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1、生物化学,第十四章 代谢调节综述,第十四章 代谢调节综述,14.1 细胞水平的代谢调节,14.2 激素水平的代谢调节,14.3 神经水平的调节,14.4 常见代谢途径及相互影响,14.1 细胞水平的代谢调节,代谢途径的区域化,酶活力的共价修饰调节,酶量的调节,酶活力的非共价修饰调节,返回,代谢途径的区域化,概念：代谢途径的有关酶类，常常组成酶系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同代谢途径在不同细胞内进行区域化的意义：区域化的存在显著影响真核细胞的代谢情况，有利于代谢的调节。例如：脂肪酸的分解与合成,酶定位的区域化,线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化,细胞
2、质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;,细胞核:核酸合成,内质网:蛋白质合成;磷脂合成,真核细胞内某些酶的区域化分布,返回,酶活力的非共价修饰调节,概念：酶的活力可由内在因素（如底物浓度、辅因子、温度、pH、离子强度等）直接调节或由某些其它因素（代谢产物或小分子调节物）间接调节。这类调节作用具有非共价作用的特点。作用的开始和终止速度很快，时间为毫秒范围。,酶的非共价修饰调节,别构调节：前馈和反馈,别构调节：前馈与反馈,某些重要代谢过程中的调节酶及其效应物,返回,酶活力的共价修饰调节,概念：酶蛋白在另一种酶的催化下，在其分子上以共价结合的方式接上或脱去某种特殊的化学基团，从而引起酶活力改变
3、的过程。类型：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/还原(2SH)例如：糖原磷酸化酶意义：代谢作用中关键酶的共价修饰是级联放大的最终阶段。（特别是激素调节）,酶促共价化学修饰对酶活力的调节,磷酸化酶的共价修饰调节,共价修饰与级联放大,返回,酶量的调节,(1)酶生物合成的诱导和阻遏某些物质（诱导物）能促进细胞内酶的生物合成，这种作用叫作酶的诱导生成作用。-半乳糖酶是个诱导酶；胰岛素诱导糖原合成所需酶等 某些代谢产物能阻止细胞内某种酶的生成，这种作用叫阻遏作用。色氨酸或组氨酸(作为辅阻遏剂)；-羟-甲基戊二酰CoA还原酶（
4、受胆固醇阻遏）(2)酶的降解减少酶的含量，酶降解速度的增加,返回,酶生物合成的诱导和阻遏,操纵子学说操纵子：在DNA分子的不同区域分布着一个调节基因和一个操纵子，一个操纵子包括一个操纵基因，一群功能相关的结构基因，以及在调节基因和操纵基因之间专管转录起始的启动基因。,酶生物合成的诱导和阻遏,操纵子学说当操纵基因“开启”时，它管辖的结构基因能通过转录和翻译而合成某种蛋白质。而操纵基因的“开”与“关”受调节基因产生的阻遏蛋白质的控制。阻遏蛋白质又接受来自外界环境的控制，即受一些小分子诱导剂或辅阻遏剂的控制。,酶生物合成的诱导和阻遏,操纵子学说通常诱导剂是酶的底物，辅阻遏剂是代谢的终产物。这些小分子
5、能以某种方式与阻遏蛋白质分子结合，使阻遏蛋白质产生构象变化，从而决定它是否处于活性状态。在“诱导”的情况下，诱导物同阻遏蛋白结合在一起，使阻遏蛋白质处于失活的构象，这种构象使阻遏蛋白质不能同操纵基因结合，于是操纵基因便“开启”了。在阻遏的情况下，辅阻遏剂同阻遏蛋白质结合后使阻遏蛋白质处于活性状态，紧密地结合在操纵子基因上，操纵基因便“关闭”了。,酶生物合成的诱导和阻遏,操纵子类型1、诱导型操纵子乳糖操纵子2、阻遏型操纵子色氨酸操纵子,诱导型操纵子,I为启动基因，R为调节基因，T为终止基因，O为操纵基因，S1,S2Sn分别表明不同的结构基因。,诱导型操纵子,返回,阻遏型操纵子,I为启动基因，R为
6、调节基因，T为终止基因，O为操纵基因，S1,S2Sn分别表明不同的结构基因。,阻遏型操纵子,返回,乳糖操纵子的负调控,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,P,LacZ,LacY,Laca,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,启动子,O,R,基 因 表达,A、乳糖操纵子的结构,B、乳糖酶的诱导,阻遏蛋白（有活性）,节首,乳糖操纵子的正调控,R,LacZ,LacY,LacA,mRNA,CAP基因,结构基因,T,CAP,O,CAP结合部位,RNA聚合酶,T,cAMP-CAP,P,CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）,使CAP呈失活状态,节首,14.
