活性/含量,调节代谢速度/方向,维持正常生命活动,5,* 单细胞生物调节： 改变酶活性/含量,* 多细胞生物体调节：,(神经细胞与内分泌腺),(神经递质-激素酶活性调节代谢),神经-体液调节,特点:,快速、准

2、确， 持久、广泛， 精细、完善,(最原始、最基础的方式),(神经递质),(激素),(神经-激素调节网络),6,生物体内的代谢调节 细胞、激素、整体水平,* 细胞水平(酶)调节是基础,* 激素酶调节代谢,* 神经系统：,(脑垂体) 促激素,实施整体水平调节,(下丘脑)促激素释放激素,(多细胞),(外周内分泌腺)激素,7,(脑垂体)促激素,激素,(下丘脑)促激素释放激素,酶,神经系统,外周内分泌腺,细胞,(多细胞)生物体内的代谢调节,TRH,TSH,T3、T4,代谢途径中的酶,调节,8,16-19,促 激 素,释 放 激 素,p314,9,第一节细胞水平的调节,对细胞内酶的调节 (酶含量、活性),

3、一、酶在细胞内的分隔分布,不均匀分布，不同亚细胞中,避免不同的代谢过程互相干扰,有利于对代谢的调节,10,表 111真核细胞内某些多酶体系或酶的分隔分布,11,二、代谢调节的作用点 关键酶、限速酶,整个代谢途径中活力最低,催化反应速度最慢的酶,限速酶：,决定着多酶体系的催化速度及反应方向的酶,关键酶：,12,表 112一些重要代谢途径的限速酶,13,14,胆固醇合成,15,调节代谢反应 方向与速度,(关键酶、限速酶),* 调节酶活性 改变酶的活性,例如：“别构调节”与“化学修饰” (结构改变活性改变),快速调节(数秒/分钟),* 调节酶含量 影响酶合成/酶降解,迟缓调节(数小时),调节活性及含

4、量,16,三、 酶的别构调节,1. 概念：,别构调节：,空间构象 轻微改变,酶活性 改变,别构剂 能导致酶产生别构效应的物质,别构酶 能被别构调节的酶,(S、P、ATP、ADP， 结合在活性中心以外的部位),生理小分子 物质,酶分子,17,表 113一些重要代谢途径中的别构酶与别构调节剂,18,19,20,别构部位：,调节亚基 活性中心外,酶活性中心外,对酶活性起调节作用的部位,(别构部位),催化亚基 活性中心内,21,22,2. 别构调节机理：,具有四级结构，多个亚基(调节、催化),别构剂调节亚基,(非共价结合),调节亚基 分子构象,酶分子 致密/松弛,酶活性 升高/降低,结合,S与v关系的

5、曲线:,矩形 双曲线,“S”型,轻微改变,23,24,* 长链脂酰CoA 乙酰CoA羧化酶,* 胆固醇 HMGCoA还原酶 (肝),* ATP 磷酸果糖激酶,* G-6-P 已糖激酶,(催化起始反应),3. 别构调节举例：,代谢产物,终产物,反馈抑制,限速酶,（-）,（-）,（-）,（-）,25,胆固醇合成,26,27,防止产物堆积、能量浪费,使机体处于相对恒定的生理状态,* 普遍存在的、快速、灵敏的调节方式,5. 生理意义：,* 别构调节是细胞的基本调节方式,* 别构调节剂浓度低,别构调节失效,4. 别构调节的特点:,28,四、酶的化学修饰调节,1. 概念：,磷酸化/去磷酸化，腺苷酸化/去腺

6、苷酸化,酶分子上 功能基团,其它酶,可逆的化学修饰,酶活性 改变,(丝,苏,酪-OH),(激活/抑制),(共价修饰),举例： 糖原磷酸化酶,图11-1,29,2. 机理：,肌肉中糖原磷酸化酶是典型的酶化学修饰,a,30,磷酸化后 有活性,磷酸化后 无活性,Gn,G1P,* cAMP依赖的蛋白激酶通过一系列酶促级联式反应，,促进糖元的分解，抑制糖元的合成，使血糖,18,31,表 114一些代谢途径中关键酶的化学修饰调节,32,33,快速、高效、经济 (和酶含量调节比),3. 生理意义与特点：,放大 (和变构调节比),4. 化学修饰受到上一级激素水平的调控,激素,酶化学修饰,改变酶活性,应激情况:

7、,肾上腺素,cAMP,磷酸 化酶a,糖原 分解,化学修饰,34,肾上腺素,ATP,AC,G蛋白(Gs),受体,放大效应,(和变构调节比),35,表11-5 酶别构调节与化学修饰调节的比较,6磷酸果糖 激酶-1的 变构作用,36,(F-6-P),(F-1,6-BP),(PFK-1),(F-2,6-BP),a,37,五、酶含量的调节,1. 酶蛋白合成的诱导/阻遏,诱导 使酶蛋白合成,阻遏 使酶蛋白合成,影响转录与翻译,(调控基因表达),酶含量调节: 迟缓调节,效应持续时间较长,耗能较多(合成蛋白质),38,(1) 底物诱导,* 精氨酸 精氨酸酶合成 (Hela细胞),* 色氨酸 色氨酸吡咯酶合成

8、(小鼠肝细胞),* 长期高糖、低蛋白质饮食:,消化液中淀粉酶活性，蛋白酶活性,* 长期饮酒:,肝中醇脱氢酶的活性,诱导,诱导,39,40,(2) 激素诱导,* 长期使用糖皮质激素:,(蛋白质转化成糖 血糖),体内糖异生关键酶合成、活性,(3) 药物诱导,* 苯巴比妥 葡萄糖醛酸转移酶(肝),* 长期服用安眠药,* 滥用抗生素,诱导,41,19-,42,(4) 产物阻遏,高胆固醇 HMGCoA还原酶 (肝),2. 酶蛋白分子降解的调节,饥饿时: 乙酰辅酶A羧化酶活性,(酶蛋白分子降解速度活性),* 酶的降解调节作用明显低于酶诱导/阻遏调节,阻遏,43,胆固醇合成,44,六、同工酶对物质代谢的调节

9、,对机体代谢起着分工调节的作用,例如：已糖激酶和葡萄糖激酶 (即：型已糖激酶),已糖激酶: 0.010.1mM Km,葡萄糖激酶: 1020mM Km,不受G6P反馈抑制,肝脏： 葡萄糖激酶为主, 饱食后G转变成Gn (肝),大脑等: 已糖激酶为主, 饥饿/血糖浓度时,仍对G亲和力大, 利用G作为能源,(图),45,GK: 10-20mM (Km),不受G6P反馈抑制,大量吸收Glc 合成肝糖原,(饮食后),46,乳酸脱氢酶 (含5种同工酶):,* 骨骼肌富含LDH5,* 心肌富含LDH1,对丙酮酸亲和力大, 可使丙酮酸迅速转变成乳酸,以保证剧烈运动氧供应不足时葡萄糖仍能经酵解供能,对乳酸亲和

10、力大, 可使乳酸在心肌中不断氧化供能,(无氧),(有氧),乳酸脱氢酶,(LDH5),(LDH1),47,第二节激素水平的调节,是高等动物体内主要的代谢调节方式,特点： 微量、高效、放大效应,较高的组织特异性与效应特异性,48,由内分泌腺/细胞分泌的，能引起特定的,神经 垂体,(后叶),OX,ADH,肾小管,子宫,Leydig 细胞,T,生精 细胞,激素：,组织/细胞产生特定生物学效应的一类化学物质,49,水溶性激素： 蛋白质, 肽类 儿茶酚胺类,脂溶性素： 类固醇类 甲状腺激素,一、 两类激素的两种作用方式,* 经细胞膜受体,* 经细胞内受体,50,二、激素通过细胞膜受体调节的机理,* 与膜受

