第十三章物質代謝調節(jié)及激素的作用機制

第十三章物質代謝調節(jié)及激素的作用機制學習要求了解物質代謝間的關系;掌握體內(nèi)代謝調節(jié)的三種層次;掌握酶含量調節(jié)的兩種方式、特點及意義。學習內(nèi)容第一節(jié)物質代謝的聯(lián)系第二節(jié)代謝調節(jié)的機制第三節(jié)激素的作用機制——細胞間信息傳遞第一節(jié)、物質代謝的聯(lián)系

(一)糖代謝與脂類代謝的相互關系

(二)糖代謝與蛋白質代謝的相互關系(三)脂類代謝與蛋白質代謝的相互關系(四)核酸與糖類、脂類、蛋白質代謝的相互關系(一)糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循環(huán)-氧化糖異生TCA糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解從頭合成脂肪代謝和糖代謝的關系延胡索酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物(二)糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系

糖代謝為蛋白質的合成提供碳源和能源：如糖分解過程中可產(chǎn)生丙酮酸，丙酮酸經(jīng)TCA循環(huán)產(chǎn)生α—酮戊二酸和草酰乙酸，它們均可經(jīng)加氨基或氨基移換作用形成相應的氨基酸。另外，糖分解過程中產(chǎn)生的能量可供氨基酸和蛋白質的合成之用。

蛋白質分解產(chǎn)生的氨基酸，在體內(nèi)可以轉變?yōu)樘?。如：多?shù)氨基酸在脫氨后轉變?yōu)楸?，?jīng)糖原異生作用可生成糖，這類氨基酸稱為生糖氨基酸。糖代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白質

NH3蛋白質氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）(三)脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯(lián)系脂肪甘油丙酮酸脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質蛋白質氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）(四)核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯(lián)系

核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。

核酸是細胞內(nèi)重要的遺傳物質，控制著蛋白質的合成，影響細胞的成分和代謝類型;核酸生物合成需要糖和蛋白質的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要酶和多種蛋白質因子。各類物質代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質合成與糖異生作用。糖、脂、蛋白質、核酸代謝之間的聯(lián)系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二酸單酰CoA1-磷酸葡萄糖第二節(jié)代謝調節(jié)的機制一、細胞水平的調節(jié)(實質是酶的調節(jié))二、激素水平的調節(jié)三、整體水平的調節(jié)(實質是神經(jīng)的調節(jié))一、細胞水平的調節(jié)

細胞水平代謝調節(jié)的實質是酶的調節(jié)

區(qū)域化分布和代謝調節(jié)作用點酶含量的調節(jié)酶的抑制作用

酶的別構調節(jié)（非共價修飾）酶的化學修飾（共價修飾）酶活性的調節(jié)酶合成的誘導酶合成的阻遏分解代謝產(chǎn)物對酶合成的阻遏酶生物合成的調節(jié)慢調節(jié)快調節(jié)（一）代謝途徑的區(qū)域化和代謝調節(jié)作用點概念：代謝途徑的有關酶類，常常組成酶系，分布于細胞的某一區(qū)域或亞細胞結構中，使不同代謝途徑在不同細胞內(nèi)進行;區(qū)域化的意義：區(qū)域化的存在顯著影響真核細胞的代謝情況，有利于代謝的調節(jié)。例如：脂肪酸的分解與合成。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;磷酸戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細胞核:核酸合成內(nèi)質網(wǎng):蛋白質合成;磷脂合成酶或酶系所在區(qū)域酶或酶系所在區(qū)域糖酵解酶系TCA酶系磷酸戊糖途徑酶系脂肪酸β氧化酶系脂肪酸合成酶系尿素合成酶系胞漿線粒體胞漿線粒體胞漿線粒體和胞漿蛋白質合成酶系DNA聚合酶RNA聚合酶水解酶類粗面內(nèi)質網(wǎng)細胞核細胞核溶酶體真核細胞內(nèi)某些酶的區(qū)域化分布代謝調節(jié)作用點—限速酶、關鍵酶限速酶（rate-limitingenzyme)體內(nèi)代謝是一系列酶促反應的總和；整個代謝途徑速度取決于多酶體系中催化活力最低、米氏常數(shù)最大、催化反應速度最慢的酶，此酶起著限速作用，代謝調節(jié)的作用點。關鍵酶（keyenzyme)：往往是代謝途徑的第一步反應的酶或是代謝途徑分支點上的酶（催化不可逆反應）。

