物质代谢的联系与调节课件.ppt

1、第九章物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节Integration & Regulation of Metabolism 第一节第一节 物质物质代谢的特点代谢的特点 第二节第二节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系 第三节第三节 组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系 第四节第四节 代谢调节代谢调节物质代谢的特点物质代谢的特点The Specialty of Metabolism第一节第一节一、体内各种物质代谢过程互相联系一、体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体形成一个整体 糖类糖类 脂类脂类蛋白质蛋白质水水 无机盐无机盐维生素维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存。各

2、种物质代谢之间互有联系，相互依存。 消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄糖、脂糖、脂能量能量AA合成代谢合成代谢分解代谢分解代谢蛋白蛋白 （E, H）二、机体物质代谢不断受到精细调节二、机体物质代谢不断受到精细调节机体有精细的调节机体有精细的调节机制，调节代谢的机制，调节代谢的强度、方向和速度强度、方向和速度内外环境内外环境不断变化不断变化影响机体代谢影响机体代谢适应环境适应环境的变化的变化三、各组织、器官物质代谢各具特色三、各组织、器官物质代谢各具特色结构不同结构不同酶系的种类、酶系的种类、含量不同含量不同不同的组不同的组织、器官织、器官代谢途径不同、代谢途径不同、功能各异功能各

3、异四、各种代谢物均具有各自共同的四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池代谢池n例如：例如：各各种种组组织织 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解糖异生糖异生血血糖糖五、五、ATP是机体储存能量和消耗能量是机体储存能量和消耗能量的共同形式的共同形式营养物营养物分解分解释放释放能量能量ADP+PiATP直直接接供供能能六、六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量提供合成代谢所需的还原当量n例如：例如：乙酰乙酰CoANADPH + H +脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系Integration of Metabolism第二节第二节v近几年

4、的网络化进步都带来了哪些便利？近几年的网络化进步都带来了哪些便利？v联系密切（世界范围）联系密切（世界范围）v资源共享（世界范围）资源共享（世界范围）v音乐网、文学网、化学网、环保网、人际音乐网、文学网、化学网、环保网、人际关系网关系网 集团优势的充分体现集团优势的充分体现v几亿年前，生物小小的细胞内就已经进化几亿年前，生物小小的细胞内就已经进化出了网络化行为出了网络化行为代谢网络代谢网络糖原糖原食食物物糖糖葡糖葡糖-6-磷酸磷酸酵解酵解 中间物中间物磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACO2乳酸乳酸CO2脂肪酸脂肪酸食物脂肪食物脂肪甘油甘油储存脂肪储存脂肪辅酶辅酶H2甘

5、油甘油氨基酸氨基酸NH3CO2ATP尿素尿素组织蛋白质组织蛋白质食食物物蛋蛋白白质质三羧酸循环三羧酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径辅酶辅酶H2呼呼吸吸链链磷酸戊糖磷酸戊糖ATPADPATP甲酸甲酸CO2NH3核酸核酸H2O -酮戊二酸酮戊二酸生糖生糖 甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺辅酶辅酶H2磷脂磷脂丝丝 甲硫甲硫氨基酸氨基酸酶酶基因基因糖异生糖异生发酵发酵有什么益处？有什么益处？v资源共享资源共享途径途径v在满足需要的前提下，互通有无，最大限度的减在满足需要的前提下，互通有无，最大限度的减少少酶酶、代谢途径及中间产物的数量代谢途径及中间产物的数量v这些

6、代谢之间是否会存在互相干扰的问题这些代谢之间是否会存在互相干扰的问题呢？呢？v是是v如何尽量降低其程度呢？如何尽量降低其程度呢？v各种代谢调控的方法各种代谢调控的方法一、在一、在能量代谢上的相互联系能量代谢上的相互联系共同中间代谢物：共同中间代谢物：乙酰辅酶乙酰辅酶A共同最后分解途径：共同最后分解途径：三羧酸循环三羧酸循环 共同能量形式：共同能量形式：ATP 乙酰乙酰 CoAATPTAC 糖糖脂肪脂肪蛋白蛋白呼吸链呼吸链互相代替，互相制约。互相代替，互相制约。一种供能物质代谢占优势，一种供能物质代谢占优势，抑制或节约其他。抑制或节约其他。脂肪脂肪分解分解增强增强ATP 增多增多ATP/ADP

