09第九章 代谢调节

Ⅳ 药物对酶合成的诱导
2. 酶蛋白降解
• 通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调 节酶的含量。 溶酶体 —— 释放蛋白水解酶，降解蛋白质 蛋白酶体 —— 泛素识别、结合蛋白质； 蛋白水解酶降解蛋白质
二、 酶活性调节
酶变构调节和酶共价修饰调节
• 快速代谢 数秒、数分钟 通过改变酶的活性 • 迟缓代谢 数小时、几天 通过改变酶的含量 变构调节
内外环境 不断变化
影响机体代谢
适应环境 的变化
机体有精细的调节 机制，调节代谢的 强度、方向和速度
2. 物质代谢通路的可调节性
①健全的生物调节系统包括环境变化的信息感受器、信息处理分析
器和应答机构，信息分子是联动各生物调节机构的重要媒介，分为作用物、
神经激素以及器官水平调节。
Sensor
Processor
第二节
关键酶活性的调节
Regulation of Metabolic Key Enzyme
一、 酶量调节
酶蛋白合成水平调节和酶蛋白降解调节
1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏
加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer) 减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor)
常见的诱导或阻遏方式 Ⅰ 底物对酶合成的诱导和阻遏 Ⅱ 产物对酶合成的阻遏 Ⅲ 激素对酶合成的诱导
内、外环境改变
机体相关组 织分泌激素
靶细胞产生生物学 效应，适应内外环 境改变
激素与靶细胞 上的受体结合
•激素作用方式 1. 膜受体激素的作用方式
激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 腺苷环化酶 （无活性） 腺苷环化酶（有活性）
ATP
PKA
(无活性)
cAMP
磷酸化酶b激酶 PKA
(有投入是推动无效循环的重要环节
证据：大多数分子参与合成前时均需ATP活化；以ATP能量 的消耗，可将一些在自由能上根本不能进行的反应通过偶联作用 得以进行；生物体始终是分解产能的反应大于合成反应。 哲学意义：生物是贪婪的，自私的，耗能的。
3. ATP是生 物机体中最 重要的通用 能源分子， ATP由能源 物质分解代 谢产生；还 原当量物质 是联系物质 分解代谢与 ATP生成的 桥梁
Response executor
信息分子如反应体系中CTP浓度、血糖浓度、环境中威胁生存的应激信号等
作用物水平调节
ATP + CO2+ 谷氨酰胺
-
氨基甲酰磷酸 天冬氨酸 氨基甲酸天冬氨酸 PRPP UMP UTP CTP
-
-
嘌呤核苷酸 ATP + 5-磷酸核糖
嘧啶核苷酸
激素水平调节
器官系统水平调节
丙酮酸或乙酰辅酶A
三羧酸循环与氧化磷酸化
• 各种物质代谢之间互有联系，相互依存。
• 代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及
方向由其中的关键酶决定 。
•关键酶催化的反应具有以下特点：
① 速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度， 故又称其为限速酶(limiting velocity enzymes)。 ② 催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定
(allosteric regulation)
化学修饰调节
(chemical modification)
1. 变构调节的概念
小分子化合物与酶分子活性中心以外
的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构
象变化，从而改变酶的活性，这种调节称
为酶的变构调节或别构调节。
• 被调节的酶称为变构酶或别构酶 (allosteric enzyme) • 使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂 (allosteric effector) • 变构激活剂allosteric effector ——引起酶活性增加的变构效应剂。 • 变构抑制剂allosteric effector


例：糖代谢的关键酶
二、物质代谢通路的集约性
1. 仅有六种最基本的酶促化反应类型
2. 不同物质代谢大多采用类似的代谢策略
3. 最古老的代谢途径为多数代谢所保留或共享
4. 酶促反应集约性的根源在于生物基因组进化时采用了 基因单拷贝复制与复制基因的变异选择策略
三、物质代谢网络支撑的耗能性
1. 物质代谢网络中的无效循环(futile cycle) 无效循环中两物质自由 能始终有差异，自由能一高 一低。 酶的参加不改变酶促反 应的热力学性质，按照热力 学第二定律，两物质间是否 发生反应必须遵从熵减少的 原则，因此要使无效循环发 生，必须从无效循环外注入 能量。
糖异生
脂肪酸合成 脂肪分解 脂肪酸氧化 三羧酸循环
胞液、线粒体
胞液 胞液 线粒体 线粒体
DNA合成
RNA合成 血红素合成 胆固醇合成 尿素生成
胞核
胞核 胞液、线粒体 胞液、内质网 胞液、线粒体
②产生隔离的原因：基因表达与靶向转运的差异、生物膜脂质双分子结构等
③消除隔离使物质代谢循环得以进行的主要方式 膜蛋白与运载体的协助； 方式有主动转运、被动转运、偶联转运等，其中各种形式的线粒体穿梭、 氨基酸的γ谷胱甘酰基循环等是偶联转运的重要形式。
第九章
物质代谢联系与调节
Metabolic Interrelationships and Regulation
新陈代谢中物质代谢

