物質代謝的聯(lián)系與調節(jié)

1、物質代謝的聯(lián)系與調節(jié)Metabolic Interrelationships and RegulationMetabolic Interrelationships and Regulation大綱要求【掌握】1酶的別構調節(jié)、化學修飾調節(jié)的概念及其生理意義；2酶促化學修飾的特點；【熟悉】1物質代謝的特點；2物質代謝的相互聯(lián)系；3酶量的調節(jié)?！玖私狻?激素調節(jié)2整體調節(jié)；3組織、器官的代謝特點及聯(lián)系。物質代謝錯綜復雜：p參與代謝的器官多且每一器官因其結構、酶分布、含量不同而有自己的代謝特點；p參與代謝的物質多且每一物質有其獨特的代謝途徑；p參與代謝調節(jié)的因素多且每一因素都有其調控的方式和靶點。然而

2、體內物質代謝有條不紊，進出相當，合成與分解代謝保持平衡，既不多又不少，恰到好處。學習物質代謝的聯(lián)系與調節(jié)的意義學習物質代謝的聯(lián)系與調節(jié)的意義 這是因為有機體是一個整體，在這是因為有機體是一個整體，在中樞神中樞神經系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調經系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調下對物質代謝進行了精確的調下對物質代謝進行了精確的調節(jié)。調節(jié)得當，機體就能正常生長、發(fā)育、維節(jié)。調節(jié)得當，機體就能正常生長、發(fā)育、維持生命；調節(jié)失控，代謝就紊亂，疾病不請自持生命；調節(jié)失控，代謝就紊亂，疾病不請自來。了解物質代謝的聯(lián)系與調節(jié)對基礎醫(yī)學和來。了解物質代謝的聯(lián)系與調節(jié)對基礎醫(yī)學和臨床醫(yī)學均有一定的臨床醫(yī)學均有一定的研究價值研究價值和和實用意義。實用

3、意義。 物質代謝是生命的本質特征，是生命活動的物質基礎。多細胞生物體的物質新陳代謝包括相互聯(lián)系的三個功能部分； 第一，食物中的糖、脂及蛋白質經消化吸收進入體內，通過細胞進行的分解代謝氧化成H2O和CO2，釋出能量用于合成ATP以滿足生命活動的需要，生成的代謝中間物可作為合成代謝的底物分子。 第二，多種細胞分子的生物合成組成合成代謝，以分解代謝產生的某些中間物作為底物，生成的ATP提供能量，通過復雜反應過程合成核苷酸、氨基酸、單糖等生物分子。 第三，以合成代謝產生的有機分子作為構件，消耗能量，生成體現(xiàn)生物功能和信息的蛋白質、核酸、多糖等生物大分子。因此，機體需要和環(huán)境之間不斷進行物質交換。 物質

4、代謝錯綜復雜，而環(huán)境又在不斷的變化，為適應環(huán)境的變化，機體需要對物質代謝過程不斷進行調節(jié)和整合。代謝調節(jié)包括：p產能的分解代謝與耗能的合成代謝之間的調節(jié)，p各種代謝途徑之間的調節(jié)，p生物體各組織器官間代謝的調節(jié)物質代謝間的相互聯(lián)系是機體代謝調節(jié)的基礎。物質代謝的特點物質代謝的特點The Specialty of MetabolismThe Specialty of Metabolism第第 一一 節(jié)節(jié)一、整體性一、整體性 糖類糖類 脂類脂類蛋白質蛋白質水水 無機鹽無機鹽維生素維生素 消化吸收消化吸收中間代謝中間代謝廢物排泄廢物排泄糖、脂類氧化放能保證Pr、核酸合成的能量需要；合成的酶蛋白作為生

5、物催化劑又是三大營養(yǎng)素代謝得以迅速進行的必備條件。各種代謝同時進行, 相互聯(lián)系, 相互轉變, 相互依存,構成統(tǒng)一的整體。二、代謝調節(jié)二、代謝調節(jié)機體有精細的調節(jié)機體有精細的調節(jié)機制，調節(jié)代謝的機制，調節(jié)代謝的強度、方向和速度強度、方向和速度內外環(huán)境內外環(huán)境不斷變化不斷變化影響機體代謝影響機體代謝適應環(huán)境適應環(huán)境的變化的變化代謝調節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征代謝調節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征三、各組織、器官物質代謝各具特色三、各組織、器官物質代謝各具特色結構不同結構不同酶系的種類、酶系的種類、含量不同含量不同不同的組不同的組織、器官織、器官代謝途徑不同、代謝途徑不同、功能各異功能

