代谢调节

●二、三大营养物质与核苷酸代谢间的联系
体内核苷酸可以由糖、氨基酸转 变生成。产生的CTP、GTP、 UTP可分别参与磷脂、蛋白质和 糖原的合成。
第二节
细胞水平的代谢调节
代谢调节是生物在长期进化过程中逐步形 成的一种适应能力。 ★三种层次的代谢调节 在高等动物体内，通常有三种水平的代谢 调节方式：细胞水平的调节、激素水平 的调节和整体水平的调节，其中细胞水 平的调节是整个代谢调节的基础。
代谢调节
【学习要求】 ★掌握物质代谢的相互联系、细胞水 平代谢调节概念、酶结构调节。 ▲熟悉激素水平代谢调节的基本原理、 细胞的膜结构及酶分布对代谢调节 的作用。 ●了解酶数量调节、整体水平的调节。
物质代谢是一系列连续的酶促化学 反应过程。由于各条代谢途径可以 产生一些共有的中间物而相互间有 密切联系、相互影响、相互制约， 并在神经内分泌调控下，相互协调， 维持动态平衡。
▲⑵变构调节机制：变构酶是由调节亚 基和催化亚基组成的多亚基寡聚体， 常以高活性与低活性或无活性的两种 构象状态存在于细胞内。变构剂可以 非共价键与调节亚基结合，引起酶蛋 白空间构象发生改变(解聚↔聚合)，从 而改变酶活性。
▲⑶变构调节的生理意义：变构 调节可以快速改变酶活性，以 影响代谢速度甚至代谢方向， 从而防止产物堆积，避免能源 物质的浪费。
●⑴通过此途径发挥作用的激素：TRH、ADH、 作用于α1受体的肾上腺素等。 ●⑵参与传递的G蛋白：磷脂酶C型G蛋白。 ●⑶参与的第二信使：包括IP3、DAG和Ca2+。 IP3和DAG由磷脂酶C催化膜中磷脂酰肌醇二 磷酸水解生成。IP3和DAG分别作为第二信使， 启动双信使传递途径。
●⑷第二信使的作用： ①IP3与胞内钙库(肌浆网)膜上通道受体结合，引 起钙库释放Ca2+，使胞内Ca2+增高； ②DAG与Ca2+和磷脂酰丝氨酸共同激活PKC； ③Ca2+除了参与激活PKC外，还与CaM结合， 形成Ca2+-CaM活性复合物。后者可直接激活 一些酶蛋白，包括磷酸二酯酶、腺苷酸环化酶 等、Ca2+-CaM蛋白激酶，发挥调节作用。
当激素与靶细胞受体结合后， 能将激素的信号，跨膜传入细 胞内，转化为一系列细胞内的 化学反应，最终表现出激素的 生物学效应。
▲一、激素是一种信息物质 当细胞受到来自体内外环境的各种刺激后， 可以产生及分泌一些小分子化合物，如 激素、神经递质、细胞因子和生长因子 等化学信息传递物，然后作用于靶细胞 的相应受体以进一步传递信息而发挥调 节作用。
㈠酶结构调节 根据对酶的调节机制不同，又有变构调节和化学修饰 调节两种方式。 ⒈变构调节 ★⑴变构调节概念：某些小分子物质能与酶活性中心 以外的一定部位特异结合，引起酶蛋白空间构象变 化，从而改变酶活性，这种调节称为变构调节(或别 构调节)。 能使酶发生变构调节的物质称为变构效应剂，简称变 构剂。若引起酶活性增加，称变构激活剂；引起酶 活性降低，则称为变构抑制剂。能发生变构调节的 酶称为变构酶
⒊氨基酸与脂类之间的转变 氨基酸与脂类代谢之间的交汇点主要在乙酰CoA和 磷酸二羟丙酮。 ⑴从氨基酸到脂类：①氨基酸分解产生的乙酰CoA可 以合成脂肪酸；②氨基酸分解产生的α-酮酸可以循 糖代谢逆过程转变为磷酸二羟丙酮，进而还原为磷 酸甘油；③脂肪酸与3-磷酸甘油合成脂肪。 ⑵从脂类到氨基酸：①脂肪分解生成甘油和脂肪酸； ②占很大比例的脂肪酸经β-氧化分解为乙酰CoA， 进而氧化供能；③很少比例的甘油转变为磷酸二羟 丙酮，后者进一步转变为丙酮酸；丙酮酸可以合成 丙氨酸，但也很容易氧化分解供能。所以，脂肪不 易转变为蛋白质。
