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1、物质代谢的调节控制第1页，共45页，编辑于2022年，星期一16.0 概述概述1.生物体内各种代谢途径相互联系，有条不紊进行生物体内各种代谢途径相互联系，有条不紊进行代谢调节代谢调节普遍存在于生物界，是新陈代谢的重要途径之一普遍存在于生物界，是新陈代谢的重要途径之一2.代谢调节在代谢调节在3个不同水平上进行个不同水平上进行分子水平（酶水平）分子水平（酶水平）细胞水平细胞水平多细胞整体水平（激素调节、神经调节）多细胞整体水平（激素调节、神经调节）最基本调节方式最基本调节方式第2页，共45页，编辑于2022年，星期一16.1 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系1.1.糖代谢与脂肪代谢的相互关系糖
2、代谢与脂肪代谢的相互关系糖可以在生物体内变成脂肪。（北京鸭的故事）脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子。第3页，共45页，编辑于2022年，星期一 磷酸二羟丙酮丙酮酸甘油乙酰CoA脂肪酸脂肪-甘油磷酸磷酸二羟丙酮糖脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸草酰乙酸丙酮酸-氧化乙醛酸循环TCA循环COCO2 2+H+H2 2O O糖尿病：脂肪酮体 在血液中产生酸中毒或到达肌肉中提供能源在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况。脂肪糖乙酰乙酸丙 酮-羟丁酸（植物）（植物）（动物）（动物）第4页，共45页，编辑于2022年，星期一2.2.糖代谢与蛋白质代谢的关系糖代谢与蛋白质代谢的关系糖可以转变为非必需氨基酸。蛋白质可以转变
3、为糖。第5页，共45页，编辑于2022年，星期一3.3.脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实际上仅限于Glu。蛋白质间接地转变为脂肪。第6页，共45页，编辑于2022年，星期一草酰乙酸酮戊二酸氨基酸脂类分子中的甘油脂类分子中的甘油 丙酮酸丙酮酸 蛋白质甘油生酮氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸脂肪酸丙酮酸乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A脂肪 脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体内脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体内贮藏能量的物质。贮藏能量的物质。脂肪酸乙酰辅酶A-氧化TCA循环草酰乙酸酮戊二酸 苹果酸 氨基酸琥珀酸乙醛酸循环第7页，共45页，编
4、辑于2022年，星期一4.4.核酸与其他物质代谢的相互关系核酸与其他物质代谢的相互关系蛋白质代谢为嘌呤和嘧啶的合成提供许多原料；糖类产生二羧基氨基酸的酮酸前身，又是戊糖的来源。核酸是细胞内的重要遗传物质，可通过控制蛋白质的合成影响细胞的组成成分和代谢类型第8页，共45页，编辑于2022年，星期一第9页，共45页，编辑于2022年，星期一16.2 分子水平的调节分子水平的调节0、分子水平的调节即酶水平的调节，是最基本的代谢调节、分子水平的调节即酶水平的调节，是最基本的代谢调节酶活性的调节酶活性的调节酶浓度的调节酶浓度的调节基因表达调节基因表达调节别构效应别构效应共价修饰共价修饰（快速调节）（快速
5、调节）（慢速调节）（慢速调节）第10页，共45页，编辑于2022年，星期一1.酶活性的调节酶活性的调节（1）反馈调节）反馈调节酶促反应系统中的最终产物对起始步骤的酶的活性的调节酶促反应系统中的最终产物对起始步骤的酶的活性的调节作用作用（正反馈、负反馈）（正反馈、负反馈）En-1E0E1En-1反馈反馈S0S1Sn第11页，共45页，编辑于2022年，星期一（1）别构调节）别构调节具有别构调节作用的酶大多数为寡聚酶，一般由两个或具有别构调节作用的酶大多数为寡聚酶，一般由两个或两个以上的亚基组成。两个以上的亚基组成。小小分分子子化化合合物物与与酶酶分分子子活活性性中中心心以以外外的的某某一一部部位