6、各異四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池各種組織 消化吸收的糖 肝糖原分解糖異生血糖 體外攝入和體內物質分解產生的同一營養(yǎng)物質，不分彼此，混為一體共同參與中間代謝。各物質各有各的代謝池。五、五、ATPATP是機體能量利用的共同形式是機體能量利用的共同形式六、六、NADPHNADPH是合成代謝所需的還原當量是合成代謝所需的還原當量乙酰乙酰CoACoANADPH + HNADPH + H+ +脂酸、膽固醇脂酸、膽固醇G-6G-6- -P P脫氫酶脫氫酶蘋果酸酶蘋果酸酶異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶胞胞 漿漿物質代謝的相互聯(lián)系物質代謝的相互聯(lián)系Metabolic I

7、nterrelationshipsMetabolic Interrelationships第第 二二 節(jié)節(jié)一、在能量代謝上的相互聯(lián)系一、在能量代謝上的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)素三大營養(yǎng)素共同中共同中間產物間產物共同最終共同最終代謝通路代謝通路糖糖脂肪脂肪蛋白質蛋白質乙酰乙酰CoACoATACTAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPATPCOCO2 2三大營養(yǎng)素可在體內氧化供能。三大營養(yǎng)素可在體內氧化供能。從能量供應的角度看，三大營養(yǎng)素可以互相代從能量供應的角度看，三大營養(yǎng)素可以互相代替，并互相制約。替，并互相制約。一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約蛋白質的

8、消耗。蛋白質的消耗。脂肪分解脂肪分解增強增強ATP ATP 增多增多ATP/ADP ATP/ADP 比值增高比值增高糖、脂、蛋白質分解代謝有共同的通路，所以糖、脂、蛋白質分解代謝有共同的通路，所以任一供能物質的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約任一供能物質的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他物質的降解。其他物質的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1被抑制被抑制（糖分解代謝限速酶之一）（糖分解代謝限速酶之一）例如例如小小 結結q三大營養(yǎng)素可在體內氧化供能。q通常供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約蛋白質的消耗。q任一供能物質的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他物質的降解。n同時進行n

9、相互聯(lián)系n相互轉變n相互依存二、在物質代謝上的相互聯(lián)系二、在物質代謝上的相互聯(lián)系（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系1. 1. 攝入的糖量超過能量消耗時攝入的糖量超過能量消耗時 葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoACoA合成脂肪合成脂肪（脂肪組織）（脂肪組織）合成糖原儲存（肝、肌肉）合成糖原儲存（肝、肌肉）2. 2. 脂肪的甘油部分能在體內轉變?yōu)樘侵镜母视筒糠帜茉隗w內轉變?yōu)樘侵嶂嵋阴Ｒ阴oACoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、腎、腸肝、腎、腸磷酸磷酸- -甘油甘油葡葡萄萄糖糖ATPATPADP3. 3. 脂肪的分解代謝受糖代謝的影響脂肪的分解代謝受糖代謝

10、的影響?zhàn)囸I、糖供應不足或糖代謝障礙（糖尿?。r饑餓、糖供應不足或糖代謝障礙（糖尿?。r高酮血癥高酮血癥草酰乙酸草酰乙酸相對不足相對不足糖不足糖不足脂肪大量動員脂肪大量動員酮體生成增加酮體生成增加氧化受阻氧化受阻TAC 酮體的利用 n糖可以轉變?yōu)橹緉脂肪可以很小部分轉變?yōu)樘莕脂類的分解代謝受糖代謝的影響小小 結結（二）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系（二）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系例如例如丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脫氨基脫氨基糖異生糖異生葡萄糖葡萄糖1. 1. 大部分氨基酸脫氨基后，生成相應的大部分氨基酸脫氨基后，生成相應的-酮酸，可轉變?yōu)樘巧前被嵬幔赊D變?yōu)樘巧前被?. 2. 糖代謝的中間產物

11、可氨基化生成某些糖代謝的中間產物可氨基化生成某些 非必需氨基酸非必需氨基酸糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoACoA檸檬酸檸檬酸-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丙氨酸丙氨酸 +-+-酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸 + + 谷氨酸谷氨酸 谷丙轉氨酶谷丙轉氨酶天冬氨酸天冬氨酸 + -+ -酮戊二酸酮戊二酸 草酰乙酸草酰乙酸 + + 谷氨酸谷氨酸 谷草轉氨酶谷草轉氨酶蛋白質可在一定程度上代替糖糖不能完全替代食物中蛋白質的供給小 結生酮生酮/ /糖氨基酸糖氨基酸乙酰乙酰CoACoA脂肪脂肪 1. 1. 蛋白質可以轉變?yōu)橹镜鞍踪|可以轉變?yōu)橹?2. 2. 氨基酸可作

