09第九章 代谢调节
9 物质代谢和调节
第九章物质代谢的联系与调节内容提要物质代谢是生命的本质特征，是生命活动的物质基础。
体内各种物质代谢是相互联系、相互制约的。
体内物质代谢的特点：①整体性；②在精细调节下进行；③各组织器官物质代谢各具特色；④具有共同的代谢池；⑤ATP是共同能量形式；⑥NADPH是代谢所需的还原当量。
各代谢途径之间可通过共同枢纽性中间产物互相联系和转变。
糖、脂肪、蛋白质等营养素在供应能量上可互相代替，互相制约，但不能完全互相转变，因为有些代谢反应是不可逆的。
各组织、器官有独特的代谢方式。
肝是物质代谢的中心。
从肠道吸收进入人体的营养素，几乎都是经肝的处理和中转；各器官所需的营养素大多也通过肝的加工或转变，有的代谢终产物还需通过肝解毒和排出。
代谢调节可分为三级水平：一是细胞水平调节，主要通过改变关键酶的活性来实现。
酶活性调节有两种方式：酶的变构调节和酶蛋白的化学修饰调节。
变构调节系变构剂与酶的调节亚基结合引起酶分子构象改变，导致其催化活性改变，不涉及共价键与组成的变化。
而酶的化学修饰调节是酶催化的化学反应，涉及酶蛋白的化学结构共价键与组成的变化；有磷酸化、甲基化、乙酰化等方式，以磷酸化为主；化学修饰调节具有放大效应；以调节代谢强度为主。
变构调节与化学修饰调节两者相辅相成，均为快调节。
二是激素水平调节，通过激素与靶细胞受体特异结合，将激素信号转化为细胞内一系列化学反应，最终表现出激素的生物学效应。
根据受体在细胞内的部位不同，激素可分为膜受体激素（蛋白质、肽类及儿茶酚胺类激素），通过与膜受体结合可将信号跨膜传递入细胞内，胞内受体激素（类固醇激素、甲状腺素），可通过细胞膜进入细胞内与胞内受体（大多在核内）结合，形成二聚体，作为转录因子与DNA上特定核苷酸序列即激素反应元件（HRE）结合，以调控该元件所辖特定基因的表达。
三是神经系统可通过内分泌腺间接调节代谢，也可直接对组织、器官直接施加影响，进行整体调节，从而使机体代谢处于相对稳定状态。
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。
代谢的调节和控制
代谢的调节和控制汇报人：2023-12-14•代谢调节基本概念•细胞内代谢调节机制•激素对整体代谢水平调控作用目录•营养感应与信号转导途径•疾病状态下代谢异常及调控策略•药物干预在代谢调控中应用前景01代谢调节基本概念指生物体内代谢过程中，通过一系列调节机制，维持代谢平衡和适应环境变化的过程。
代谢调节定义保证生命活动的正常进行，适应内外环境变化，维持机体稳态。
代谢调节意义代谢调节定义与意义通过神经系统对代谢过程进行快速、精确的调节。
神经调节体液调节自身调节通过激素、细胞因子等化学物质传递信息，对代谢过程进行广泛而持久的调节。
组织细胞不依赖于神经和体液因素，根据局部环境变化进行自我调节。
030201代谢调节方式分类营养物质供应充足时，代谢活动旺盛；供应不足时，代谢活动减弱。
营养物质供应胰岛素、甲状腺激素等激素对代谢过程具有重要影响，激素水平变化可影响代谢速度和方向。
激素水平变化环境温度变化可影响机体产热和散热平衡，进而影响代谢活动。
环境温度运动可增加机体代谢率，休息时代谢率降低。
运动和休息相互调节，维持机体代谢平衡。
运动和休息影响因素及相互作用02细胞内代谢调节机制当底物浓度增加时，代谢酶活性增强，反应速率加快；反之，底物浓度降低时，酶活性减弱，反应速率减慢。
在一定范围内，随着底物浓度的增加，酶促反应速率呈线性增加，但当底物浓度达到一定程度后，反应速率不再增加，此时底物已饱和。
底物浓度对代谢酶活性影响底物饱和度底物浓度变化关键酶在代谢途径中作用关键酶是指在代谢途径中起决定性作用的酶，其活性大小直接影响整个代谢途径的速率和方向。
关键酶特点关键酶通常具有较低的Km值（米氏常数），即对底物浓度变化敏感；同时，关键酶的活性受多种因素调节，如抑制剂、激活剂等。
别构效应是指一种蛋白质（通常是酶）的活性受到另一种分子（别构效应物）结合的影响。
别构效应物可以是底物、产物、抑制剂或激活剂等。
别构效应通过改变酶的构象来调节酶活性。
代谢调理
代谢调节知识要点代谢调节是生物在长期进化过程中，为适应外界条件而形成的一种复杂的生理机能。
通过调节作用细胞内的各种物质及能量代谢得到协调和统一，使生物体能更好地利用环境条件来完成复杂的生命活动。
根据生物的进化程度不同，代谢调节作用可在不同水平上进行：低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则有更复杂的激素调节和神经调节。
