第11章 生物调控

激素举例之三——多肽及蛋白质激素 脑垂体激素： 脑垂体激素： 垂体分前叶、中叶和后叶三部分； 垂体分前叶、中叶和后叶三部分； 前叶和中叶能合成激素 前叶和中叶能合成激素 合成 后叶只能存储和分泌激素（下丘脑合成） 后叶只能存储和分泌激素（下丘脑合成） 存储和分泌激素 调节和控制其他类型激素： 调节和控制其他类型激素：生长发育 和促进其它腺体分泌激素。 和促进其它腺体分泌激素。
钙调蛋白 CaM
钙结合蛋白， 结合后才有活性； 钙结合蛋白，与Ca2+结合后才有活性； 活性Ca CaM复合物可以通过与靶酶作用方式调控代谢过程 复合物可以通过与靶酶作用方式调控代谢过程。 活性Ca2+CaM复合物可以通过与靶酶作用方式调控代谢过程。
5.一氧化氮（NO） 生物体内发现的最小、 生物体内发现的最小、最简单的生物信息物质
四聚蛋白酶： 2个调节亚基+2个催化亚基 调节亚基抑制催化亚基 每个调节亚基上有2个cAMP的结合位点 cAMP与调节亚基结合后，催化亚基分 离，获得活性 解离出的活性蛋白激酶催化ATP分子与 目标代谢酶分子的磷酸化反应。
4. 钙离子和钙调蛋白
生物体内钙离子的特点：
细胞内Ca 的浓度受激素的调控发生显著变化： 细胞内Ca2+的浓度受激素的调控发生显著变化：在激素和其它外界因素的刺 激下，钙通道被打开，细胞质内Ca 浓度升高； 激下，钙通道被打开，细胞质内Ca2+浓度升高； Ca2+与蛋白中带负电的氧或极性氧原子配价结合，诱导蛋白构象变化，在细 与蛋白中带负电的氧或极性氧原子配价结合，诱导蛋白构象变化， 胞内传递信息。 胞内传递信息。
Robert F. Furchgott 佛奇哥特
Louis J. Ignarro 伊格纳罗
Ferid Murad 弗里德. 弗里德.穆拉德
NO:可以起到保持血管清洁、预防中风、 NO:可以起到保持血管清洁、预防中风、保持正常血压的效果 可以起到保持血管清洁 亲一氧化氮”食品， 像杏仁、黑巧克力、三文鱼、 “亲一氧化氮”食品，如，像杏仁、黑巧克力、三文鱼、豆类等。
乙酰CoA 乙酰
乙酰CoA羧化酶 羧化酶 乙酰
丙二酰CoA 丙二酰
长链脂酰CoA 长链脂酰
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中 的酶，使代谢物不致生成过多。 的酶，使代谢物不致生成过多。 别构调节使能量得以有效利用，不致浪费。 ②别构调节使能量得以有效利用，不致浪费。 别构调节使不同的代谢途径相互协调。 ③别构调节使不同的代谢途径相互协调。
肾上腺素的作用机制（激素信号被放大了约300万倍）
激素举例之四 ——多肽及蛋白质激素
胰岛素：胰岛β 细胞分泌的蛋白质激素； 胰岛素：胰岛β－细胞分泌的蛋白质激素； 51个氨基酸残基 51个氨基酸残基 促进细胞摄取葡萄糖； 促进细胞摄取葡萄糖；促进肝糖原和肌糖原的 合成； 合成； 抑制肝糖原的分解，抑制腺苷酸环化酶活性， 抑制肝糖原的分解，抑制腺苷酸环化酶活性， 使cAMP产生显著减少，糖原分解速度减慢。 cAMP产生显著减少，糖原分解速度减慢。 产生显著减少 糖尿病：酮血症，酮尿症、 糖尿病：酮血症，酮尿症、酸中毒 三多一少：多饮、多食、多尿、 三多一少：多饮、多食、多尿、体重减轻
NO的主要生物功能是激活cGMP环化酶。 NO的主要生物功能是激活cGMP环化酶。 的主要生物功能是激活cGMP环化酶 cGMP
免疫系统产生的NO 分子，可以抗击侵 入人体的微生物， 还能阻止肿瘤细胞 的繁殖和扩散
肌肉纤维松弛
蛋白激酶 肌球蛋白的肽链去磷酸化
荣获1998年诺贝尔生理学或医学奖 荣获1998年诺贝尔生理学或医学奖 1998
生物调控信号传递的基本过程
细胞外
外界的刺激 细胞质膜
细胞内 ATP
腺苷酸 环化酶 产生 PPi
中枢神经系统
神经网络
内分泌系统
合成 特 异 受 体 G
调控信号物质 cAMP，cGMP ， （第二信使） 第二信使）
化学信息物质 激 素 （第一信使） 第一信使）
信息
环腺 苷酸
二. 生物调控的基本物质
（2）酶的活性调控——共价修饰调控