12、為合成磷脂的原料氨基酸可作為合成磷脂的原料（三）脂類與氨基酸代謝的相互聯(lián)系（三）脂類與氨基酸代謝的相互聯(lián)系絲氨酸絲氨酸磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸膽胺膽胺腦磷脂腦磷脂膽堿膽堿卵磷脂卵磷脂O O2 2H H3 3 但不能說，脂類可轉變?yōu)榘被?。但不能說，脂類可轉變?yōu)榘被?。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途徑糖酵解途徑丙酮酸丙酮?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. 3. 脂肪的甘油部分可轉變?yōu)榉潜匦璋被嶂镜母视筒糠挚赊D變?yōu)榉潜匦璋被醤蛋白質可以轉變?yōu)橹悾ㄖ?、膽固醇、磷脂）n脂肪的甘油部分可轉變?yōu)榉潜匦璋被幔珯C體幾乎不利用脂肪來合成蛋白質。小小 結結1.

13、一些游離核苷酸在代謝中起著重要作用（1）ATP是能量和磷酸基團轉移的重要物質（四）核酸與糖、蛋白質、脂類代謝的相互聯(lián)系（四）核酸與糖、蛋白質、脂類代謝的相互聯(lián)系原核細胞翻譯起始復合物的生成（2） GTP參與蛋白質的生物合成原核細胞翻譯的延長過程原核細胞翻譯的終止過程（3） CTP參與磷脂的生物合成 n磷脂酸和取代基團在合成之前，兩者之一必須首先被CTP活化而被CDP攜帶 （4） UTP參與糖原的生物合成6-磷酸葡萄糖葡萄糖1-磷酸葡萄糖+ 糖原(Gn)UDP + 糖原(Gn + 1)UDPG葡萄糖激酶ADPATPUTP PPi尿苷二磷酸葡萄糖甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳單位合成嘌呤合成嘧啶嘌呤核

14、苷酸的從頭合成嘌呤核苷酸的從頭合成合合成成原原料料嘧啶核苷酸的從頭合成嘧啶核苷酸的從頭合成3. 磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸絲氨酰絲氨酰蘇氨酸蘇氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸膽固醇膽固醇亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸異亮氨酸異亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨

15、天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨蘇氨酸蘇氨酸纈氨酸纈氨酸琥珀酰琥珀酰CoA蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白質蛋白質淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨組氨酸組氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二單酰丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖組織、器官的代謝特點及聯(lián)系組織、器官的代謝特點及聯(lián)系Metabolic Specialty and Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and

16、Interrelationships of Tissues and ApparatusApparatus第第 三三 節(jié)節(jié)是機體物質代謝的樞紐。是機體物質代謝的樞紐。在糖、脂、蛋白質、水、鹽及維生素代謝中均具在糖、脂、蛋白質、水、鹽及維生素代謝中均具有獨特而重要的作用。有獨特而重要的作用。肝肝合成、儲存糖原合成、儲存糖原分解糖原生成葡萄糖，釋放入血分解糖原生成葡萄糖，釋放入血是糖異生的主要器官是糖異生的主要器官肝在糖代謝中的作用肝在糖代謝中的作用如如肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。n肝幾乎是體內合成酮體的唯一器官肝幾乎是體內合成酮體的唯一器官n肝幾乎是體內合成尿素的唯

17、一器官肝幾乎是體內合成尿素的唯一器官n肝通常氧化脂酸供應能量肝通常氧化脂酸供應能量酮體酮體乳酸乳酸 游離脂酸游離脂酸葡萄糖葡萄糖心臟心臟以有氧氧化途徑供能為主，優(yōu)先利用脂酸為能源產生ATP，其次為G和酮體。心臟可利用多種能源物質，即使在能源供給十分缺乏時，仍能保證心跳所需的ATP需要。能能源源物物質質腦腦耗能大，耗氧多。耗能大，耗氧多。沒有糖原及有意義的脂肪、沒有糖原及有意義的脂肪、PrPr儲備儲備幾乎以葡萄糖為唯一供能物質幾乎以葡萄糖為唯一供能物質, , 。不能利用脂酸，不能利用脂酸，葡萄糖供應不足時，利用酮體葡萄糖供應不足時，利用酮體。饑。饑餓餓3 34 4天，消耗酮體天，消耗酮體50g5