E1

E2

E3A

B

C

DE’

E’

E’’’FGHI（二）酶生物合成的調節(jié)(酶含量的調節(jié))

-基因表達的調節(jié)

1.酶合成的誘導;

2.酶合成的阻遏;

3.分解代謝產(chǎn)物對酶合成的阻遏。注意幾個概念1.操縱子（operon）

：是基因表達的協(xié)調單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關的結構基因所組成。操縱基因受調節(jié)基因產(chǎn)物的控制。2.衰減子：在轉錄水平上調控基因表達的衰減作用，用于終止和減弱轉錄，這種調節(jié)的作用部位叫衰減子。1.酶合成的誘導酶合成誘導的現(xiàn)象—JacobandMonod的工作：已知分解利用乳糖的酶有：-半乳糖苷酶；-半乳糖苷通透酶；-半乳糖苷轉乙?；浮嶒灒?.大腸桿菌生長在葡萄糖培養(yǎng)基上時，細胞內(nèi)無上述三種酶合成；

2.大腸桿菌生長在唯一碳源乳糖培養(yǎng)基上時，細胞內(nèi)有上述三種酶合成；當換成葡萄糖培養(yǎng)基時，三種酶基本消失；

3.表明菌體生物合成的經(jīng)濟原則：需要時才合成。某些代謝物可以誘導某些酶的合成，是通過促進為該酶編碼的基因的表達而進行的，這種現(xiàn)象叫做酶合成的誘導。能誘導酶合成的物質叫誘導物。被誘導合成的酶叫誘導酶。大腸桿菌的乳糖操縱子（lac

operon)

Lac操縱子結構

Z基因（-半乳糖苷酶）

結構基因Y基因（-半乳糖苷通透酶）

A基因（-半乳糖苷轉乙?；福?/p>

調控元件：

啟動子P(promoter)

調控基因：

操縱基因O(operator)

I基因：編碼Lac阻遏物不屬于操縱子調節(jié)基因操縱基因乳糖結構基因PLacZLacYLacamRNA阻遏蛋白（有活性）基因關閉啟動子OIPLacZLacYLaca調節(jié)基因操縱基因乳糖結構基因啟動子OImRNAZmRNAYmRNAa阻遏蛋白（無活性）基因表達mRNAA、乳糖操縱子的結構

B、乳糖酶的誘導

乳糖阻遏蛋白（有活性）

酶合成阻遏的現(xiàn)象—JacobandMonod的工作：實驗：1.大腸桿菌生長在無機鹽和葡萄糖的培養(yǎng)基上時，檢測到細胞內(nèi)有色氨酸合成酶的存在；

2.在上述培養(yǎng)基中加入色氨酸，檢測發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。

3.表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，體現(xiàn)了菌生長的經(jīng)濟原則：不需要就不合成。酶合成的阻遏：某些代謝物可以阻止某些酶的合成，是通過阻止為該酶編碼的基因的表達而進行的，這種現(xiàn)象叫做酶合成的阻遏。能阻遏酶合成的物質叫輔阻遏物。被輔阻遏物作用而停止合成的酶叫阻遏酶。

2.酶合成的阻遏色氨酸操縱子結構

（1）結構基因

E

D編碼5種酶，在催化分支酸轉變?yōu)?/p>

C

BL-色氨酸的過程中發(fā)揮作用

A

L轉錄產(chǎn)物是先導mRNA

（2）調控元件

啟動子（P）

操縱基因（O）色氨酸操縱子表達的調控

阻遏物對色氨酸操縱子的負調控

衰減作用對色氨酸操縱子的調控

衰減子位于L基因中，離E基因5’端約30-60bp。衰減子色氨酸操縱子的阻遏作用1.無活性阻遏蛋白2.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑阻遏蛋白不能跟操縱基因結合,結構基因可以表達阻遏蛋白(無活性)酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結合,從而使阻遏蛋白能夠結合操縱基因,結構基因不表達代謝產(chǎn)物Trp可阻遏的操縱子負責合成代謝3.分解代謝產(chǎn)物對酶合成的阻遏。