因为生物体内的各种代谢反应都是通过酶的催化作用完成的，所以，细胞内酶的调节是最基本的调节方式。
酶的调节是从酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进行调节的。
细胞是一个高效而复杂的代谢机器，每时每刻都在进行着物质代谢和能量的转化。
细胞内的四大类物质糖类、脂类、蛋白质和核酸，在功能上虽各不相同，但在代谢途径上却有明显的交叉和联系，它们共同构成了生命存在的物质基础。
代谢的复杂性要求细胞有数量庞大、功能各异和分工明确的酶系统，它们往往分布在细胞的不同区域。
例如参与糖酵解、磷酸戊糖途径和脂肪酸合成的酶主要存在胞浆中；参与三羧酸循环、脂肪酸β-氧化和氧化磷酸化的酶主要存在于线粒体中；与核酸生物合成有关的酶大多在细胞核中；与蛋白质生物合成有关的酶主要在颗粒型内质网膜上。
细胞内酶的区域化为酶水平的调节创造了有利条件。
生物体内酶数量的变化可以通过酶合成速度和酶降解速度进行调节。
酶合成主要来自转录和翻译过程，因此，可以分别在转录水平、转录后加工与运输和翻译水平上进行调节。
在转录水平上，调节基因感受外界刺激所产生的诱导物和辅阻遏物可以调节基因的开闭，这是一种负调控作用。
而分解代谢阻遏作用通过调节基因产生的降解物基因活化蛋白（CAP）促进转录进行，是一种正调控作用，它们都可以用操纵子模型进行解释。
操纵子是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因组成；转录后的调节包括，真核生物mRNA转录后的加工，转录产物的运输和在细胞中的定位等；翻译水平上的调节包括，mRNA本身核苷酸组成和排列（如SD序列），反义RNA 的调节，mRNA的稳定性等方面。
代谢的调节与控制解读
脂肪酸
5-磷酸核糖
6-磷酸葡萄糖
丙酮酸
生酮氨基酸
亮氨酸 赖酰胺 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸
乙酰乙酰辅酶A
乙酰辅酶A
酪氨酸 苯丙氨酸 天冬酰氨
草酰乙酸
柠檬酸
丙二酸 单酰辅酶A
胆固醇
延胡索酸
琥珀酰辅酶A
-酮戊二酸
生物体内的代谢既是错综复杂的，也是有序的； 单细胞和多细胞生物都能对各类代谢过程及其相互间的
一、酶结构的调节 （一）变构调节 （二）共价修饰调节 （三）酶原的激活
二、酶含量的调节 （一）操纵子的概念、类型和特点 （二）操纵子的实例 乳糖操纵子和色氨酸操纵子
一、酶结构的调节 （三）酶原的激活 ：
▪ 酶原：有些酶，特别是一些与消化作用有关的酶，在 最初合成和分泌时，没有催化活性，这种没有催化活 性的酶的前体称为酶原；
（二）共价修饰调节： 1．共价修饰的机制：
ATP
ADP
Ser
酶蛋白 Thr
Tyr
蛋白激酶
OH
蛋白磷酸酶
Ser
酶蛋白 Thr
Tyr
OP
Pi
H2O
酶的磷酸化与脱磷酸化
（二）共价修饰调节： 1．共价修饰的机制：
▪ 共价修饰酶通常在两种不同的酶的催化下发生共价修 饰（covalent modification）或去修饰，从而引起酶分 子在有活性形式与无活性形式之间进行相互转变。
第九章 代谢的调节与控制
蛋白质
核酸
淀粉、糖原
脂肪
氨基酸
生糖氨基酸 甘氨酸
天冬氨酸 谷氨酸 丙氨酸 甘氨酸
半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸
天冬氨酸 天冬酰胺
酪氨酸 苯丙氨酸 天冬酰氨 异亮氨酸 甲硫氨酸
代谢的调节与控制解读
I
PO Z
Y
A
调节基因
操纵序列 启动子
结构基因
二、酶含量的调节-原核生物操纵子（特点）
▪ 典型的操纵子可分为控制区和信息区两部分； ▪ 控制干编码蛋白的结构基因串联在一起构成。
I 调节基因
PO Z
Y
A
操纵序列 启动子
结构基因
二、酶含量的调节-原核生物操纵子（类型）
一、酶结构的调节 （二）共价修饰调节：
共价修饰调节： 在其他酶的催化下，酶蛋白肽链上的一些基团可
与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶 的活性，此过程称为共价修饰。
➢ 共价修饰调节也是体内快速调节代谢活动的一种重 要的方式。
➢ 最常见的共价修饰方式有：磷酸化-脱磷酸化，-SH -S-S-，乙酰化-脱乙酰化，腺苷化-脱腺苷化等。
分子中除活性中心外（一般有一个或多个），还含有别 构中心；