18、0g，饑餓，饑餓2 2周后，消耗酮體可周后，消耗酮體可達達100g100g。 肌肌 肉肉合成、儲存糖原合成、儲存糖原；通常以通常以脂酸氧化為主要供能方式脂酸氧化為主要供能方式； 劇烈運動時，劇烈運動時，糖酵解活性可爆發(fā)性增加，糖酵解活性可爆發(fā)性增加，ATPATP產生増加。缺乏產生増加。缺乏G-G-6-P6-P酶，不能將肌糖原分解成葡萄糖補充血糖酶，不能將肌糖原分解成葡萄糖補充血糖紅紅細細胞胞 脂肪組織脂肪組織合成及儲存脂肪合成及儲存脂肪的重要組織；的重要組織；脂肪細胞含激素敏感脂肪酶能將脂肪分解成脂酸、脂肪細胞含激素敏感脂肪酶能將脂肪分解成脂酸、甘油，供機體其他組織利用。甘油，供機體其他組織利

19、用。肝合成大部分脂肪，但不儲存脂肪，肝合成的脂肪肝合成大部分脂肪，但不儲存脂肪，肝合成的脂肪以以VLDLVLDL形式運到脂肪組織儲存。形式運到脂肪組織儲存。腎臟腎臟也可進行也可進行糖異生糖異生（正常情況下其糖異生的量為肝糖（正常情況下其糖異生的量為肝糖異生量的異生量的10%10%，饑餓，饑餓6 6周后日產周后日產G G達達40g)40g)和和生成酮體生成酮體；腎髓質腎髓質無線粒體，主要由糖酵解供能；無線粒體，主要由糖酵解供能；腎皮質腎皮質主要主要由脂酸、酮體有氧氧化供能。由脂酸、酮體有氧氧化供能。第三節(jié)組織、器官的代謝特點及聯(lián)系第三節(jié)組織、器官的代謝特點及聯(lián)系器官組織特有酶功能代謝途徑代謝物代

20、謝產物肝葡萄糖激酶葡萄糖-6-P-酶甘油激酶代謝樞紐糖異生、脂酸B氧化、糖有氧氧化葡萄糖、脂酸、甘油、aa葡萄糖、VLDL、HDL、酮體腦神經中樞 糖有氧氧化、糖酵解、aa代謝葡萄糖、aa、酮體、脂酸乳酸、 CO2、H2O心脂蛋白酯酶、呼吸鏈豐富泵出血液有氧氧化乳酸、葡萄糖、VLDLCO2、H2O器官組織特有酶功能代謝途徑代謝物代謝產物脂肪組織脂蛋白酯酶，激素敏感性脂肪酶儲存及動員脂肪酯化脂酸、脂解VLDL、CM游離脂酸、甘油肌肉脂蛋白酯酶、呼吸鏈豐富收縮糖酵解、糖有氧氧化葡萄糖、 乳酸、 CO2、H2O 腎甘油激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶排泄尿液、糖異生糖異生、糖酵解、酮體生成葡萄糖、甘油葡

21、萄糖紅細胞無線粒體運輸氧糖酵解葡萄糖乳酸第三節(jié)組織、器官的代謝特點及聯(lián)系第三節(jié)組織、器官的代謝特點及聯(lián)系代代 謝謝 調調 節(jié)節(jié)The Regulation of MetabolismThe Regulation of Metabolism第第 四四 節(jié)節(jié) 代謝調節(jié)普遍存在于生物界，是生物的代謝調節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。重要特征。主要通過細胞內代謝物濃度的變主要通過細胞內代謝物濃度的變化，對酶的活性及含量進行調節(jié)，這化，對酶的活性及含量進行調節(jié)，這種調節(jié)稱為種調節(jié)稱為原始調節(jié)原始調節(jié)或或細胞水平代謝細胞水平代謝調節(jié)調節(jié)。單細胞生物單細胞生物高等生物高等生物 三級水平代謝調節(jié)三級水平

22、代謝調節(jié)細胞水平代謝調節(jié)細胞水平代謝調節(jié)激素水平代謝調節(jié)激素水平代謝調節(jié)高等生物在進化過程中，出現(xiàn)了專司調節(jié)功能的高等生物在進化過程中，出現(xiàn)了專司調節(jié)功能的內內分泌細胞分泌細胞及及內分泌器官內分泌器官，其分泌的激素可對其他細胞發(fā)，其分泌的激素可對其他細胞發(fā)揮代謝調節(jié)作用。揮代謝調節(jié)作用。整體水平代謝調節(jié)整體水平代謝調節(jié)在在中樞神經系統(tǒng)中樞神經系統(tǒng)的控制下，或通過神經纖維及神經的控制下，或通過神經纖維及神經遞質對靶細胞直接發(fā)生影響，或通過某些激素的分泌來遞質對靶細胞直接發(fā)生影響，或通過某些激素的分泌來調節(jié)某些細胞的代謝及功能，并通過各種激素的互相協(xié)調節(jié)某些細胞的代謝及功能，并通過各種激素的互相協(xié)