如葡萄糖效應：細菌在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長，優(yōu)先利用葡萄糖。待葡萄糖耗盡時，在乳糖的誘導下，作用于乳糖的酶才產(chǎn)生，細菌開始利用乳糖。研究表明，上述現(xiàn)象是由于葡萄糖降解物引起的，稱為降解物阻遏。（三）酶活性的調節(jié)1.酶的抑制作用;2.酶的別構調節(jié)（非共價修飾）;3.酶的化學修飾（共價修飾）。1.酶的抑制作用簡單抑制反饋抑制：也稱負反饋，這是生物體普遍存在的一種重要調節(jié)方式．反饋抑制是酶反應終產(chǎn)物對自身合成途徑中第一個酶的活性起抑制作用，這種抑制在多酶系反應中產(chǎn)生。ABCX酶a酶b酶cX抑制酶a的活性2.酶的別構調節(jié)有些酶分子除了具有活性中心（結合部位和催化部位）外，還存在一個特殊的調控部位，即別構中心。別構中心雖然不是酶活性中心的組成部分，但它可以與某些化合物（稱為變構劑）發(fā)生非共價結合，引起酶分子構象的改變，對酶起到激活或抑制的作用。這類酶通常稱為別構酶，由于別構劑與別構中心的結合而引起酶活性改變的現(xiàn)象則稱為別構調節(jié)作用。S0SnS2S1E0E1En-1或+—或+—反饋前饋別構中心活性中心代謝物3.酶的化學修飾酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價結合或脫去，引起酶分子構象的改變，使其活性得到調節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾（Covalentmoldification

）。被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無催化活性)。正反兩個方向的互變均發(fā)生共價修飾反應，并且都將引起酶活性的變化。共價修飾調節(jié)作用可以產(chǎn)生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象。具有信號放大效應。例如腎上腺素引起糖原分解過程中的一系列磷酸化激活步驟，其結果將激素的信號被逐級放大了約300萬倍。共價修飾與級聯(lián)放大意義：由于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。這種調節(jié)方式快速、效率極高。某些酶的酶促化學修飾調節(jié)酶類反應類型效應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/激活糖原合成酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫氫酶磷酸化／脫磷酸抑制/激活脂肪酶磷酸化／脫磷酸激活/抑制谷氨酰胺合成酶腺苷化／脫腺苷抑制/激活黃嘌呤氧化酶－SH/-S-S-脫氫/氧化二、激素水平的調節(jié)激素是生物體內(nèi)特定細胞產(chǎn)生的的對某些靶細胞具有特殊刺激作用的微量物質。激素對各種生命活動和代謝過程具有調控功能。激素調控往往是局部性的，并且直接或間接受到神經(jīng)系統(tǒng)的控制。通常一種激素只作用于一定的細胞組織，不同的激素調節(jié)不同的物質代謝或生理過程。1.含量少；在生物體某特定組織細胞產(chǎn)生。2.通過體液的運動被輸送到其他組織中發(fā)揮作用。3.作用很大，效率高，在新陳代謝中起調節(jié)控制作用。4.在醫(yī)療上，激素也是一類重要藥物。激素具有以下幾個特點三、整體水平的調節(jié)

中樞神經(jīng)下丘腦垂體腺體靶細胞第三節(jié)、激素的作用機制——

細胞間信息傳遞一、信息分子與受體（一）信息分子(配體)信息分子：細胞間進行信息傳遞的一類化學物質，包括第一信使和第二信使細胞外的信號分子細胞內(nèi)的信號分子信息細胞：向胞外分泌信息分子的細胞靶細胞：接受第一信使信息傳遞作用的相應細胞信息分子自分泌旁分泌內(nèi)分泌靶細胞自分泌是指細胞產(chǎn)生的因子作用于細胞本身,而旁分泌細胞產(chǎn)生的因子作用于鄰近的其它細胞。信息分子神經(jīng)遞質：由神經(jīng)元突觸前膜釋放，以旁分泌為主激素：由生物體內(nèi)特殊的腺體或組織產(chǎn)生的，