当调节亚基或调节部位与变构剂结合后，就可导致酶的 空间构象发生改变，从而导致酶的催化活性中心的构象 改变而致酶活性的改变。
（一）变构调节（别构调节）： 1．变构调节的机制
蛋白激酶A的变构调节
（一）变构调节（别构调节）： 2. 变构调节的方式
I 调节基因 mRNA
调节蛋白
PO Z
Y
A
操纵序列 启动子
结构基因
mRNA
蛋白质
阻遏蛋白的负性调控
乳糖操纵子模型：有乳糖时，结构基因的表达被诱导。
I 调节基因 mRNA
PO Z
Y
A
操纵序列 启动子
结构基因 mRNA
调节蛋白
β半乳 半乳糖苷 半乳糖苷
糖苷酶 透过酶 转乙酰酶
乳糖操纵子模型：有乳糖时，结构基因的表达仍然较弱。
代谢调节
亲水部分 F1 （α3β3γδε亚基 ）
疏水部分 F0 （a1b2c9～12亚基）
每合成一分子ATP 大约有4个H＋经通 道进入基质。
ATP合酶结构模式图
28
乙酰辅酶A是三大营养物质代谢共同的中间 代谢物；
三羧酸循环是三大营养物质分解代谢共同 的最后代谢途径；
分解代谢释放的能量均以ATP的形式储存； 从能量供应角度看，三大营养素可以相互
NAD+
⑥ FAD
GDP+Pi GTP
NADH+H+
④
CO2
⑤
CoASH
CO2 CoASH
26
NADH
氧 吸化 链呼
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
琥 珀 酸 氧 化 呼 吸 链
琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2 27
ATP合酶 (复合物V）
40
①不同的组织器官以不同的物质为主要能量 来源。
②糖供应不足时，脂肪动员加强，增加供能 比例。
③ 一般来说，供能以糖和脂肪为主，节省蛋 白质的消耗。
41
二、三大营养物质与核苷酸代谢间的联系
1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料
天冬氨酸 甘氨酸
谷氨酰胺
丝
一碳单位
组 甘
色
合成嘌呤
合成嘧啶
2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供 3. 核苷酸合成所需能量由糖、脂肪的氧化分解供应。 4. 核苷酸的分解代谢与糖、氨基酸的分解代谢有密
变构调节
快速调节 (数秒~数分)
细胞水平
酶结构调节
共价(化学) 修饰调节
代谢调节
酶蛋白的
代谢调节的主要方式
长链脂酰CoA
②变构调节使能量得以有效利用，避免生成过多造成浪费
+
G-6-P
–
糖原合酶
糖原磷酸化酶
促进糖的储存
抑制糖的氧化
③变构调节使不同的代谢途径相互协调进行
柠檬酸
+
–
乙酰辅酶A羧化酶
磷酸果糖激酶-1
促进脂酸的合成
抑制糖的氧化
（四）化学修饰调节通过酶促共价修饰调节酶活性
1. 酶促共价修饰有多种形式
（1）部分葡萄糖合成肌糖原和肝糖原和VLDL （2）大部分葡萄糖直接被输送到脂肪组织、骨骼肌、脑等组织 转换成甘油三酯等非糖物质储存或利用。
（一）饱食状态下机体三大物质代谢与膳食组成有关
※ 高蛋白膳食→胰岛素水平中度升高，胰高血糖素水平升高：
（1）肝糖原分解补充血糖 （2）肝利用氨基酸异生为葡萄糖补充血糖 （3）部分氨基酸转化成甘油三酯 （4）还有部分氨基酸直接输送到骨骼肌。
节亚基导致“假底物”序列构象变化，释放催化亚基，使其发挥催化作用。 如cAMP激活PKA。
（2）别构效应剂与调节亚基结合，能引起酶分子三级和/或四级结构在“T” 构象（紧密态、无活性／低活性）与“R”构象（松弛态、有活性／高活性） 之间互变，从而影响酶活性。如氧调节Hb。
3. 别构调节使一种物质的代谢与相应的代谢需求和相关物质的代谢协调 别构效应剂（底物、终产物、其他小分子代谢物）
第二节
代谢调节的主要方式
(The Main Ways of Metabolic Regulation)
高等生物 —— 三级水平代谢调பைடு நூலகம் • 细胞水平代谢调节
• 激素水平代谢调节 高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内分泌细胞及
代谢调节的名词解释
代谢调节的名词解释代谢调节是一个广泛应用于生物学、医学和生理学领域的概念，指的是机体对内外环境变化进行调整以维持体内代谢平衡的过程。
代谢调节是一种动态的过程，通过调整细胞内外物质的代谢过程，使得机体能够适应环境变化并保持稳定。