7、比值增高比值增高一般情况下，机体利用燃料的次序是一般情况下，机体利用燃料的次序是糖原、脂肪和蛋白质糖原、脂肪和蛋白质。供能。供能以糖及脂为主以糖及脂为主，尽量节约蛋白质的消耗尽量节约蛋白质的消耗。任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。降解。糖糖分解被抑制分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制(糖分解代谢限速酶之一糖分解代谢限速酶之一) n例如：例如：饥饿时：饥饿时： 肝糖原肝糖原分解分解 ，肌糖原肌糖原分解分解 肝糖异生肝糖异生 ，蛋白质分解蛋白质分解 以以脂酸、酮体脂酸、酮体分解供能分解供能为主为主蛋白质分

8、解明显降低蛋白质分解明显降低1 2 天天3 4 周周二、二、糖、脂和糖、脂和蛋白质蛋白质代谢的代谢的相互联系相互联系（一）（一）体内糖可转变脂肪，但（偶数）脂肪酸体内糖可转变脂肪，但（偶数）脂肪酸不能转变成糖不能转变成糖 1. 摄入的糖量超过能量消耗时：摄入的糖量超过能量消耗时： 葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪（脂肪组织）（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉）2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸- -甘油甘油葡葡萄萄糖糖3. 脂肪的分解代

9、谢受糖代谢的影响脂肪的分解代谢受糖代谢的影响饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时：高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对不足相对不足糖不足糖不足脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加氧化氧化受阻受阻1. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需非必需氨基酸氨基酸糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸- -酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸体内糖与大部分氨基酸碳架部分可以相互体内糖与大部分氨基酸碳架部分可以相互转变转变（二）糖与氨基酸（二）糖与氨基酸例如：例如：丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脱氨基脱

10、氨基糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖2. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸酮酸，可转变为糖（可转变为糖（生糖氨基酸生糖氨基酸）氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪 1. 蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪 2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂（三）脂类与氨基酸：（三）脂类与氨基酸：脂类不能转变成氨基酸，但氨基酸能转变成脂类不能转变成氨基酸，但氨基酸能转变成脂肪脂肪 但不能说，脂类可转变为氨基酸但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解

11、途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸（四）某些氨基酸是核苷酸（四）某些氨基酸是核苷酸/ /核酸合成的前体核酸合成的前体 1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺一碳单位一碳单位合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrPro

12、Val, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸体内重要组织、器官的代谢体内重要组织、器官的代谢特点及联系特点及联系Metabolic Specialty & Interrelationships of Important Tissues & Apparatus in the Body 第三节第三节在糖、脂、蛋白质在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用均具有独特而重要的作用。合成、储存糖原合成、储存糖原分解糖原生成葡萄糖，释放入血分解糖原生成葡萄糖，释放入血是

13、糖异生的主要器官是糖异生的主要器官肝在糖代谢中的作用肝在糖代谢中的作用n例如：例如：肝在维持血糖稳定中起重要作用。肝在维持血糖稳定中起重要作用。一、肝是人体最重要的物质代谢一、肝是人体最重要的物质代谢中心和枢纽中心和枢纽酮体酮体乳酸乳酸 游离脂酸游离脂酸葡萄糖葡萄糖正常优先正常优先以脂酸为燃料以脂酸为燃料产生产生ATP。能量可依次。能量可依次以消耗以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供。等能源物质提供。 二、心可利用多种能源物质，二、心可利用多种能源物质，以有氧氧化为主以有氧氧化为主耗能大，耗氧多。耗能大，耗氧多。葡萄糖葡萄糖为主要能源，为主要能源，每天消耗约每天消耗

14、约100g100g。 不能利用脂酸不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用，葡萄糖供应不足时，利用酮体酮体。 三、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大三、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大 合成、储存肌糖原；合成、储存肌糖原；通常以通常以脂酸脂酸氧化为主要供能方氧化为主要供能方式；式； 剧烈运动时，以剧烈运动时，以糖酵解糖酵解为主。为主。四、肌肉主要氧化脂肪酸，强烈四、肌肉主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸运动产生大量乳酸五、糖酵解是为成熟红细胞提供五、糖酵解是为成熟红细胞提供能量的主要途径能量的主要途径红细胞没有线粒红细胞没有线粒体，每天消耗体，每天消耗15 20g葡萄糖葡萄糖。合成及储存脂肪合成及储存

