代谢调节

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1、第十三章 代谢调节第一节 物质代谢的相互联系n一、糖、脂类、蛋白质代谢间的联系n(一)能量供应的相互协作关系n糖提供总能量的50%70%，脂肪则提供25% 左右。在糖、脂肪供应充足时，机体尽量节约 蛋白质。但三种物质在供能方面可以相互替代 ，弥补不足。表现在：不同的组织器官以不 同的物质为主要能量来源。糖供应不足时， 脂肪动员加强，增加供能比例。 (二)物质上的相互转变关系 糖与脂类之间的转变 糖与氨基酸之间的转变 氨基酸与脂类之间的转变 二、三大营养物质与核苷酸代谢间的联系第二节 细胞水平的代谢调节n细胞水平调节：通过细胞内代谢物浓度的 变化来影响酶的活性及含量，从而调节代 谢，这种调节方式

2、称为细胞水平调节 n激素水平代谢调节通过激素进行调节的方 式称为激素水平代谢调节n整体水平的代谢调节通过神经系统及神经 体液进行的调节方式属于整体水平的代谢 调节。 一、细胞的膜结构及酶分布在代谢调节中的作用 n(一)多酶体系的区域化分布二、酶活性的调节酶的调节 糖酵解胞液胆固醇合成胞液和内质 网磷酸戊糖途径胞液磷脂合成内质网糖原合成胞液尿素合成线粒体和胞 液脂肪酸合成胞液蛋白质合成胞液和内质 网糖异生胞液DNA及RNA合成细胞核脂肪酸-氧化线粒体多种水解酶溶酶体三羧酸循环线粒体呼吸链及氧化磷 酸化线粒体酮体生成肝细胞线粒 体代谢途径关键酶糖酵解已糖激酶、6-磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶糖有氧氧化

3、丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸 脱氢系糖原分解糖原磷酸化酶糖原合成糖原合成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-磷酸酶脂肪动员激素敏感脂肪酶脂酸合成乙酰CoA羧化酶胆固醇合成HMG-CoA还原酶关键酶(一)酶结构调节n变构调节n变构调节概念：一定的小分子化合物能与酶 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 种调节即为酶的变构调节或别位调节n变构调节的生理意义：n防止代谢终产物积累。 n代谢物得到合理调配和有效利用。n改变代谢的方向 酶促化学修饰调节化学修饰调节：酶蛋白中特定的化学基

4、团在另 一种酶催化下，通过共价键结合或脱去一小 分子化合物，导致酶活性变化，这种调节方 式称为化学修饰(也称共价修饰）n常见为磷酸化和脱磷酸化 酶促化学修饰调节的特点及生理意义 ：n酶的激活和抑制两种状态互变是通过共价键 变化实现的，需另外有关酶的催化才能完成。 蛋白激酶催化酶蛋白磷酸化反应，磷蛋白磷酸 酶催化脱磷酸反应。 n整个化学修饰过程是一个级联反应，有放大 效应。 n化学修饰是酶结构调节(快速调节)的又一种 重要方式。效率高但耗能却很少 n化学修饰与变构调节相辅相成共同维持代谢 顺利进行 酶化学修饰类型酶活性改变糖原磷酸化酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制糖原磷酸化酶b激酶磷酸化/脱磷酸激活/

5、抑制糖原合成酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活6-磷酸果糖激酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活HMG-CoA还原酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活乙酰CoA羧化酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活(二)酶数量的调节n酶数量的调节是一种慢调节方式。酶蛋白合成的诱导与阻遏 某些代谢底物或产物、药物以及激素等均可影响 酶的合成过程 诱导剂 ：将促进酶合成的化合物称为酶的诱导剂 阻遏剂 ：减少酶合成的化合物称为酶的阻遏剂 酶降解的调节 改变酶分子的降解速度，控制细胞内酶含量的速度 几种酶活性调节方式的比较几种酶活性调节方式的比较调节方 式调节物质酶分子变化特点及生理意义变构调 节变构激活剂、变 构抑制剂，可以 是底物、产物或 其它小分