11、体结合(改变膜通透性),修饰靶酶(共价),调节代谢,* G蛋白、第二信使,蛋白激酶,生物效应,51,G蛋白偶联受体-cAMP 信号转导系统,激素,腺苷酸环化酶,蛋 白 激 酶 A,调节生理功能,受体,G蛋白,ATP,cAMP,靶酶,靶酶,p,52,a,靶酶,靶酶,53,激素结合区域,G蛋白结合区域,7折跨膜,17-,54, 肾上腺素,表 116能影响和不影响cAMP生成的激素,55,抗利尿激素(ADH)的作用机制：,56,表11-7 cAMP蛋白激酶体系对代谢的调节作用：,a,57,激素,腺苷酸环化酶,蛋 白 激 酶 A,调节生理功能,受体,G蛋白,ATP,cAMP,靶酶,靶酶,p,58,a,

12、cAMP蛋白激酶体系,59,磷酸化后 有活性,磷酸化后 无活性,Gn,G1P,* cAMP依赖的蛋白激酶通过一系列酶促级联式反应，,促进糖元的分解，抑制糖元的合成，使血糖,18,60,三、激素通过细胞内受体的调节作用机理,脂溶性素： 类固醇类 甲状腺激素,61,转录 因子,转录因子 + 反应元件,17,(GRE),62,四、 胰岛素调节代谢的作用机理,* 与靶细胞膜上的糖蛋白受体结合,* 作用机理十分复杂,63,亚基：,亚基：,跨膜结构, 其膜内C端,含Tyr蛋白激酶活性,膜外侧, 与胰岛素结合,胰岛素,亚基,亚基上 Tyr蛋白激酶,结合,激活,鼠肝细胞胰岛素受体： 四聚体(,)2,64,第三

13、节整体水平的综合调节,整体调节： 神经体液调节,特点： 神经系统 几种激素分泌,多种激素协同 机体代谢,例如: 维持机体血糖浓度恒定 升血糖激素降血糖激素,调节脂肪的分解与合成 脂解激素抗脂解激素,协调,调节,65,一、 饥饿时的代谢调节,1. 数日饥饿/禁食： 血糖浓度仅趋向,是多种激素分泌，综合调节的结果,(胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素、肾上腺皮质激素),脂肪动员 酮体生成,弥补葡萄糖 供能的不足,骨骼肌蛋白质 分解,糖异生,包括：,(1),(2),66,葡萄糖利用, 酮体利用,确保大脑和红细胞对葡萄糖的需求,外周组织:,(3),67,2. 较长期饥饿/禁食: 血糖浓度约3.0mM,蛋白质

14、分解,肝中糖异生,大脑及外周组织,(占能源85%以上),脂肪分解,以保留对生命重要的蛋白质,利用酮体和脂肪酸供能,68,将血糖维持在低水平的原因：,心肌、骨骼肌等供能物质 脂肪酸、酮体,* 少量葡萄糖是氧化分解脂肪酸与酮体的必要条件,草酰乙酸,是饥饿时机体对能量进行综合调节的重要措施,(脂肪酸、酮体),(葡萄糖),TCA,* 乙酰辅酶A,循环,69,3. 严重饥饿时体内主要供能物质: 脂肪和蛋白质,* 大量脂肪动员、分解 酮症酸中毒,明显的负氮平衡 消耗体质、抵抗力,* 组织蛋白质大量降解,70,表 119正常饮食与饥饿时各组织器官能量来源供应物质的比较,71,二、 应急时的代谢调节,整体神经出现 综合应答反应,下丘脑 CRH分泌、脑垂体 ACTH分泌,肾上腺 糖皮质激素,胰腺细胞 胰岛素分泌,机体,应急因子,(疾病/精神刺激),应答反应包括:,交感神经 肾上及去甲肾上腺素分泌,72,肝糖原分解、糖异生,脂肪动员、蛋白质分解，合成代谢,血葡萄糖、脂肪酸、酮体、氨基酸,代谢改变包括：,(以充足能源和营养物质应答紧急状态),