代谢调节的基本原理是通过负反馈机制来实现。
负反馈是生物体在代谢调节过程中起到关键作用的一种基本调节机制。
当机体受到某种刺激或变化时，会产生一系列的反应以抵消这种变化，从而使得体内环境保持相对稳定。
例如，当血糖水平升高时，胰岛素的分泌增加，促使血糖水平下降，以保持血糖在正常范围内。
代谢调节在机体内部通过调节能量代谢过程来实现。
能量代谢是生物体生存所必需的基本过程，包括能量的摄取、吸收、分解和利用。
能量的平衡与调节直接关系到机体的健康和生活能力。
当机体处于饥饿或运动等高能耗状态时，代谢调节会促使机体调整能量的分配，以确保重要组织和器官的能量供应。
另外，代谢调节也与体温调节密切相关。
体温是机体内部的一个关键指标，对于维持正常生理功能具有重要意义。
当环境温度升高或降低时，机体会通过调节代谢来适应环境变化。
例如，在寒冷的环境中，机体会通过增加脂肪的分解和糖原的分解来产生更多的热量，以保持体温稳定。
代谢调节也与内分泌系统密切相关。
内分泌系统是一种由内分泌腺和其分泌的激素组成的调节系统，对机体的代谢过程起到重要作用。
内分泌系统通过分泌激素来调节代谢速率、物质的合成和降解，以及维持内环境的平衡。
例如，甲状腺素是一种能够调节基础代谢率的重要激素，它可以促进蛋白质合成和糖原分解，从而影响能量的利用和维持机体代谢平衡。
除了上述内容，代谢调节还与神经系统和免疫系统紧密相连。
神经系统通过神经递质的传递来调节代谢过程，包括食欲、能量摄取和消耗，并对内外环境的变化做出调整。
免疫系统通过维持机体的免疫平衡来保护机体免受细菌、病毒和其他病原体的侵害，从而维持代谢的正常进行。
总结起来，代谢调节是机体为了适应环境变化和保持内环境的稳定而进行的一系列调整。
第九章代谢的调节与控制
核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系： 核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系：
核酸 核苷酸
ATP UTP CTP GTP 能量和磷酸基团的供应
单糖的转变和多糖的合成
参与卵磷脂的合成 给蛋白质合成提供能量
AMP
辅酶、组氨酸等
Gly、Asp、Gln 、 、 蛋白酶 蛋白因子
嘌呤、 嘌呤、嘧啶
核苷酸、 核苷酸、核酸的合成 核苷酸、 核苷酸、核酸的合成
一催化反应的调节酶有作用。 一催化反应的调节酶有作用。
(1)前馈激活（ activation） (1)前馈激活（feedforward activation） 前馈激活 丙酮酸激酶 G 6- P - G 6- P -F 1.6-二 P -F 661.6PEP 丙酮酸
前馈激活
(2)前馈抑制 (2)前馈抑制(feedforward inhibition)
第九章 代谢的调节与控制
第一节
概
述
微生物：细胞调节 高等动物和人类：细胞调节、 激素调节、 神经调节
细胞调节的三种调节机制
以膜结构和膜功能为基础的细胞结构效应； 以代谢途径和酶分子结构为基础的酶活调 节：酶的激活和反馈抑制； 以酶的合成系统为基础的酶量调节： 酶量调节： （1）底物对酶合成系统的诱导作用； （2）产物对酶合成系统的阻遏作用；
糖原的分解
2.级联系统（ system）： ）：连锁代谢反应 2.级联系统（cascade system）：连锁代谢反应 级联系统 中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活， 中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活， 导致原始信号的放大。 导致原始信号的放大。这样的连锁代谢反应系统 叫级联系统。 叫级联系统。
细胞调节的三种调节机制
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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
第三节
细胞内信号传递与神经激素 对物质代谢的调节
Cellular Signal Transduction and Metabolism
一、物质代谢中生物信号分子
•生物信号分子 包括激素与神经递质分子等
按激素受体在细胞的部位不同，分为：
Ι
Ⅱ
膜受体激素
胞内受体激素
二、激素水平的代谢调节
•激素作用机制
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