共价修饰调控 : 某些酶分子上的基团在另一种酶催化下发生共价 修饰，从而引起酶活性的激活或抑制。 修饰，从而引起酶活性的激活或抑制。
如：酶的磷酸化 ------- 酶的去磷酸化
共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象， 共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象， 所以具有信号放大效应。 所以具有信号放大效应。
1.3 激素作用的一般特征 特异性：选择性地作用，与每种激素的靶细胞上存在某种
特异性受体有关
生物信息传递作用 高效能生物放大作用
1.3 激素间的相互作用 协同作用：胰高血糖素与肾上腺素——升高血糖 相互拮抗：胰岛素——降低血糖
胰高血糖素——升高血糖
允许作用：糖皮质激素
儿茶酚胺：收缩血管平滑肌
激素举例之一：氨基酸衍生物激素
脂酸 β氧 酸β 化 酸 成 脂 合 固 合 胆 醇合 醇 成 脂合 磷 合 脂 成 DNA、 、 RNA合 合 成
分布 粒 线 体 粒 线 体 液 胞 胞 液 液 胞 液 胞 线 体 粒
液 胞 质 、 液 内 网 胞 质 内 网 胞 细 核
酶的隔离分布的意义 —— 避免了各种代 谢途径互相干扰。 谢途径互相干扰。
细胞—酶水平的调控 三. 细胞 酶水平的调控 1、细胞结构的调控 2、酶的活性和浓度调控 别构效应 共价修饰 酶原激活 酶浓度调节的 化学本质 基因表达的调节 活性的调节
1. 细胞膜结构的调控作用
（1）细胞内酶呈隔离分布
酶 系 多 体 羧 循 三 酸 环 化 酸 氧 磷 化 酵 糖 解 磷 戊 途 酸 糖 径 异 糖 生 原 成 糖 合
催化部位
调控部位 （变构中心）
例如： 磷酸葡萄糖对 例如：6-磷酸葡萄糖对 己糖激酶的别构调节作用
激活别构剂 别构剂 抑制别构剂
别构调节----酶的反馈调节机制
反馈调节作用： 反馈调节作用： 在生物代谢过程中，代谢途径的起始物、 在生物代谢过程中，代谢途径的起始物、中间产物或终 产物对反应途径中的某一步反应表现出调控作用。 产物对反应途径中的某一步反应表现出调控作用。 反馈调节的化学本质是酶的别构调节 正反馈作用 ---- 激活变构剂 负反馈作用 ---- 抑制变构剂
植物激素：主要为植物生长调节剂 植物激素 主要为植物生长调节剂
植物生长素、赤霉素类、细胞分裂素类、脱落酸、乙烯、 植物生长素、赤霉素类、细胞分裂素类、脱落酸、乙烯、油菜素内酯
昆虫激素： 昆虫激素
内激素：返幼激素、蜕皮激素、 内激素 返幼激素、蜕皮激素、脑激素 返幼激素 外激素：性外激素、 外激素 性外激素、聚集外激素等 性外激素
甲状腺激素： 甲状腺激素： 由甲状腺分泌甲状腺素和三碘甲 状腺原氨酸 甲状腺素：酪氨酸的衍生物， 甲状腺素：酪氨酸的衍生物，L-构型 甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织：70-80％ 甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织：70-80％ 生理功能： 生理功能： 促进糖、 促进糖、脂和蛋白质代谢 促进肌体生长发育和组织分化 中枢神经、循环系统、造血过程、 中枢神经、循环系统、造血过程、肌肉活 动、智力和体质发育等显著作用 甲状腺功能亢进症（甲亢）：过多甲状腺激素 甲状腺功能亢进症（甲亢）：过多甲状腺激素 ）： 甲状腺功能减退症： 甲状腺功能减退症：产生的甲状腺激素明显减少
（2）膜的通透性和转运机制
Metabolic networks
细胞胞液
肝
线粒体
2. 酶活性的调控
别构调节 共价修饰调节 酶原的激活
2. 酶浓度的调节
酶蛋白合成的基因调控
1）酶活性调控——别构酶调控作用
别构调节作用： 别构调节作用： 由于别构剂与酶的调控部位结合而引起酶活性改变的现象。 由于别构剂与酶的调控部位结合而引起酶活性改变的现象。
促甲状腺释放激素 促甲状腺激素
重要激素举例之二 ——氨基酸衍生物激素