㈠cAMP-蛋白激酶途径
★主要过程 激素→膜受体→G蛋白 →AC→cAMP→PKA→关键酶或功能蛋白 磷酸化→生物学效应。
▲⒈G蛋白和AC G蛋白是由α、β、γ构成的三亚基蛋白。在基 础状态下，G蛋白因α亚基结合了GDP而以 无活性构象存在于细胞质膜胞浆面；激素通 过结合膜受体使之活化，活化受体使GαGDP释放GDP而结合GTP，同时与β、γ亚 基分离，形成有活性的Gα-GTP；Gα-GTP 激活嵌膜AC，AC进而催化胞浆内ATP环化 生成cAMP，从而将激素信息转导入胞内。
★第二信使 水溶性激素透不过细胞膜，只能作用于细胞 膜受体，经G蛋白介导激活细胞内相关酶， 催化胞内产生小分子化合物，通过小分子化 合物在胞内进一步传递激素信息。在这里， 将在胞内能进一步传递激素信息的小分子化 合物称为激素的第二信使。 如cAMP、 cGMP、Ca2ƻ-依赖性蛋白激酶途径
⒉酶促化学修饰调节 ★⑴化学修饰调节概念：酶蛋白在另一种酶催 化下，通过共价结合或脱去某一特定基团， 从而引起酶活性改变，这种调节方式称为化 学修饰调节。 与酶蛋白结合或脱去的化学基团最常见的是磷 酸基团。磷酸基由ATP提供，反应由蛋白激 酶催化，磷酸基与酶蛋白的Ser、Thr或Tyr的 羟基结合；反之也可在磷酸酶催化下，从酶 蛋白脱去磷酸基。
●㈣酪氨酸蛋白激酶途径 许多生长因子膜受体的胞内侧均具有TPK活 性，可因生长因子的结合而激活，发生自磷 酸化，并催化胞内许多种效应蛋白(酶)分子 中的酪氨酸残基发生磷酸化，从而改变效应 蛋白(酶)活性，后者可以进入细胞核，调节 基因表达，影响细胞生长、增殖和分化。
▲三、激素通过细胞内受体的调节作用 ㈠概述 脂溶性较强的激素可以透过细胞膜进入胞内， 作用于胞内受体，形成有活性的激素-受体 复合物，然后进一步发挥调节作用。其中糖 皮质激素受体位于胞浆内，其他受体可能大 多在细胞核内。
㈡糖皮质激素基本原理 糖皮质激素→透膜进入胞内→与胞浆内 特异受体结合形成激素受体复合物→ 进入胞核→与DNA特定碱基序列结合 →调控基因表达(转录、翻译)→产生生 物效应。
●⑸最终引发生物效应的酶：由上述第 二信使DAG、Ca2+等激活的PKC、 Ca2+-CaM蛋白激酶像cAMP-PKA途径 中的PKA一样，使许多功能性蛋白及 关键酶发生磷酸化修饰而改变活性， 从而引发各种生物效应。
●㈢cGMP-蛋白激酶途径 ⒈主要过程 激素→受体→鸟苷酸环化酶→cGMP→PKG→ 蛋白(酶)磷酸化→生物效应 ⒉心钠素 心钠素膜受体具有鸟苷酸环化酶活性，与心钠 素结合变构而活化，催化GTP生成cGMP。 后者作为第二信使在胞内进一步传递激素信 息，直至产生生物效应。
㈡酶数量的调节 通过改变关键酶的蛋白合成速度或降解速度，以调节 酶蛋白含量，从而影响代谢速度，是细胞水平的又 一重要调节方式。 ▲⑴酶蛋白合成的诱导与阻遏：通常受酶作用的底物、 代谢产物、激素或药物等均可影响酶蛋白的合成速 度。一般将促进酶蛋白合成的物质称为诱导剂，减 少酶蛋白合成的物质称为阻遏剂。诱导剂或阻遏剂 主要通过控制酶蛋白基因的转录而发挥调节作用。 调节效应出现较迟，属于迟缓调节。 ●⑵酶降解的调节：改变酶分子降解速度，也是控制 细胞内酶蛋白含量的一种方式。