6、子物质变构剂通过非共价键与 酶的调节亚基(或部位) 结合，引起酶分子构象 的改变可防止产物堆积和能源 浪费，作用快化学修 饰激素等调节因子酶分子发生共价变化( 磷酸化/脱磷酸化等)耗能少，作用快，有放 大效应，可满足应激酶数量 调节诱导剂、阻遏剂 ，可以是激素、 药物以及底物、 终产物酶数量增加或减少耗能多，调节效应出现 慢但维持长久，除去调 节物质后仍保持调节效 应一段时间第三节 激素水平的代谢调节n一、激素是一种信息物质n可将激素分为两大类。一类是细胞质膜受体 激素，存在于靶细胞的上，其化学本质是蛋 白质或肽类以及儿茶酚胺类。n另一类是细胞内受体激素，包括类固醇激素 、甲状腺素，它们的存在

7、于靶细胞内部。信息传递的基本内容可概括为： 细胞能分泌一定的化学物质，专门负责调节 其他细胞(有些也调节自身细胞)的代谢和功能 ，这些化学物质称为信息物质。包括生长因子 、细胞因子、神经递质和激素等。 信息物质发挥作用时，必须先与细胞上的特 异性受体结合。具有相应受体的细胞称为该信 息物质的靶细胞。 靶细胞内有复杂的信号转换过程，信息物质 与受体结合后启动这个过程，最终表现出对细 胞的调节效应。 二、激素通过膜受体的调节作用 特点：激素与靶细胞的细胞质膜上的受体结合 四条途径 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

8、-蛋白激酶途径n主要特征：以靶细胞内cAMP浓度改变和 激活蛋白激酶A来实现是激素调节物质代谢的主要途径 激素膜受体G蛋ACcAMPPKA 关键酶或功能蛋白质磷酸化生物效应G蛋白和腺苷酸环化酶n在细胞质膜胞浆面有一种蛋白质，因可与GTP 或GDP结合而被称为鸟苷酸结合蛋白，简称G 蛋白 n两种状态：无活性状态和活性状态 nG蛋白有三个亚基，分别是、亚基。三 个亚基聚合时，亚基结合有GDP,这是无活性 状态 n激素与受体结合后促使亚基与GTP结合，并 与、亚基分离，是G蛋白的活性状态。 G- GTP cAMP-蛋白激酶途径中涉及到两种：激动型G蛋白Gs和抑 制型G蛋白Gi。这两种G蛋白的作用是相

9、反的。有些激素 与受体结合后激活激动型G蛋白，再以Gs-GTP形式激活 AC。另有些激素与受体结合后激活抑制型G蛋白，以Gi- GTP形式抑制AC。 激素传递信息时，先与膜受体结合形成激素-受体复合物 ，引起G蛋白变构成为G-GTP，进而激活AC使细胞内 cAMP浓度升高 cAMP和蛋白激酶A ncAMP和蛋白激酶A的基本作用：n将ATP上的一个磷酸转移到蛋白质，使蛋白质 磷酸化，起这样作用的酶统称为蛋白激酶 。 依赖cAMP的蛋白激酶称蛋白激酶A(PKA)n这个酶的活性受cAMP浓度控制 n激素引起细胞内cAMP浓度成倍的变化。 cAMP是蛋白激酶A的变构激活剂，其浓度大 幅增高后发生如下调

10、节作用：cAMP浓度较低，PKA的四个亚基聚合，此时为 无活性状态 cAMP浓度升高后，与调节亚基结合，酶分子解 聚，催化亚基被激活 蛋白激酶A被激活后，使代谢途径的关键酶磷酸化 ，代谢受到调节。至此信息传递过程完成，激素 的信息表现出生物学效应 cAMP是第二信使 目前已经知道可作为第二信使包括 cAMP cGMP、二脂酰甘油、三磷酸肌 醇、Ca2+等。第二信使的共同特点是n均为小分子化合物。n通过浓度变化在细胞内传递信息物质 的信号。第二信使的浓度变化本身就是信号，而它们的 浓度受多种因素控制，如cAMP浓度受腺苷酸环 化酶和磷酸二酯酶两个酶活性的影响 磷酸二酯酶cAMP ATP蛋白激酶A