15、脂肪的重要组织；的重要组织；将脂肪分解成脂酸、甘油，供机将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。体其他组织利用。 六、脂肪组织是合成、储存脂肪六、脂肪组织是合成、储存脂肪的重要组织的重要组织肾髓质主要由肾髓质主要由糖酵解糖酵解供能；供能；肾皮质主要由肾皮质主要由脂酸、脂酸、酮体酮体有氧氧化供能。有氧氧化供能。七、肾是可进行七、肾是可进行糖异生糖异生和和生成酮体生成酮体两种代谢的器官两种代谢的器官器官器官组织组织特有的酶特有的酶功能功能主要代谢途径主要代谢途径主要供能物主要供能物质质代谢和输代谢和输出的产物出的产物肝肝葡萄糖激酶，葡葡萄糖激酶，葡萄糖萄糖-6-磷酸酶，磷酸酶，甘油激酶，磷酸甘

16、油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧烯醇式丙酮酸羧激酶激酶代谢枢纽代谢枢纽糖异生，脂酸糖异生，脂酸-氧化，糖有氧化，糖有氧氧化，糖原氧氧化，糖原代谢，酮体生代谢，酮体生成等成等葡萄糖，脂葡萄糖，脂酸，乳酸，酸，乳酸，甘油，氨基甘油，氨基酸酸葡萄糖，葡萄糖，VLDL， HDL，酮，酮体等体等脑脑神经中枢神经中枢糖有氧氧化，糖有氧氧化，糖酵解，氨基糖酵解，氨基酸代谢酸代谢葡萄糖，酮葡萄糖，酮体，氨基酸体，氨基酸等等乳酸，乳酸，CO2, H2O心心脂蛋白脂酶，呼脂蛋白脂酶，呼吸链丰富吸链丰富泵出血液泵出血液有氧氧化有氧氧化脂酸，葡萄脂酸，葡萄糖，酮体，糖，酮体，VLDLCO2，H2O脂肪脂肪组织组织脂蛋白脂酶

17、，激脂蛋白脂酶，激素敏感脂肪酶素敏感脂肪酶储存及动储存及动员脂肪员脂肪酯化脂酸，脂酯化脂酸，脂解解VLDL，CM 游离脂酸，游离脂酸，甘油甘油骨骼骨骼肌肌脂蛋白脂酶，呼脂蛋白脂酶，呼吸链丰富吸链丰富收缩收缩有氧氧化，糖有氧氧化，糖酵解酵解 脂酸，葡萄脂酸，葡萄糖，酮体糖，酮体乳酸，乳酸，CO2，H2O肾肾甘油激酶，磷酸甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧烯醇式丙酮酸羧激酶激酶排泄尿液排泄尿液糖异生，糖酵糖异生，糖酵解，酮体生成解，酮体生成脂酸，葡萄脂酸，葡萄糖，乳酸，糖，乳酸，甘油甘油葡萄糖葡萄糖红细红细胞胞无线粒体无线粒体运输氧运输氧糖酵解糖酵解葡萄糖葡萄糖乳酸乳酸重重要要器器官官及及组组织织氧氧化

18、化供供能能的的特特点点 主要主要器官器官间的间的代谢代谢联系联系40Blood-GlucoseNormal Starved-Fed Cycle:1. Postabsorptive state - after a meal2. Early fasting state - during the night3. Refed state - after breakfast- Major goal is to maintain blood-glucose level!Food Intake and StarvationEnergy relationship in major mammalian orga

19、ns (tissues)Organ/TissueEnergy reserviorEnergy compounds preferably utilizedEnergy compounds exportedLiverGlycogen, triacylglycerolAmino acids, glucose, fatty acidsGlucose, fatty acids, ketone bodiesAdipose tissueTriacylglycerolFatty acidsFatty acids, glycerolSkeletal muscle (resting)GlycogenFatty a

20、cidsNoneSkeletal muscle (strenuous exercise)NoneGlucose from glycogenLactateBrainNoneGlucose, ketone bodies (in starvation)None421.Postabsorptive stateGlucose + Amino acids - transport from intestine to bloodDietary lipids transported - lymphatic system - blood Glucose stimulates - secretion of insu

21、lin Insulin:- stimulates storage of fuels and synthesis of proteins - high level - glucose enters muscle + adipose tissue (synthesis of TAG)- stimulates glycogen synthesis in muscle + liver- suppresses gluconeogenesis by the liver- accelerates glycolysis in liver - increases synthesis of fatty acids