⒉糖与氨基酸之间的转变 糖与氨基酸之间的联系环节在于转氨基 作用。 ⑴糖代谢产生的α-酮酸可以通过转氨基作 用或还原氨基化生成相应的非必需氨基 酸；还有些糖代谢中间物也可以间接代 谢转变为其他非必需氨基酸。 ⑵氨基酸经过转氨基作用脱去氨基，直接 或间接地生成α-酮酸，大部分可以通过 糖异生合成葡萄糖。
第三节
激素水平的代谢调节
通过激素来调控物质代谢是高等动物体内代谢 调节的重要方式。不同激素作用于不同组织 产生不同的生物效应，表现较高的组织特异 性和效应特异性。这是激素作用的一个重要 特点。 激素之所以能对特定的组织或细胞（即靶组织 或靶细胞）发挥作用，是由于该组织或细胞 存在有能特异识别和结合相应激素的受体。
▲概述 静息状态下，胞内钙离子大多储存在钙库 (如肌浆网)，游离Ca2+浓度很低。当细 胞受到外界信号刺激后，可引起钙库释 放Ca2+，胞外Ca2+也内流，使胞浆Ca2+ 浓度升高。高浓度Ca2+调控代谢产生生 物学效应。
激素 IP3→钙库释放Ca2+→ Ca2+-CaM→关键酶或功能蛋白磷酸化 ↓ ↑ ↓ ↓ 受体→ Gp→ PIP2→ DAG → PKC→关键酶或功能蛋白磷酸化→生物效应
▲㈡物质代谢的相互转变关系 ⒈糖与脂类之间的转变 糖与脂类代谢的 交汇点主要在乙酰CoA和磷酸二羟丙酮。 ⑴糖可以转变为脂肪： ①糖代谢产生的乙酰CoA用于合成脂肪 酸； ②糖代谢产生的磷酸二羟丙酮还原生成3磷酸甘油； ③脂肪酸与3-磷酸甘油合成脂肪。
⑵脂肪很难转变为糖： ①脂肪分解产生甘油和脂肪酸； ②甘油可以转化为磷酸二羟丙酮，通过 糖异生合成葡萄糖，但所占比例很少； ③脂肪酸分解生成的乙酰CoA，由于不 能逆转变为丙酮酸而不能异生为葡萄糖， 可以氧化分解供能，或合成酮体、胆固 醇等物质。
▲⒉cAMP和PKA PKA是由2个催化亚基和2个调节亚基构成的 四聚体酶蛋白，是变构酶，受cAMP变构调 节。cAMP与调节亚基结合，引起PKA变构， 调节亚基与催化亚基分离，催化亚基激活。 cAMP发挥调节作用后，又在磷酸二酯酶作 用下降解。 PKA可以催化许多代谢途径中关键酶或转录 因子发生磷酸化修饰，进而调节代谢速度或 基因表达水平，产生各种生物学效应
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 ▲㈠能量代谢的相互协作关系 糖、脂类和蛋白质三大营养物均可作为供能物质，通过 三羧酸循环彻底分解产生CO2，同时给出电子对，通 过呼吸链氧化磷酸化推动生成ATP。 从供能情况看，三大营养物可以互相替代、弥补不足。 通常机体优先利用糖氧化供能。当糖供应过多时，一 部分糖还可以转变为脂肪储存起来。当糖供应不足时 可以利用脂肪产能。而当长时间饥饿时，还可以分解 蛋白质供能，严重时甚至威胁生命。
激素分类
按激素受体在细胞部位不同，可将激素 分为两大类： 1.膜受体的激素，其化学本质为水溶性较 强的蛋白质、多肽类及儿茶酚胺类； 2.胞内受体的激素，主要包括脂溶性较强 的类固醇激素和甲状腺激素。
二、激素通过细胞膜受体的调节作用