代谢调节(好).ppt

第十三章 代谢调节regulation of metabolism本章主要内容物质代谢的相互联系细胞水平的代谢调节激素水平的代谢调节整体调节第一节 物质代谢的相互联系一、糖、脂类、蛋白质代谢间的联系• 能量代谢的相互协作关系• 物质代谢的相互转变关系• 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（一）能量代谢的相互协作关系• 机体的供能特点 – 糖：60%以上 – 脂肪：25%左右– 蛋白质：少量 • 不同组织器官的能量来源不同 – 心脏：酮体、乳酸、游离脂肪酸等 – 肾髓质、红细胞：糖酵解 – 脑组织：葡萄糖为唯一供能物质（二）物质代谢的相互转变关系• 糖与脂类之间的转变：以糖变脂肪为主糖磷酸二羟丙酮乙酰CoA3-磷酸甘油脂肪酸 胆固醇脂肪2、糖与氨基酸之间的转变糖α-酮酸（非必需）氨基酸3、氨基酸与脂类之间的转变氨基酸乙酰CoA脂肪酸、胆固醇丝氨酸、蛋氨酸胆碱、胆胺磷脂二、三大营养物质与核苷酸代谢间 的联系糖R-5-P氨基酸嘧啶碱、嘌呤碱核酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途径5-磷酸核糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮甘油脂肪脂肪酸磷脂3-磷酸甘油酸氨基酸胆碱磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoA胆固醇酮体氨基酸天冬氨酸草酰乙酸柠檬酸α-酮戊二酸氨基酸延胡羧酸氨基酸琥珀酰CoA血红素核苷酸碱基谷氨酰胺谷氨酸氨基酸物质代谢调节的方式ü细胞水平的调节ü激素水平的调节ü整体水平的调节第二节 细胞水平的代谢调节• 酶分布区域化在代谢调节中的作用• 酶活性的调节酶结构调节酶数量的调节一、多酶体系的区域化分布：使物质代谢互不干扰多酶体系分布多酶体系分布 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 糖异生胞液核酸合成细胞核 脂肪酸β-氧 化线粒体多种水解 酶溶酶体三羧酸循环线粒体呼吸链线粒体 酮体生成肝细胞线 粒体二、酶活性的调节A B C D E1 E2 E3催化反应速度最慢的酶：关键酶或限速酶酶结构调节 酶数量调节 （快速调节） （迟缓调节）（一）酶结构的调节1、变构调节： allosteric regulation2、酶促化学修饰调节 chemical modification1、变构调节非共价键 代谢物活性中心别位EE酶结构发生改变酶活性↑ 酶活性↓变构激活剂 变构抑制剂变构效应剂变构酶allosteric effectorallosteric enzyme变构调节的机制• 变构酶：高活性构象→低（无）活性构象• 变构酶由多亚基构成，亚基聚合解聚使构象互变• 有催化亚基和调节亚基（催化部位、调节部位）• 变构剂与调节亚基间通过非共价键结合• 作用快别构激活别构抑制变构调节的生理意义• 防止代谢终产物积累乙酰CoA 丙二酰CoA 脂酰CoA 羧化酶变构抑制（-）浓度高时负反馈调节变构抑制剂2、酶促化学修饰调节E1E某种化学基团可逆E1共价键结合常见的修饰：磷酸化 ——需蛋白激酶催化去磷酸化——需磷蛋白磷酸酶催化修饰酶（共价修饰）酶活性 改变磷酸化与脱磷酸化EE蛋白激酶磷蛋白磷酸酶ATPPiPiADPH2O酶蛋白通过磷酸化与脱磷酸化修饰而改变活性蛋白激酶 糖原合成酶D（Pi）糖原合成酶I磷酸化酶b激酶→磷酸化酶b激酶(Pi) ×2糖原磷酸酶b→糖原磷酸酶a (Pi) ×4糖原分解增强糖原合成抑制酶促化学修饰调节的特点及生理意义• 需另外酶的参与• 共价修饰• 具有级联放大效应• 耗能少，作用快（二）酶数量的调节• 酶蛋白合成的诱导与阻遏 诱导剂：开放酶蛋白基因的转录 阻遏剂：关闭酶蛋白基因的转录– 酶降解的调节改变关键酶的合成与降解速度酶数量的调节：耗能多，效应慢但持久几种酶活性调节方式的比较调节方式 调节物质酶分子变 化特点生理意 义 变构调节 变构激活 剂\抑制剂 ：底物、 产物酶分子构 象变化防止产物堆 积 防止能源浪 费 作用快 化学修饰激素酶分子共 