22、- accelerates uptake of blood glucose into liver - glucose 6-phosphate more rapidly formed than level of blood glucose rises - built up of glycogen stores43Postabsorptive State - after a Meal442. Early Fasting StateBlood-glucose level drops after several hours after the meal - decrease in insulin se

23、cretion - rise in glucagon secretionLow blood-glucose level - stimulates glucagon secretion of -cells of the pancreasGlucagon:- mobilizes glycogen stores (break down)- inhibits glycogen synthesis- main target organ is liver- inhibits fatty acid synthesis- stimulates gluconeogenesis in liver- large a

24、mount of glucose in liver released to blood stream - maintain blood-glucose levelMuscle + Liver use fatty acids as fuel when blood-glucose level drops45Early Fasting State - During the Night代谢调节方式代谢调节方式The Way for Regulation of Metabolism第四节第四节Regulation of MetabolismvHow does the body know when to

25、increase metabolism? Slow metabolism?Requires communication引引 言言v生命是靠代谢的正常运转维持的。生命是靠代谢的正常运转维持的。v生命有限的空间内同时有那么多复杂的代谢生命有限的空间内同时有那么多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。生长发育的需要。v调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生命。危及生命。高等生物高等生物 三级水平代谢调节三级水平代谢

26、调节细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢调节激素水平代谢调节高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内内分泌细胞及内分泌器官分泌细胞及内分泌器官，其分泌的，其分泌的激素激素可对其他细胞发可对其他细胞发挥代谢调节作用。挥代谢调节作用。整体水平代谢调节整体水平代谢调节在中枢神经系统的控制下，通过在中枢神经系统的控制下，通过神经纤维及神经递神经纤维及神经递质质对靶细胞直接发生影响，并通过各种激素的互相协调对靶细胞直接发生影响，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。而对机体代谢进行综合调节。通过细胞内通过细胞内代谢物浓度的变化代谢物浓度的

27、变化，对，对酶的活性及含量酶的活性及含量进行调节。进行调节。Figure 6-2aWhat Hormones Regulate Metabolism? Insulin Glucagon Thyroid hormone Cortisol EpinephrineMost regulation occurs in order to maintain stable blood glucose concentrations for supplying fuel to the brain!Figure 6-3Protein or peptide hormoneAlmost always proteins

28、called kinasesActivation/inactivation of an enzyme; opening/closing a membrane channel; activating a transcription factor 一、细胞水平的代谢调节一、细胞水平的代谢调节 细胞水平的代谢调节主要是细胞水平的代谢调节主要是酶水平酶水平的调节。的调节。 细胞内酶呈细胞内酶呈隔离分布隔离分布。 代谢途径的速度、方向由其中的代谢途径的速度、方向由其中的关键酶关键酶(key enzyme)(key enzyme)的活性决定。代谢调节主要的活性决定。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实

29、现的。是通过对关键酶活性的调节而实现的。 活细胞是一个微小的化学工业园活细胞是一个微小的化学工业园在极其微小的空间内发生着在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应数千种生物化学反应细胞不是一个装满了各种酶细胞不是一个装满了各种酶和底物的口袋和底物的口袋细胞复杂的结构特别是细胞复杂的结构特别是膜的膜的结构固定了各代谢反应的空结构固定了各代谢反应的空间和时间间和时间，使它们高度有序，使它们高度有序并可以被控制和调节。并可以被控制和调节。（一）酶的隔离分布（一）酶的隔离分布动动物物细细胞胞结结构构和和代代谢谢途途径径多酶体系多酶体系分布分布多酶体系多酶体系分布分布DNA及及RNA合成合成细胞核细胞

30、核糖酵解糖酵解胞液胞液蛋白质合成蛋白质合成内质网，胞液内质网，胞液 戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径胞液胞液糖原合成糖原合成胞液胞液糖异生糖异生胞液胞液脂酸合成脂酸合成胞液胞液脂酸脂酸氧化氧化线粒体线粒体胆固醇合成胆固醇合成内质网，胞液内质网，胞液多种水解酶多种水解酶溶酶体溶酶体磷脂合成磷脂合成内质网内质网三羧酸循环三羧酸循环线粒体线粒体血红素合成血红素合成胞液，线粒体胞液，线粒体氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体线粒体尿素合成尿素合成胞液，线粒体胞液，线粒体呼吸链呼吸链线粒体线粒体主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布 n酶隔离分布的意义酶隔离分布的意义: :提高同一代谢途径酶