23、調而對機體代謝進行綜合調節(jié)。調而對機體代謝進行綜合調節(jié)。細胞水平調節(jié)細胞水平調節(jié)激素水平調節(jié)激素水平調節(jié)整體水平調節(jié)整體水平調節(jié)調節(jié)代謝速度調節(jié)代謝速度改變細胞膜改變細胞膜 通透性通透性影響酶活性影響酶活性相應生理效應相應生理效應EE酶結構改變酶結構改變酶合成酶合成酶分解酶分解誘導劑誘導劑EE酶結構改變酶結構改變酶合成酶合成酶分解酶分解阻遏劑阻遏劑化學修飾化學修飾抑制變構抑制變構( (劑劑) )化學修飾化學修飾激活變構激活變構( (劑劑) )快速調節(jié)快速調節(jié)：影響酶的結構，快，：影響酶的結構，快，但但 短暫，（幾秒幾分）短暫，（幾秒幾分）遲緩調節(jié)遲緩調節(jié)：影響酶含量，：影響酶含量，慢而持久（幾

24、小時）慢而持久（幾小時） 一、細胞水平的代謝調節(jié)調節(jié)細胞內酶的調節(jié)細胞內酶的分布、活性、含量分布、活性、含量p細胞水平的代謝調節(jié)主要是酶水平的調節(jié)。p細胞內酶呈隔離分布。p 代謝途徑的速度、方向由其中的關鍵酶(key enzyme)的活性決定。p代謝調節(jié)主要是通過對關鍵酶活性的調節(jié)而實現(xiàn)的。（一）細胞內酶的隔離分布（一）細胞內酶的隔離分布代謝途徑有關酶類常常組成多酶體系，分布于代謝途徑有關酶類常常組成多酶體系，分布于細胞的某一區(qū)域細胞的某一區(qū)域 。酶定位的區(qū)域化線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化細胞質:酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細胞核:核酸合成內質

25、網:蛋白質合成;磷脂合成多酶體系在細胞內的分布多酶體系在細胞內的分布多酶體系多酶體系分分 布布糖酵解糖酵解胞液胞液磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑糖異生糖異生糖原合成糖原合成三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)線粒體線粒體氧化磷酸化氧化磷酸化線粒體線粒體胞液胞液胞液胞液胞液胞液 與某一代謝有關的多個酶往往分布在細胞內特定的與某一代謝有關的多個酶往往分布在細胞內特定的部位，組成了一個多酶體系，共同參與同一個代謝途徑。部位，組成了一個多酶體系，共同參與同一個代謝途徑。胞液胞液+線粒體線粒體多酶體系多酶體系分布分布線粒體線粒體脂酸脂酸 氧化氧化脂酸脂酸合成合成胞液胞液內質網、胞液內質網、胞液膽固醇膽固醇合成合成磷脂磷脂合成

26、合成內質網內質網DNA、RNA合成合成細胞核細胞核 酶的隔離分布的酶的隔離分布的意義意義 避免了各種代謝途徑互相干擾。避免了各種代謝途徑互相干擾。多酶體系多酶體系分分 布布蛋白質合成蛋白質合成多種水解酶多種水解酶溶酶體溶酶體線粒體、胞液線粒體、胞液尿素合成尿素合成血紅素血紅素合成合成內質網、胞液內質網、胞液線粒體、胞液線粒體、胞液 速度最慢，速度最慢，它的速度決定整個代謝途徑的總速度，它的速度決定整個代謝途徑的總速度，故又稱其故又稱其為限速酶為限速酶(limiting velocity enzymes)(limiting velocity enzymes)。 催化單向不可逆反應或非平衡反應，它

27、的活性決催化單向不可逆反應或非平衡反應，它的活性決定整個代謝途徑的方向。定整個代謝途徑的方向。 這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應劑的調節(jié)。效應劑的調節(jié)。關鍵酶催化的反應具有以下特點：關鍵酶催化的反應具有以下特點：（二）代謝途徑是一系列酶促反應組成的（二）代謝途徑是一系列酶促反應組成的，其速度及方向由其中的關鍵酶決定，其速度及方向由其中的關鍵酶決定 。例：糖代謝的關鍵酶例：糖代謝的關鍵酶 快速調節(jié)快速調節(jié) 遲緩調節(jié)遲緩調節(jié)數秒、數分鐘數秒、數分鐘通過改變酶的活性通過改變酶的活性數小時、幾天數小時、幾天通過改變酶的含量通過改變酶的含量 別構別