价键变化耗能少 作用快 有放大效应 酶数量调 节诱导剂 \阻 遏剂：激 素、药物 、底物、 产物酶数量增 加或减少耗能多 效应慢但持 久第三节 激素水平的代谢调节细胞分泌信息物质 （生长因子、细胞因子、神经递质、激素）与靶细胞上特异受体结合细胞内信号转换表现效应信 息 传 递根据激素受体的定位：作用于膜受体的激素 （蛋白质、多肽、儿茶酚胺）作用于细胞内受体的激素 （类固醇激素、甲状腺素）激素亲水疏水一、细胞膜受体激素的调节作用ØcAMP-蛋白激酶途径Ø Ca2+-依赖性蛋白激酶途径Ø cGMP-蛋白激酶途径Ø酪氨酸蛋白激酶途径（一）cAMP-蛋白激酶途径主要环节：激素 膜受体 G蛋白 AC cAMP PKA生物效应 关键酶或功能蛋白质磷酸 化激素受体G-蛋白ACcAMP（第二信使）（第一信使）腺苷酸环化酶 ATP cAMP PKA激活第二信使• 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肾上腺素+受体G蛋白→G蛋白腺苷酸环化酶→腺苷酸环化酶 ATP→cAMP ×2蛋白激酶→蛋白激酶 糖原合成酶D（Pi）糖原合成酶I磷酸化酶b激酶→磷酸化酶b激酶(Pi) ×4糖原磷酸酶b→糖原磷酸酶a ×6糖原分解增强糖原合成抑制（二）Ca2+-依赖性蛋白激酶途径激素→受体→Gp→PIP2→DAG→PKC酶（蛋白）磷酸化→生物效应IP3→钙库释放Ca2+→Ca2+-CaM（二）酪氨酸蛋白激酶途径 （tyrosine-protein kinase）细胞因子 生长因子受体（酪氨酸蛋白激酶）酪氨酸蛋白激酶 自磷酸化激活蛋白质磷酸化产生效应三、细胞内受体激素的调节作用激素穿过靶细胞质膜激素受体复合物与DNA特定区域结合调节基因表达激素激素受体复合物mRNA蛋白质合成代谢应答胞浆细胞核+质膜激素通过胞内受体对代谢的调节作用第四节 整体调节通过神经-体液途径控制内分泌腺调节机体代谢过程下丘脑腺垂体靶内 分泌腺长反馈（-）（-）（+）（+）短反馈（-）超短反馈（-）第十六章 基因表达的调控原核生物基因转录调控 • 乳糖操纵子调节机制• 色氨酸操纵子调节机制一、乳糖操纵子(lac operon)调节机制5/3/3/5/启动子 操纵序列 3个结构基因调控区 信息区乳糖操纵子操纵子：生物学功能相关的基因组合在一起成为DNA中的1个转录单位（operon）调节基因阻遏蛋白POIZ Y ACAP 结合点（一）阻遏蛋白的负性调节缺乏乳糖时： I基因阻遏蛋白与O序列结合阻止RNA聚合酶的结合阻止结构基因转录阻遏蛋白存在乳糖时： 乳糖（诱导剂）阻遏蛋白+乳糖复合物阻止阻遏蛋白与O的结合结构基因开放表达合成利用乳糖的酶诱导剂CAP-cAMP的正性调节存在葡萄糖时：腺苷酸环化酶 葡萄糖代谢产物磷酸二酯酶cAMP↓cAMP-CAP复合物↓不能激活RNA聚合酶活性结构基因不能表达没有葡萄糖时：cAMP↑cAMP-CAP复合物↑与操纵子的CAP位点结合激活RNA聚合酶活性结构基因转录表达CAP与cAMP结合后，可结合到乳糖操纵子的CAP位点，促进转录（-）（+）cAMP-CAP的正性调控正性调控与负性调控互相协调、制约• 乳糖刺激阻遏蛋白封闭转录时，CAP不能发挥作用• 没有CAP时，即使阻遏蛋白没有封闭转录，基因也难以表达• 只有CAP蛋白结合到CAP位点，RNA聚合酶才有活性二、色氨酸操纵子调节机制5/3/3/5/启动子 操纵序列 衰减子 5个结构基因R调节基因POE D C B A阻遏蛋白编码3种酶合成色氨酸（Trp operon）无色氨酸时： 阻遏蛋白不能结合O序 列操纵基因开放合成色氨酸有色氨酸时： 色氨酸（辅阻遏剂）阻遏蛋白+色氨酸复合物与O序列结合阻断基因开放色氨酸不能合成阻遏机制只决定转录是否启动，转录速率受衰减子调节衰减子对色氨酸操纵子转录的影响• Trp操纵子E基因前面有一前导序列：1、2、3、4四个区段• 2、3或3、4可形成碱基配对• 3与4碱基配对形成转录终止结构：衰减子3 4色氨酸缺乏时： 核糖体翻译停止在序列1色 氨酸密码子前序列2和3形成发夹序列3和4不能形成衰减子基因转录继续色氨酸浓度高时： 核糖体通过序列1封闭序列2序列3和序列4形成衰减子RNA聚合酶脱落转录终止。