31、促反应速率。提高同一代谢途径酶促反应速率。使各种使各种代谢途径互不干扰代谢途径互不干扰，彼此协调，有利于调节物，彼此协调，有利于调节物对各途径的特异调节。对各途径的特异调节。 速度最慢，速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为故又称其为限速酶限速酶(limiting velocity enzymes)。 催化单向反应催化单向反应不可逆或非平衡不可逆或非平衡反应，它的活性决反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。定整个代谢途径的方向。 这类酶活性除受底物控制外，还受这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或多种代谢物或效应剂的调节效应剂的调节。n关键酶

32、催化的反应具有以下特点：关键酶催化的反应具有以下特点：代谢途径代谢途径关键酶关键酶糖原降解糖原降解磷酸化酶磷酸化酶糖原合成糖原合成糖原合酶糖原合酶糖酵解糖酵解己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 -1丙酮酸激酶丙酮酸激酶糖有氧氧化糖有氧氧化丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1 -1脂酸合成脂酸合成乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶胆固醇合成胆固醇合成HMGHMG辅酶辅酶A A还原酶还原酶某某些些重重要要代代谢谢途途径径的的关关键键酶酶 快速

33、代谢快速代谢 迟缓代谢迟缓代谢数秒、数分钟数秒、数分钟通过通过改变酶的活性改变酶的活性数小时、几天数小时、几天通过通过改变酶的含量改变酶的含量 变构调节变构调节 (allosteric regulation)化学修饰调节化学修饰调节 (chemical modification) 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。小分子化合物小分子化合物与酶分子活性中心以外与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合的某一部位特异结合，引起酶蛋白，引起酶蛋白分子构分子构象变化象变化，从而改变酶的活性，这种调节称，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的为酶的变构调

34、节变构调节或或别构调节别构调节。（二）变构调节（二）变构调节被调节的酶称为被调节的酶称为变构酶变构酶或或别构酶别构酶( (allosteric enzyme) )。使酶发生变构效应的物质，称为使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂变构效应剂 ( (allosteric effector) ) 。 变构激活剂变构激活剂 allosteric effector 引起酶活引起酶活性增加的变构效应剂。性增加的变构效应剂。 变构抑制剂变构抑制剂 allosteric effector 引起酶活引起酶活性降低的变构效应剂。性降低的变构效应剂。代谢途径代谢途径变构酶变构酶变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑

35、制剂糖酵解糖酵解己糖激酶己糖激酶AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1FDP柠檬酸柠檬酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATP，乙酰，乙酰CoA三羧酸循环三羧酸循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶AMPATP，长链脂酰，长链脂酰CoA异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶AMP，ADPATP糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶乙酰乙酰CoA，ATPAMP糖原分解糖原分解磷酸化酶磷酸化酶bAMP，G-1-P，PiATP，G-6-P脂酸合成脂酸合成乙酰辅酶乙酰辅酶A羧化酶羧化酶柠檬酸，异柠檬酸柠檬酸，异柠檬酸长链脂酰长链脂酰CoA氨基酸代谢氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶ADP，亮氨酸，蛋氨酸，亮氨酸

36、，蛋氨酸GTP，ATP，NADH嘌呤合成嘌呤合成谷氨酰胺谷氨酰胺PRPP酰胺酰胺转移酶转移酶AMP，GMP嘧啶合成嘧啶合成天冬氨酸转甲酰酶天冬氨酸转甲酰酶CTP，UTP核酸合成核酸合成脱氧胸苷激酶脱氧胸苷激酶dCTP，dATPdTTP一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂 变构效应剂变构效应剂 + + 酶的调节亚基酶的调节亚基酶的构象改变酶的构象改变酶的活性改变酶的活性改变（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亚基聚合亚基聚合紧密紧密亚基解聚亚基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化变构酶变构酶催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基变构效应剂：变构效应剂：底物、终产物、其他小分