酶 系 糖酵解 磷酸戊糖途径 糖原分解、合成 亚细胞区域 胞液 胞液 胞液 酶 系 呼吸链、氧化磷酸化 蛋白质合成 生物转化 亚细胞区域 线粒体 胞液、内质网 内质网
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
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 UMP UTP PRPP
-
-
嘌呤核苷酸 ATP + 5-磷酸核糖
嘧啶核苷酸
CTP
激素水平调节
器官系统水平调节
2. 参与物质代谢的酶在生物机体各器官组织内分布区域化的差异
①生物学意义：各器官组织各司其职，肝脏是生物机体物质代谢的中心。
脑、红细胞、肌肉、脂肪组织、血液循环以及肺肾脏等各有其特殊的物质代谢要求
肝
• 是机体物质代谢的枢纽。
• 在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具 有独特而重要的作用。
如
(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
糖原合酶
糖原合酶-P（无） 磷酸化酶b 糖原合成降低
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
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
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
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
乙酰CoA羧化酶
长链脂酰CoA
②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。 G-6-P
+
糖原合酶
–
糖原磷酸化酶
促进糖的储存
抑制糖的氧化
③变构调节使不同的代谢途径相互协调。 柠檬酸
+
乙酰辅酶A 羧化酶
–
6-磷酸果糖激酶-1
促进脂酸的合成
抑制糖的氧化
酶的化学修饰调节 1. 化学修饰的概念
酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发 生可逆的共价修饰 (covalent modification) ，
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
cAMP
磷酸化酶b激酶 PKA
(无活性)
(有活性)
磷酸化酶b激酶-P
——引起酶活性降低的变构效应剂。
2. 变构调节的机制
催化亚基 变构酶 调节亚基
变构效应剂： 底物、终产物
其他小分子代谢物
变构效应剂 + 酶的调节亚基 疏松 紧密 酶的构象改变 亚基聚合 亚基解聚 酶分子多聚化 酶的活性改变 （激活或抑制 ）
3. 变构调节的生理意义
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。 乙酰CoA 丙二酰CoA
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。
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
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。
从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化
学修饰。
ATP
ADP
Thr
蛋白激酶
Thr Ser -O-PO32-
Ser -OH
Tyr
磷蛋白磷酸酶
Pi H2O
Tyr
酶蛋白
磷酸化的 酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
2. 化学修饰的主要方式
磷酸化 - - - 去磷酸
乙酰化 - - - 脱乙酰
甲基化 - - - 去甲基 腺苷化 - - - 脱腺苷 SH 与 – S — S – 互变
第一节 物质代谢特点
The Specialty of Metabolism
一、代谢通路与代谢通路的网络性
糖原 (糖苷键) 甘油三脂 (酯键) 蛋白质 (肽键)
蛋白质翻译
核酸 (磷酸二酯键)
DNA复制 RNA转录
葡萄糖
甘油 + 脂肪酸