11、的其它作用： n可以对基因表达、细 胞分泌、细胞膜通透 性等进行调节。所有 的效应都是通过使一 定的功能性蛋白质磷 酸化实现的 酶或功能蛋白磷酸化引起的 功能变化生理意义组蛋白失去对转录的 阻遏作用加速转录，促 进蛋白质的合 成细胞膜蛋白膜蛋白构象及 机能改变改变膜对水及 Na+的通透性糖原磷酸化酶b 激酶激活激活磷酸化酶 ，促进糖原分 解糖原合成酶I活性受抑制抑制糖原合成肝丙酮酸激酶活性受抑制抑制糖分解代 谢 三脂酰甘油脂 肪酶激活促进脂肪动员乙酰CoA羧化酶活性受抑制抑制脂肪酸合 成 HMG-CoA还原酶活性受抑制抑制胆固醇合 成(二)Ca2+-依赖性蛋白激酶途径nCa2+直接参与的传递途

12、径有两个：n一是Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径；n一个是钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径(Ca2+- CaM激酶途径) 有关此途径的要点如下： 通过此途径发挥作用的激素 有促甲状腺 素释放激素、去甲肾上腺素、抗利尿激素、 血管紧张素及5-羟色胺等。 参与传递的G蛋白 是磷脂酶C型G蛋白 (Gp)，而不是cAMP-蛋白激酶途径中的Gs。 参与的第二信使 有二脂酰甘油、三磷酸 肌醇和Ca2+。前两个物质是在磷脂酰肌醇特 异性磷脂酶C(PI-PLC)作用下由磷脂酰肌醇二 磷酸水解生成。Ca2+来源于钙库或细胞外液 第二信使的作用 三磷酸肌醇：它与内质网、线粒体等膜上的 特异性受体结合，使膜的通透性改变，

13、储存在其 中的Ca2+大量释放至胞浆中。 二脂酰甘油：它可激活蛋白激酶C(PKC)，其 过程相当于cAMP激活PKA，但激活时需Ca2+和 磷脂酰丝氨酸。 Ca2+：一是配合二脂酰甘油激活蛋白激酶C 。二是激活Ca2+-CaM激酶途径。 CaM本身无活性，当Ca2+浓度10mol/L(比平 时浓度至少增加了10倍)时即与CaM结合，形成 Ca2+-CaM复合物后CaM构象发生变化而具有活 性。 Ca2+-CaM活性复合物主要通过激活Ca2+-CaM蛋 白激酶发挥其信息传递作用。Ca2+-CaM复合物 也可直接与某些酶(如磷酸二酯酶、磷酸化酶b激 酶)非共价键结合而激活该酶。 最终引发生物效应的

14、酶 (三)cGMP-蛋白激酶途径 cGMP是由鸟苷酸环化酶催化GTP生成。通过 这个途径调节代谢的过程与cAMP-蛋白激酶途径 有相似之处，包括以下主要环节：激素受体鸟苷酸环化酶cGMP蛋白激 酶G关键酶或功能蛋白磷酸化生物效应心钠素是一种调节水盐代谢的激素，它是通过 存在于细胞质膜上的鸟苷酸环化酶，使有关蛋白 质和酶磷酸化，从而增加肾小球滤过，增加尿量 和尿中排钠。 (四)酪氨酸蛋白激酶途径n当这类受体接受胞外生长因子信息后，构象改 变，使其胞内侧酪氨酸蛋白激酶激活，发生自 磷酸化修饰，后者可结合并催化细胞内特定蛋 白质分子中酪氨酸羟基发生磷酸化，再经一系 列过程将信息传递至细胞核内，使基因的转录 因子磷酸化而调控基因表达 n通过此途径传递信息的物质主要有细胞因子、 生长因子、胰岛素等，在细胞生长、增殖、分 化等过程中起重要作用，并与肿瘤的发生有密 切关系。三、激素通过细胞内受体的调节作用n类固醇激素如糖皮质激素、盐皮质激素、雄激 素、雌激素等类固醇激素、1,25-(OH)2-D3和甲 状腺素等通过细胞膜受体调节第四节 整体调节n中枢神经系统调节机体全身的代谢过程 。一方面通过神经活动直接影响体内各 器官的功能；另一方面通过神经-体液途 径控制内分泌腺，使激素的分泌保持协 调和相对平衡。