37、子底物、终产物、其他小分子代谢物代谢物v四个亚基四个亚基, ,两个两个催化亚基催化亚基(C)(C)，两，两个个调节亚基调节亚基(R)(R)。v每个每个R R亚基可结合两分子亚基可结合两分子cAMP，R R亚基与亚基与cAMP结合后构象改变，结合后构象改变，与与C C亚基解聚，从而激活亚基解聚，从而激活C C亚基。亚基。蛋白激酶蛋白激酶A (protein kinase A, PKA)RRcAMP蛋白激酶蛋白激酶A A的激活机制（演示）的激活机制（演示）变构调节的生理意义变构调节的生理意义 代谢终产物代谢终产物反馈抑制反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物

38、不致生成过多。反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoA长链脂酰长链脂酰CoA 变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P+ +糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合酶糖原合酶促进糖的储存促进糖的储存变构调节使不同的代谢途径相互协调。变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸柠檬酸+6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A A 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成（三）酶的化学修饰调节（三）酶的化学修饰调节酶蛋白肽链上某些残基在酶的

39、催化下发酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的生可逆的共价修饰共价修饰(covalent modification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化酶的化学修饰学修饰。n化学修饰的主要方式：化学修饰的主要方式：磷酸化磷酸化 - - - 去磷酸去磷酸乙酰化乙酰化 - - - 脱乙酰脱乙酰甲基化甲基化 - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - 脱腺苷脱腺苷 SH 与与 S S 互变互变酶促化学修饰的特点酶促化学修饰的特点 ：酶蛋白的共价修饰是酶蛋白的共价修饰是可逆的可逆的酶促反应，在酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互不同酶的作用下，

40、酶蛋白的活性状态可互相转变。相转变。具有具有放大效应放大效应，效率较变构调节高。，效率较变构调节高。磷酸化磷酸化( (蛋白激酶）与脱磷酸（磷蛋白磷酸蛋白激酶）与脱磷酸（磷蛋白磷酸酶）酶）是最常见的方式。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。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。酶酶化学修饰类型化学修饰类型酶活性改变酶活性改变糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制糖原合酶糖原合酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸

41、抑制抑制/激活激活磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活HMG-CoA还原酶还原酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活HMG-CoA还原酶激酶还原酶激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活脂肪细胞甘油三酯脂肪酶脂肪细胞甘油三酯脂肪酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制黄嘌呤氧化脱氢酶黄嘌呤氧化脱氢酶SH/-S-S-脱氢酶脱氢酶/氧化酶氧化酶酶促化学修饰对酶活性的调节酶促化学修饰对酶活性的调节 酶的磷酸化与

42、脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白腺苷环化酶腺苷环化酶（无活性）（无活性）腺苷环化酶（有活性）腺苷环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体受体ATPcAMP PKA(无活性无活性) 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P(失活失活) PKA(有活性有活性) 磷酸化酶磷酸化酶b磷酸化酶磷酸化酶a-P(有活性有活性)磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-PPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶

43、-1PiPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂-P磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂PKA（有活性）（有活性） 酶的变构调节与化学修饰调节的主要区别酶的变构调节与化学修饰调节的主要区别影响因素影响因素酶分子改变酶分子改变特点特点变构调节变构调节效应剂效应剂浓度浓度改变改变效应剂通过效应剂通过非共价键非共价键与与酶的调节亚基可逆结合，酶的调节亚基可逆结合，引起引起酶构象改变酶构象改变防止产物堆防止产物堆积和能源的积和能源的浪费浪费化学修饰化学修饰激素激素等信息等信息分子分子酶的某些基团在其他酶酶的某些基团在其他酶催化下发生催化下发生

44、共价修饰共价修饰，使酶活性改变使酶活性改变耗能少，作耗能少，作用快，有放用快，有放大效应，经大效应，经济有效济有效（四）改变细胞内酶的含量可调节酶的活性（四）改变细胞内酶的含量可调节酶的活性1诱导或阻遏酶蛋白基因的表达诱导或阻遏酶蛋白基因的表达加速酶合成的化合物称为加速酶合成的化合物称为诱导剂诱导剂(inducer)减少酶合成的化合物称为减少酶合成的化合物称为阻遏剂阻遏剂(repressor)n常见的诱导或阻遏方式常见的诱导或阻遏方式: :底物对酶合成的诱导和阻遏底物对酶合成的诱导和阻遏产物对酶合成的阻遏产物对酶合成的阻遏激素对酶合成的诱导激素对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导