7、2 激素水平的代谢调节,激素的化学本质,激素的作用特点,激素对代谢的调节,返回,激素的两类受体,激素的化学本质,激素(hormone)是由内分泌细胞或腺体产生的一群微量有机化合物，直接分泌到体液中并运送到特定的作用部位，从而引起特定的生物学效应。激素的分类1、氨基酸及其衍生物类激素：酪氨酸的代谢产物，如甲状腺素、肾上腺素2、肽及蛋白质激素：胰岛素、降钙素等3、固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素4、脂肪酸衍生物类激素：前列腺素,激素的分类,返回,激素的两类受体,1、细胞膜受体水溶性激素，分布于细胞质膜表面上。激素受体复合物，引起细胞内cAMP(第二信使)的生成，cAMP再引起细胞内其他变化来调节
8、代谢，表现出生物效应。2、细胞浆受体脂溶性激素，容易进入细胞。激素受体复合物，通过核膜进入细胞核，开启基因活力，使相应基因表达，表现出生物性状。,返回,激素的作用特点,浓度很低(108molL)，但能引起明显的生物学效应；半衰期短，有利于随时适应环境的变化；激素的作用有饱和现象；激素的作用有较高的组织特异性和效应特异性。,返回,激素对代谢的调节,（一）激素通过细胞膜受体而起作用1、激素与膜上的受体结合2、cAMP的生成（1）cAMP激活多种蛋白酶级联放大作用（2）cAMP作用于基因系统，调节转录和翻译，影响酶的合成。（二）激素通过细胞内受体起作用类固醇激素对代谢的调节不是改变酶的活性，而是通过
9、作用于基因系统改变蛋白质的合成，从而调节生物效应。,孕酮作用机理,B亚基与染色质上的接受位点（accept site）结合。B亚基与染色质结合后，A亚基即游离出来与染色质上的效应位点（effect site）结合,返回,一.直接调节,神经兴奋的快速作用某些特殊情况下，人或动物的交感神经兴奋，由神经细胞的电兴奋引起的动作电位或神经脉冲使血糖浓度升高。,节首,神经体液的调节作用又有直接控制与间接控制两种,14.3 神经水平的调节,二.间接调节,14.3 神经水平的调节,返回,14.4 常见代谢途径及相互影响,物质代谢之间的相互联系及影响,关键交叉位点,主要代谢途径和调控位点回顾,糖代谢与脂类代谢的
10、相互联系,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,核酸与糖类、脂类、蛋白质代谢的相互联系,返回,主要代谢途径和调控位点回顾,糖酵解三羧酸循环和氧化磷酸化磷酸己糖旁路糖异生糖原合成和降解脂肪酸合成和降解,返回,糖的分解代谢与糖异生的关系,关键交叉位点,G-6-P进入细胞的葡萄糖可快速磷酸化为G-6-P，后者或转变为糖原储存、或降解为丙酮酸、或转化为5-磷酸核糖。,关键交叉位点,丙酮酸丙酮酸起初是由G-6-P、丙氨酸和乳酸衍生而来。丙酮酸通过乳酸脱氢酶催化还原为乳酸，同时生成NAD+丙酮酸第三个去路是在线粒体内羧化成草酰乙酸，这是糖异生的第一步。丙酮酸羧化是三羧酸循环中间产物
11、的重要补充。当三羧酸循环速率因缺乏草酰乙酸而减慢时，乙酰CoA能激活丙酮酸羧化酶以增强草酰乙酸的合成。,关键交叉位点,乙酰CoA,关键交叉位点,乙酰CoA这个活性二碳单位是糖类、脂类和蛋白质分解代谢产生的共同的中间代谢物。和代谢中的许多分子不同，乙酰CoA的去路是受限的：乙酰基可通过三羧酸循环完全氧化成CO2。此外，3-羟基-3甲基-戊二酰CoA可由3分子乙酰CoA形成。这个6碳单位是胆固醇和酮体的前体。乙酰CoA的第三条去路是以柠檬酸形式输出至胞液以供脂肪酸合成之需。,返回,糖代谢与脂类代谢的相互联系,糖代谢与脂类代谢的相互联系,3-磷酸甘油,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸,丙酮酸,植
12、物或微生物,返回,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经糖原异生作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,返回,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,返回,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的相互联系,核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型。核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸,如ATP是能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的相互联系,返回,