28、構/ /變構調節(jié)變構調節(jié)(allosteric regulation)(allosteric regulation)共價共價/ /化學修飾調節(jié)化學修飾調節(jié)(chemical (chemical modification)modification) （三）（三）代謝調節(jié)主要是通過對關鍵酶活性的代謝調節(jié)主要是通過對關鍵酶活性的調節(jié)而實現(xiàn)的。調節(jié)而實現(xiàn)的。1. 1. 別構調節(jié)的概念別構調節(jié)的概念小分子化合物與酶分子活性中心以外的小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結合某一部位特異結合( (非共價鍵，可逆非共價鍵，可逆) ) ，引起，引起酶蛋白分子構象變化，從而改變酶的活性，酶蛋白分子構象變

29、化，從而改變酶的活性，這種調節(jié)稱為酶的這種調節(jié)稱為酶的別構調節(jié)別構調節(jié)或或變構調節(jié)變構調節(jié)。關鍵酶的變構調節(jié)關鍵酶的變構調節(jié)被調節(jié)的酶稱為被調節(jié)的酶稱為別構酶別構酶或或變構酶變構酶(allosteric enzyme)(allosteric enzyme)使酶發(fā)生別構效應的物質，稱為使酶發(fā)生別構效應的物質，稱為別構效應劑別構效應劑( (allosteric effectorallosteric effector) ) 別構激活劑別構激活劑 allosteric effectorallosteric effector 引起酶活性引起酶活性增加增加的別構效應劑。的別構效應劑。 別構抑制劑別構抑制劑

30、 allosteric effectorallosteric effector 引起酶活性引起酶活性降低降低的別構效應劑。的別構效應劑。2. 2. 別構調節(jié)的機制別構調節(jié)的機制別構酶別構酶催化亞基催化亞基調節(jié)亞基調節(jié)亞基別構效應劑：別構效應劑： 底物、終產物底物、終產物其他小分子代謝物其他小分子代謝物 變構效應劑：變構效應劑：可以是代謝終產物、酶底物或其它小分可以是代謝終產物、酶底物或其它小分 子代謝物。子代謝物。 催化亞基：催化亞基：變構酶分子中有的亞基能變構酶分子中有的亞基能與底物結合起與底物結合起催催 化作用化作用稱之為催化亞基。稱之為催化亞基。 調節(jié)亞基：調節(jié)亞基：變構酶分子中有的亞基

31、能變構酶分子中有的亞基能與變構效應劑結與變構效應劑結 合起合起調節(jié)作用調節(jié)作用稱之為調節(jié)亞基。稱之為調節(jié)亞基。 酶的別構調節(jié)機制：酶的別構調節(jié)機制： 變構效應劑通過非共價鍵與調節(jié)亞基結合，變構效應劑通過非共價鍵與調節(jié)亞基結合， 引起酶引起酶構象改變構象改變（疏松或緊密）從而影響（疏松或緊密）從而影響 酶與底物的結合，使酶活性受到抑制或激活。酶與底物的結合，使酶活性受到抑制或激活。 別構效應劑別構效應劑 + + 酶的調節(jié)亞基酶的調節(jié)亞基酶的構象改變酶的構象改變酶的活性改變酶的活性改變（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亞基聚合亞基聚合緊密緊密亞基解聚亞基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化非共價鍵可逆結

32、合非共價鍵可逆結合蛋白激酶蛋白激酶A A的變構調節(jié)的變構調節(jié)3. 3. 變構調節(jié)的特點：變構調節(jié)的特點：酶活性的改變通過酶酶活性的改變通過酶分子構象分子構象的改變而實的改變而實現(xiàn)；現(xiàn)；酶的變構僅涉及酶的變構僅涉及非共價鍵非共價鍵的變化；的變化；調節(jié)酶活性的因素為調節(jié)酶活性的因素為代謝物代謝物；為一為一非耗能非耗能過程；過程；無放大無放大效應。效應。 代謝途徑變構酶變構激活劑變構抑制劑三羧酸循環(huán) 檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶AMPAMP,ADPATP,長鏈脂酰CoAATP糖異生丙酮酸羧化酶乙酰CoA,ATPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP,G-1-P,Pi ATP,G-6-P脂酸合成乙酰輔酶A羧化酶檸