物质代谢：基本代谢(包括合成代谢与分解代谢；
糖、脂肪、蛋白、核苷酸四大基本物质在大分子、 构件分子和小分子不同层次间转化的代谢及其各 类分子相互间转化的代谢) 能量代谢: 能量保障（含TAC和氧化磷酸化） 信号传递: 决定物质代谢的方向。细胞内信号传递 是物质代谢方向与细胞外界信息相联系的重要通 道，包括信号感受器、信号处理系统（即细胞内 信号传递系统）和信号响应系统三部分
a c b
-
+
③物质代谢调节的最终调节机构对代谢通路中关键酶活性的调节。
④激素水平调节或器官系统水平均是通过细胞内信号传递通路实现物 质代谢调节的，细胞内信号传递通路是联系机体物质代谢与外部环境 变化的重要枢纽。
3. 物质代谢通路关键酶活性调节的几种主要方式 ①酶量调节，包括特定酶转录水平调节和酶蛋白降解调节，如胆固 醇对HMGCoA还原酶的调节，泛素化标记对细胞周期蛋白的调节； ②酶活性调节，包括酶变构调节和酶共价修饰调节，如CTP对氨基甲 酰磷酸天冬氨酸转移酶的调节、磷酸化与去磷酸化修饰对丙酮酸脱氢酶的 调节； ③同工酶及其分布调节，如LDH有五种同工酶，各有不同分布； ④酶蛋白特异性剪接调节，胰蛋白酶对胃蛋白酶原的调节等
感受器
分析器
效应器
感觉系统
神经系统
骨骼肌肉系统
②按作用物水平调节方式分类,物质代谢模式有(a)直线型， (b) 分支型， (c)循环型等，因此不同类型代谢模式其生物调节的策略不 尽相同，例如直线型的代谢通路有底物的多米诺骨推牌式调节或产物 的负反馈调节等，例如糖的酵解途径，嘧啶核苷酸从头合成等；分支 的代谢通路有比例调节或交互调节，例如从IMP到AMP或到GMP的 代谢，6-磷酸葡萄糖到糖元合成或磷酸戊糖途径或酵解途径等；循环 的代谢通路有规模放大或规模缩小性调节，例如三羧酸循环等。
肝在糖代谢中的作用 • 合成、储存糖原
• 分解糖原生成葡萄糖，释放入血
• 是糖异生的主要器官
——肝在维持血糖稳定中起重要作用。
心脏
酮体 乳酸 游离脂酸 葡萄糖 • 以葡萄糖有氧氧化供能为主。
脑
• 耗能大，耗氧多。 • 葡萄糖为主要能源。 • 不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。
肌肉
• 合成、储存糖原； • 通常以脂酸氧化为主要供能方式；剧烈运动 时，以糖酵解为主。
整个代谢途径的方向。
③ 这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效 应剂的调节。
代谢通路与分支物质

物质代谢通路是细胞内一系列相关联的具有一定代谢方向 的酶促反应的全部集合，能将一定的起始物转换为一定的 终产物，本质是酶促反应。 物质代谢通路的基本特征：①决定代谢方向或强度的是关 键酶活性；②代谢模式有分支的、循环的和直线的；③ 代谢通路间通过共享分支物质的联系形成物质代谢网络。 重要的分支物质有6-磷酸葡萄糖、丙酮酸、乙酰辅酶A、 一碳单位、草酰乙酸、甘油等。
酮体在肝脏内外的代谢互补
乳酸循环
五、物质代谢的功利性 与可调节性
1. 物质代谢的功利性 细胞内物质代谢和能量代谢主要是为了⑴适应外 界环境的变化，尤其是食物营养物质供应变化的需要，即物质的可利用性； ⑵适应细胞生物自身物质代谢和能量代谢不断变化发展的需求，例如能量指 数ADP/ATP的动态变化；⑶适应自身结构化的器官或亚细胞结构单位生物 化学功能分工的不同以及由此分工形成的相互补充性，即生物要解决物质的 隔离与转运问题
红 细 胞
• 能量主要来自糖酵解。
脂肪组织
• 合成及储存脂肪的重要组织； • 将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。
肾脏
• 也可进行糖异生和生成酮体； • 肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、 酮体有氧氧化供能。
②各器官组织物质代谢的差异由物质代谢循环或单向流通进行互补
葡萄糖－丙氨酸循环
3. 化学修饰的特点
①酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在 不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互
相转变。催化互变反应的酶在体内可受调
节因素如激素的调控。
②具有放大效应，效率较变构调节高。
③磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。 • 同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。
三、 同工酶及其分布调节
四、酶蛋白特异性剪接调节
四、不同组织器官或同一细胞不 同亚细胞部位物质代谢各有特点
1. 参与物质代谢的酶在各亚细胞器内分布区域化的差异
①生物学意义：减少干扰；局部浓缩 。
真核细胞内主要代谢酶系的区域化分布