6、位（别别构构部部位位）特特异异结结合合，引引起起酶酶蛋蛋白白分分子子构构象象变变化化，从从而而改改变变酶酶的的活活性性，这这种种调调节节称称为酶的为酶的变构调节变构调节或或别构调节别构调节。第12页，共45页，编辑于2022年，星期一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、终产物底物、终产物其他小分子代谢物其他小分子代谢物变构调节的机制变构调节的机制乙酰乙酰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第13页，共45页，编辑于2022年，星期一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
7、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第14页，共45页，编辑于2022年，星期一（3）共价修饰调节作用）共价修饰调节作用酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上某某些些集集团团在在酶酶的的催催化化下下发发生生可可逆逆的的共共价价修修饰饰(covalent modification)，使酶处于活性与无活性的互变状态，从从而而调调节节酶酶的的活活性性，这这种种调调节节称称为为酶酶的的共共价价修修饰调节作用饰调节作用。磷酸化磷酸化 -去磷酸化去磷酸化乙酰化乙酰化 -脱乙酰化脱乙酰化甲基化甲基化 -去甲基化去甲基化腺苷化腺苷化 -脱腺苷化脱腺苷化
8、 SH 与与 S S 互变互变尿苷化尿苷化 -脱尿苷化脱尿苷化第15页，共45页，编辑于2022年，星期一酶的磷酸化与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第16页，共45页，编辑于2022年，星期一共价修饰调节与别构调节区别共价修饰调节与别构调节区别修饰集团以共价键与酶分子结合；修饰集团以共价键与酶分子结合；修饰过程是酶促反应，对调节信号有放大效应修饰过程是酶促反应，对调节信号有放大效应 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
9、同时受变构调节和化学修饰调节。磷酸化与脱磷酸是最常见的共价修饰方式。磷酸化与脱磷酸是最常见的共价修饰方式。第17页，共45页，编辑于2022年，星期一级联放大系统：在一系列反应中，一个酶被共价修饰活化后又引起后续反应中每个酶的共价活化，这样逐级将信号放大的系统。演演示示第18页，共45页，编辑于2022年，星期一2.基因表达的调节基因表达的调节(酶浓度调节）酶浓度调节）酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。（1）原核生物基因表达调节）原核生物基因表达调节乳糖操纵子模型。乳糖操纵子模型。（2）真核生物基因表达的调控）真核生物基因表达的调控为多级调控方式：
10、转录前水平调控、转录水平上的调控、转录为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。第19页，共45页，编辑于2022年，星期一2.酶合成的诱导与阻遏的操纵子模型酶合成的诱导与阻遏的操纵子模型 （1）酶的诱导）酶的诱导调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白阻挡操纵基因，阻遏蛋白阻挡操纵基因，结构基因不表达。结构基因不表达。调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白诱导物诱导物mRNA酶蛋白酶蛋白Jacob and Monod的操纵子模型（的操纵
11、子模型（1961）1.操纵子：操纵子：是基因表达的协调单位，由是基因表达的协调单位，由调节基因调节基因、操纵基因操纵基因及及其所控制的一组功能上相关的其所控制的一组功能上相关的结构基因结构基因所组成。操纵基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。受调节基因产物的控制。诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能阻挡操纵基因，结构基因表达。不能阻挡操纵基因，结构基因表达。第20页，共45页，编辑于2022年，星期一 Jacob and Monod的乳糖操纵子的乳糖操纵子（大肠杆菌的乳糖操纵（大肠杆菌的乳糖操纵子是第一个被发现的操纵子）子是第一个被发现的操纵子）实验：实验：