33、檬酸，異檸檬酸長鏈脂酰CoA氨基酸代謝 谷氨酸脫氫酶ADP,亮氨酸，蛋氨酸GTP,ATP,NADH嘌呤合成谷胺酰胺PRPP酰胺轉移酶AMP,GMP嘧啶合成天冬氨酸轉甲酰酶CTP,UTP核酸合成脫氧胸苷激酶dCTP,dATPdTTP4. 4. 別構調節(jié)的生理意義別構調節(jié)的生理意義 代謝終產物反饋抑制代謝終產物反饋抑制 (feedback (feedback inhibition) inhibition) 反應途徑中的酶，使代謝物不反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。致生成過多。乙酰乙酰CoACoA 乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoACoA長鏈脂酰長鏈脂酰CoACoA 別構調節(jié)使

34、能量得以有效利用，不致浪費。別構調節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費。G-6-PG-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進糖的儲存促進糖的儲存能量有效儲存能量有效儲存ATPATP生成不過多生成不過多別構調節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調。別構調節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調。檸檬酸檸檬酸+ +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 乙酰輔酶乙酰輔酶A A 羧化酶羧化酶 促進脂酸的合成促進脂酸的合成酶的化學修飾調節(jié)酶的化學修飾調節(jié)1. 1. 化學修飾的概念化學修飾的概念酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生生

35、可 逆 的 共 價 修 飾可 逆 的 共 價 修 飾 ( c o v a l e n t ( c o v a l e n t modification)modification)，從而引起酶活性改變，這從而引起酶活性改變，這種調節(jié)稱為酶的化學修飾。種調節(jié)稱為酶的化學修飾。2. 2. 化學修飾的主要方式化學修飾的主要方式磷酸化磷酸化 - - - - - - 去磷酸去磷酸乙?；阴；?- - - - - - 脫乙酰脫乙酰甲基化甲基化 - - - - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - - - - 脫腺苷脫腺苷 SH SH 與與 S S S S 互變互變酶的磷酸化與脫磷酸化酶的磷酸化與脫磷

36、酸化-OH-OHThrThrSerSerTyrTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷蛋白磷酸酶磷酸酶 ATP ATPADPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrThrSerSerTyrTyr-O-PO-O-PO3 32-2-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白3. 3. 化學修飾的特點化學修飾的特點 酶有酶有高（有）高（有）或或低（無）低（無）活性兩種形式活性兩種形式 酶蛋白的共價修飾是酶蛋白的共價修飾是可逆可逆的酶促反應的酶促反應 酶分子出現(xiàn)酶分子出現(xiàn)共價鍵共價鍵的變化的變化 有些酶具有別構與化學修飾有些酶具有別構與化學修飾雙重調節(jié)雙重調節(jié) 多受多受激素激素調節(jié)調節(jié) 具有具有放大放大效應效應，效率較變構調節(jié)高。

37、，效率較變構調節(jié)高。 磷酸化與脫磷酸磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。是最常見的方式。意義：由于意義：由于酶的共價修飾反應是酶促反應，只要酶的共價修飾反應是酶促反應，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修這種酶促反應，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效應。飾，從而獲得放大效應。這種調節(jié)方式快速、效率極高。這種調節(jié)方式快速、效率極高。級聯(lián)系統(tǒng)級聯(lián)系統(tǒng)(cascade system)定義：在一個連鎖反映中，當起始的激酶受到定義：在一個連鎖反映中，當起始的激酶受到激活后，其他的酶被依次激活，能引起原始

38、信激活后，其他的酶被依次激活，能引起原始信號放大的酶鏈反應體系。號放大的酶鏈反應體系。酶級聯(lián)系統(tǒng)調控示意圖腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（無活性）（無活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（無活性）（無活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（無活性）（無活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液腎上腺

39、素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456某些酶的化學修飾調節(jié)酶 反應類型效 應磷酸果糖激酶磷酸化脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫氫酶磷酸化脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫羧酶磷酸化脫磷酸抑制/激活糖原磷酸化酶磷酸化脫磷酸激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化脫磷酸激活/抑制磷酸化酶磷酸酶磷酸化脫磷酸抑制/激活糖原合酶磷酸化脫磷酸抑制/激活三酰甘油脂肪酶（脂肪細胞）磷酸化脫磷酸激活/抑制HMG-CoA還原酶磷酸化脫磷酸抑制/激活HMG-CoA還原酶激酶磷酸化脫磷酸激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化脫磷酸抑制/激活谷氨酰胺合成酶（大腸桿菌）腺苷化