肾上腺素：酪氨酸的衍生物， 肾上腺素：酪氨酸的衍生物，R-构型 肾上腺髓质分泌肾上腺素和少量去甲肾上腺素 交感神经末梢的化学介质 血管收缩，心脏活动加强，血压升高——升压 血管收缩，心脏活动加强，血压升高 升压 药物，起抗休克作用。 药物，起抗休克作用。 调节糖代谢，促进肝糖原和肌糖原的分解， 调节糖代谢，促进肝糖原和肌糖原的分解，增 加血糖和血中乳酸含量。 加血糖和血中乳酸含量。 级联放大，激素信号被逐级放大了约300万倍 级联放大，激素信号被逐级放大了约300万倍 300
1. 第一信使——激素（ Hormone ） 是生物体内特定细胞产生的对某些靶细胞具有特殊刺激作 用的微量物质。对代谢过程或生理过程起调控作用。 2.鸟嘌呤核苷酸结合蛋白（G –蛋白） ----- 调控cAMP的合成作用
二. 生物调控的基本物质
3.第二信使—— cAMP / cGMP ----通过激活cAMP-依赖蛋白激酶对代谢酶进行调控。 4. 钙离子和钙调蛋白（CaM） ----- 对微量的钙敏感地捕获 活性Ca2+CaM与靶酶作用方式调控代谢过程 5.环化酶
激素举例之三 ——多肽及蛋白质激素
生长素：脑垂体前叶合成。 生长素：脑垂体前叶合成。蛋白质激素 191个氨基酸残基组成 191个氨基酸残基组成 末端苯丙氨酸，含有两个分子内二硫键； 末端苯丙氨酸，含有两个分子内二硫键； 促进RNA的生物合成， 促进RNA的生物合成，从而直接影响蛋白质的 RNA的生物合成 合成和骨骼的生长 分泌不足——侏儒症 侏儒症 分泌不足 分泌过多——巨人症 巨人症 分泌过多
1.1 激素传递信息的方式 远距分泌：运输到距离较远的细胞发挥作用 旁分泌：临近细胞发挥作用 神经分泌：神经内分泌细胞，神经分泌 自分泌：作用与自身细胞
1.2 激素的分类
动物激素： 动物激素：化学结构和调控功能
含氮激素： 含氮激素：蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素 氨基酸衍生物激素 类固醇激素： 类固醇激素：性腺和肾上腺皮质分泌的大多数激素 脂肪酸衍生物激素： 脂肪酸衍生物激素：主要由生殖系统和其它组织分泌产生
δ细胞 α δ β
α细胞
β细胞
2. 鸟嘌呤核苷酸结合蛋白（G –蛋白）
G-蛋白：3个亚基
1）无激素刺激，G-蛋白以无活性的三聚体 存在，α－亚基与GDP结合。 2）激素分子与激素受体蛋白结合后，激素 －受体蛋白结合到G蛋白上，GDP从G蛋白上释放，GTP进入G-蛋白。 3）分离出具有活性的α－亚基与GTP 的结合体 4）结合α－亚基的GTP水解，激活腺苷酸 环化酶，失去活性。 5） α－亚基与GDP的结合体又形成三 聚体结构
第11章 生物调控 11章
第11章
生物调控
生物调控的概念 生物调控的基本物质 细胞-酶水平的调控 细胞化学调控与生物活性分子的设计
一.
生物调控的本质及类型
是对酶以及酶的调控物质的种类、 是对酶以及酶的调控物质的种类、数量或活性进行 酶的调控物质的种类 调节而实现的。 调节而实现的。 生物化学过程调控的三种类型： 生物化学过程调控的三种类型： 1）细胞内调控----细胞—酶水平整体性 细胞内调控----细胞 酶水平整体性 ----细胞 2）神经调控作用----调节激素的分泌，直接和间接调节 神经调控作用----调节激素的分泌， ----调节激素的分泌 3）激素调控调控作用---- 荷尔蒙”，局部调控 激素调控调控作用----“荷尔蒙 ---- 荷尔蒙”
作用: 激活腺嘌呤核苷酸环化酶， 调控cAMP的合成
α亚基：GDP或GTP结合亚基 亚基：GDP或GTP结合亚基 βγ亚基： βγ亚基：激素蛋白受体结合部位 亚基
腺嘌呤核苷酸环化酶 3‘,5’ -环腺嘌呤核苷一磷酸 主要功能： 是激活cAMP-依赖蛋白激酶 实现对代谢酶活性的调控
3. cAMP-依赖蛋白激酶
发现一氧化氮是心血管系统的一种信号分子 硝酸甘油可以有效地缓解心绞痛, 作用机理困扰百余年, 硝酸甘油可以有效地缓解心绞痛, 作用机理困扰百余年, 硝酸甘油及其他有机硝酸脂通过释放NO气体而舒张血管平滑肌,从而扩张血管。 硝酸甘油及其他有机硝酸脂通过释放NO气体而舒张血管平滑肌,从而扩张血管。 NO气体而舒张血管平滑肌