12、细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽时，在乳糖的诱优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽时，在乳糖的诱导下，作用于乳糖的酶才产生，细菌开始利用乳导下，作用于乳糖的酶才产生，细菌开始利用乳糖。糖。第21页，共45页，编辑于2022年，星期一第22页，共45页，编辑于2022年，星期一乳糖操纵子的诱导乳糖操纵子的阻遏阻遏第23页，共45页，编辑于2022年，星期一（2）酶的阻遏）酶的阻遏调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，结构基因表达结构基因表达
13、调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因辅阻遏物辅阻遏物代谢产物与阻遏蛋白结代谢产物与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基与操纵基因结合，结构基因不能表达因不能表达第24页，共45页，编辑于2022年，星期一 o E D C B AtrpmRNAp o E D C B A无活性阻抑物trp色氨酸结合到阻抑物使它激活E.coli 色氨酸操纵子模型第25页，共45页，编辑于2022年，星期一16.3 细胞水平的调节细胞水平的调节代谢酶类代谢酶类区域化区域化具有的生理意义即是实现代谢调控的一个原始具有的生理意义即是实现代谢调控的一个原始方式。方式。细细胞胞
14、-酶酶水水平平调调控控是是通通过过调调节节细细胞胞内内的的酶酶的的种种类类、数数量量、分布或活性来控制各种代谢过程或生理过程。分布或活性来控制各种代谢过程或生理过程。这这类类调调控控主主要要包包括括：细细胞胞膜膜结结构构的的调调控控作作用用和和酶酶的的活活性性调调控作用。控作用。某某些些人人工工合合成成或或天天然然存存在在的的化化学学物物质质也也具具有有调调控控功功能能，主要是表现在对酶的活性影响方面。主要是表现在对酶的活性影响方面。第26页，共45页，编辑于2022年，星期一16.4 多细胞整体水平的调节多细胞整体水平的调节1.激素对代谢的调节激素对代谢的调节 激素是由多细胞生物的特殊细胞所
15、合成、并经体液输送到激素是由多细胞生物的特殊细胞所合成、并经体液输送到其他部位显示特殊生理活性的微量化学物质。其他部位显示特殊生理活性的微量化学物质。哺乳动物的激素根据化学本质大致分为哺乳动物的激素根据化学本质大致分为4类：类：氨基酸及其衍生物；氨基酸及其衍生物；肽及蛋白质；肽及蛋白质；固醇固醇脂肪酸衍生物脂肪酸衍生物第27页，共45页，编辑于2022年，星期一28含氮激素第28页，共45页，编辑于2022年，星期一29视丘下部脑下垂体甲状腺甲状旁腺肾上腺胰腺雄性激素雌性激素第29页，共45页，编辑于2022年，星期一30甲状腺激素甲状腺激素（氨基酸衍生物）（氨基酸衍生物）大量少量活性：甲状腺
16、素（510）三碘甲腺原氨酸=均是Tyr的衍生物，且均为L-构型！吸碘能力最强，可将体内70%80%的碘富集在其中碘化过程发生在甲状腺球蛋白分子中的酪氨酸残基上第30页，共45页，编辑于2022年，星期一31胰岛激素胰岛激素（多肽蛋白质类激素）（多肽蛋白质类激素）人的胰岛主要有、三种细胞胰高血糖素胰岛素含51个氨基酸残基第31页，共45页，编辑于2022年，星期一32胰岛素生理功能胰岛素生理功能促进细胞摄取葡萄糖促进肝糖原和肌糖原的合成抑制肝糖原的分解抑制细胞内腺苷酸环化酶活性，使cAMP产生显著减少。胰岛素缺乏分泌不足时，产生高血糖症，糖尿病机体丧失主要能量来源酮体供能酮血症、酸中毒第32页，