40、脫腺苷抑制/激活黃嘌呤氧化(脫氫)酶SH/-S-S-脫氫/氧化酶別構調節(jié)與化學修飾調節(jié)的比較n某些酶同時存在兩種調節(jié)方式v別構調節(jié)是細胞的基本調節(jié)方式基本調節(jié)方式v化學修飾調節(jié)是高效的調節(jié)方式高效的調節(jié)方式酶的變構調節(jié)與化學修飾調節(jié)的異同酶的變構調節(jié)與化學修飾調節(jié)的異同酶的變構調節(jié)酶的化學修飾調節(jié)共同點細胞水平調節(jié)；對現(xiàn)有酶主要是關鍵酶進行快速調節(jié)；調節(jié)的結果都是使酶構象改變調節(jié)因子變構劑小分子化合物結合方式非共價鍵可逆結合共價可逆結合或去除能量消耗不消耗ATP消耗ATP放大效應無有酶量的調節(jié)酶量的調節(jié)1. 1. 酶蛋白合成的誘導與阻遏酶蛋白合成的誘導與阻遏加速酶合成的化合物稱為加速酶合成的化

41、合物稱為誘導劑誘導劑(inducer)(inducer)減少酶合成的化合物稱為減少酶合成的化合物稱為阻遏劑阻遏劑(repressor)(repressor) 常見的誘導或阻遏方式常見的誘導或阻遏方式 底物對酶合成的誘導和阻遏底物對酶合成的誘導和阻遏 產物對酶合成的阻遏產物對酶合成的阻遏 激素對酶合成的誘導激素對酶合成的誘導 藥物對酶合成的誘導藥物對酶合成的誘導 2. 2. 酶蛋白降解酶蛋白降解溶酶體溶酶體蛋白酶體蛋白酶體 釋放蛋白水解酶，降解蛋白質釋放蛋白水解酶，降解蛋白質 泛素識別、結合蛋白質；泛素識別、結合蛋白質；蛋白水解酶降解蛋白質蛋白水解酶降解蛋白質通過改變酶蛋白分子的降解速度，也能調

42、通過改變酶蛋白分子的降解速度，也能調節(jié)酶的含量。節(jié)酶的含量。二、激素水平的代謝調節(jié)二、激素水平的代謝調節(jié)激素激素：是由內分泌細胞及內分泌腺合成與分泌的：是由內分泌細胞及內分泌腺合成與分泌的化學物質。化學物質。激素通過與其激素通過與其受體受體的特異識別與結合調節(jié)物質代的特異識別與結合調節(jié)物質代謝或基因表達。謝或基因表達。激素水平的調節(jié)是指多細胞生物通過產生的各種激素水平的調節(jié)是指多細胞生物通過產生的各種激素來影響細胞中激素來影響細胞中酶活性和酶含量酶活性和酶含量的調節(jié)方式。的調節(jié)方式。 部分內分泌細胞或內分泌腺合成與分泌的激素部分內分泌細胞或內分泌腺合成與分泌的激素分泌細胞或內分泌腺分泌細胞或內

43、分泌腺激素激素甲狀腺腺泡上皮細胞甲狀腺腺泡上皮細胞甲狀腺素甲狀腺素甲狀腺甲狀腺C C細胞細胞降鈣素降鈣素甲狀旁腺主細胞甲狀旁腺主細胞甲狀旁腺素甲狀旁腺素腎上腺皮質腎上腺皮質醛固酮、皮質醇、雌二醇醛固酮、皮質醇、雌二醇腎上腺髓質腎上腺髓質腎上腺素、去甲腎上腺素腎上腺素、去甲腎上腺素胰島胰島A A細胞細胞胰高血糖素胰高血糖素胰島胰島B B細胞細胞胰島素胰島素前列腺前列腺松果體細胞松果體細胞褪黑素褪黑素 神經垂體神經垂體催產素、抗利尿激素催產素、抗利尿激素腺垂體腺垂體促甲狀腺激素、促腎上腺皮質激素、促卵泡激促甲狀腺激素、促腎上腺皮質激素、促卵泡激素、黃體生成素、生長素、催乳素、促黑激素素、黃體生成素、生長素、催乳素、促黑激素腎上腺素3. 級聯(lián)調節(jié)腎上腺素腎上腺素受體腎上腺素受體G蛋白（無活性）G蛋白（有活性）腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（有活性）ATPcAMP蛋白激酶A（無活性）蛋白激酶A（有活性）磷酸化酶b激酶（無活性）磷酸化酶b激