45、 2改变酶蛋白降解速度改变酶蛋白降解速度溶酶体溶酶体蛋白酶体蛋白酶体 释放蛋白水解酶，降解蛋白质释放蛋白水解酶，降解蛋白质 泛素识别、结合蛋白质；泛素识别、结合蛋白质； 蛋白水解酶降解蛋白质蛋白水解酶降解蛋白质内、外环境改变内、外环境改变机体相关组机体相关组织分泌激素织分泌激素激素与靶细胞激素与靶细胞上的上的受体受体结合结合靶细胞靶细胞产生生物学产生生物学效应效应，适应内外环，适应内外环境改变境改变n激素作用机制：激素作用机制：二、激素通过作用特异受体调节二、激素通过作用特异受体调节代谢过程代谢过程n激素分类：激素分类： 膜受体激素膜受体激素 胞内受体激素胞内受体激素按激素受体在细胞的部位不同

46、，分为：按激素受体在细胞的部位不同，分为：1膜受体激素信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢膜受体激素信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢n激素作用方式：激素作用方式： 2激素激素-胞内受体复合物可影响基因转录调节胞内受体复合物可影响基因转录调节细胞代谢细胞代谢化学修饰调节化学修饰调节 膜受体膜受体 激素激素胞内受胞内受体激素体激素第二信使第二信使E酶含量酶含量调节调节细胞膜细胞膜细胞核细胞核膜受体膜受体HRE胞内受体胞内受体（一）糖、脂和蛋白质代谢在不同饥饿状态有（一）糖、脂和蛋白质代谢在不同饥饿状态有不同改变不同改变糖原消耗糖原消耗血糖趋于降低血糖趋于降低胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少胰高血糖素胰高血

47、糖素分泌增加分泌增加 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化1.短期饥饿时脂肪动员增加而减少糖的利用短期饥饿时脂肪动员增加而减少糖的利用 三、机体通过神经系统及神经三、机体通过神经系统及神经-体液途体液途径整体调节体内物质代谢径整体调节体内物质代谢 （1）脂代谢变化）脂代谢变化脂肪动员加强，酮体生成增多脂肪动员加强，酮体生成增多（2）糖代谢变化）糖代谢变化 糖异生加强，糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低组织对葡萄糖利用降低（3）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化肌蛋白质分解加强，氨基酸异生成糖肌蛋白质分解加强，氨基酸异生成糖2长期饥饿时各组织发生与短期饥饿不同的长期饥饿时各组织发生与短期饥饿不同的

48、代谢改变代谢改变 ：（1）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化 蛋白质分解减少蛋白质分解减少（2）糖代谢变化）糖代谢变化肝肾糖异生增强肝肾糖异生增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸（3）脂代谢变化）脂代谢变化脂肪动员进一步加强脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加脑组织利用酮体增加（二）应激增加糖、脂和蛋白质分解的能源供（二）应激增加糖、脂和蛋白质分解的能源供应，限制能源存积应，限制能源存积n概念：概念：应激应激(stress)指人体受到一些异乎寻常指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作

49、出一系列毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的反应的“ “ 紧张状态紧张状态 ” ”。n机体整体反应：机体整体反应：交感神经兴奋交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素胰高血糖素、生长激素增加，、生长激素增加，胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化n代谢改变：代谢改变：1. 血糖升高血糖升高2. 脂肪动员增强脂肪动员增强3. 蛋白质分解加强蛋白质分解加强这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。 为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。 肌释出丙氨酸等氨基酸增加。肌释

50、出丙氨酸等氨基酸增加。 内分泌腺或组织内分泌腺或组织代谢改变代谢改变血中含量血中含量胰腺胰腺-细胞、细胞、-细胞细胞胰高血糖素分泌增加、胰岛胰高血糖素分泌增加、胰岛素分泌抑制素分泌抑制胰高血糖素胰高血糖素胰岛素胰岛素肾上腺髓质、皮质肾上腺髓质、皮质去甲肾上腺素及肾上腺素分去甲肾上腺素及肾上腺素分泌增加、皮质醇分泌增加泌增加、皮质醇分泌增加肾上腺素肾上腺素皮质醇皮质醇肝肝糖原分解增加、糖原合成减糖原分解增加、糖原合成减少、糖异生增强、脂酸少、糖异生增强、脂酸氧氧化增加、酮体生成增加化增加、酮体生成增加葡萄糖葡萄糖酮体酮体肌肌糖原分解增加、葡萄糖的摄糖原分解增加、葡萄糖的摄取利用减少、蛋白质分解增