17、共45页，编辑于2022年，星期一33肾上腺皮质素肾上腺皮质素（类固醇激素）（类固醇激素）类固醇激素是脂溶性激素，在结构上都是环戊烷多氢菲衍生物。生理功能：生理功能：调节糖代谢：抑制糖的氧化，使血糖升高；促进蛋白质转化为糖；调节盐水代谢：促使体内保留钠离子，排除过多钾离子；第33页，共45页，编辑于2022年，星期一34前列腺素前列腺素（脂肪酸衍生物）（脂肪酸衍生物）一类具有生理活性的物质总称，已发现几十种，广泛存在于生殖系统及其他组织中。基本结构基本结构：含一个戊烷环及两个脂肪侧链，是一种二十碳脂肪酸。在侧链的C-13和C-14之间有双键，C-15含有一个羟基。不同前列腺素的区别在于不同前列
18、腺素的区别在于：戊烷环上双键位置和取代基的区别。第34页，共45页，编辑于2022年，星期一35第35页，共45页，编辑于2022年，星期一内、外环境改变内、外环境改变机体相关组机体相关组织分泌织分泌激素激素激素与靶细胞激素与靶细胞上的受体结合上的受体结合靶细胞产生生物学靶细胞产生生物学效应，适应内外环效应，适应内外环境改变境改变激素作用机制激素作用机制第36页，共45页，编辑于2022年，星期一1.膜受体激素的作用方式膜受体激素的作用方式激素作用方式激素作用方式第37页，共45页，编辑于2022年，星期一 2.胞胞内内受受体体激激素素的的作作用用方方式式第38页，共45页，编辑于2022年，
19、星期一39cAMP（第二信使）（第二信使）环腺嘌呤核苷酸是最重要的一种调控信号分子。功能：激活代谢酶第39页，共45页，编辑于2022年，星期一40腺苷酸环化酶也是一种膜结合蛋白，它的催腺苷酸环化酶也是一种膜结合蛋白，它的催化部位面向胞液。在化部位面向胞液。在Mg2存在下存在下,它能催化它能催化ATP转变成转变成cAMP。第40页，共45页，编辑于2022年，星期一41第二信使学说第二信使学说 认为一种激素的作用在于把某种调节信息由分泌细胞带到认为一种激素的作用在于把某种调节信息由分泌细胞带到靶细胞靶细胞，所以激素是第一信使。所以激素是第一信使。激素本身并不进入细胞内部，而是通过靶细胞膜上的激
20、素本身并不进入细胞内部，而是通过靶细胞膜上的激素激素受体受体再激活再激活腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶，使，使ATP转变成环腺苷酸（转变成环腺苷酸（cAMP）。）。细胞内的细胞内的cAMP的变化，引起了细胞特有的代谢活动发生的变化，引起了细胞特有的代谢活动发生变化，这种变化则表现出特有的生理现象。变化，这种变化则表现出特有的生理现象。这里，这里，cAMP起到了把第一信使传来的信息传递到细胞内起到了把第一信使传来的信息传递到细胞内的作用，故把细胞内的的作用，故把细胞内的cAMP称为激素作用的第二信使。称为激素作用的第二信使。cAMP为第二信使的作用机理为第二信使的作用机理第41页，共45页，编辑于20
21、22年，星期一第二信使第二信使cAMPcAMP激活激活蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)A(PKA)的机制的机制第42页，共45页，编辑于2022年，星期一2.神经系统对代谢的调节神经系统对代谢的调节人及高等动物具有高度发达的神经系统，这类生物的各种人及高等动物具有高度发达的神经系统，这类生物的各种活动和代谢的调节机制都处于中枢神经系统的控制之下。神活动和代谢的调节机制都处于中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接影响各种酶的合成，又影响内分泌腺分泌激素经系统既直接影响各种酶的合成，又影响内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以神经系统的调节具有整体性特点。的种类和水平，所以神经系统的调节具有整体性特点。神经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节激神经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节激素的分泌来实现的素的分泌来实现的。第43页，共45页，编辑于2022年，星期一本章要点本章要点1.代谢调节的三个水平及地位；代谢调节的三个水平及地位；2.糖代谢与脂肪代谢的联系；糖代谢与脂肪代谢的联系；3.分子水平调节的种类；分子水平调节的种类；4.共价修饰与别构修饰的区别；共价修饰与别构修饰的区别；5.激素的概念；激素的概念；6.第二信使是什么？第二信使是什么？第44页，共45页，编辑于2022年，星期一第45页，共45页，编辑于2022年，星期一