第十四章 代谢调节综述
生物化学第十四章物质代谢调节
难点：
酶的诱导和阻遏的调节机制
第一节 物质代谢的调节类型特点
一. 神经系统的调节作用
在中区神经的控制下，通过神经递质对效应器发生 直接影响；或者改变某些激素的分泌，再通过各种激 素的相互协调，对整个代谢进行综合调 节。
特点：
短而快 具整体性 直接调 节代谢的作用 多数通过激素发挥作用
二. 激素水平的调节
第五节细胞水平的诱导与阻遏调节机制
一、构成酶与适应酶
根据酶的合成对环境影响的反应不同:
1.构成酶/组成酶
2.适应酶 诱导酶 阻遏酶
二、酶合成的诱导机制---乳糖操纵子
(一）阻遏蛋白的负调控
1. 关闭(无乳糖)
调节基因 操纵 启动子 基因 lacZ lacY
lacA
mRNA
蛋白质 阻遏蛋白 (有活性) Z: -半乳糖苷酶 Y: -半乳糖苷透过酶
通过改变生物体细胞代谢物的浓度,也可以改变某些 酶的活性或含量从而影响代谢反应的速度。
具组织特异性和效应特异性 缓慢而持久 特点： 局部性调 节部分代谢 由神经系统控制分泌
三. 细胞水平的调节
通过代谢物的浓度的改变,来调 节某些酶促反应的速度。 又称酶水平的调节 酶的活性 特点： 酶的数量
细胞水平的调节类型：
3.沉寂子（silencer）
最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的 转录和重排中证实沉寂子的作用的存在。 作用特点： 负调控顺式元件 可不受序列方向的影响 距离发挥作用 并可对异源基因的表达起作用
如： UAS（upstream acticity sequence） CAATbox（－70～－80） GC BOX（－80～－110）
(放大效应)
激素与受体结合 激活腺苷酸环化酶
第十四章 代谢调节
（三）翻译水平的调节
翻译水平的调节的类型： 不同mRNA翻译能力的差 异、翻译阻遏作用、反义RNA的作用 1. 翻译阻遏（trans-lational repression） 当有过量核糖体蛋白质存在时，可引起它自身以及有 关蛋白质合成的阻遏。这种在翻译水平上的阻遏 作用叫翻译阻遏。 2.反义RNA（意义） 反义RNA指具有互补序列的RNA。亦称为干扰m RNA的互补RNA。（调节基因表达；抑制有害基因的 表达）
在血液中产生酸中毒 或到达肌肉中提供能源
在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况
4、核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系
核酸
核苷酸
AMP
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
辅酶、组氨酸等
Gly、Asp、Gln 蛋白酶 蛋白因子
嘌呤、嘧啶
第一节 代谢途径的相互联系
一、代谢网络
物质代谢---联系---转化—
TCA环则是糖、脂肪和蛋白质三大物质互相转化 的枢纽
物质代谢一览
物 质 代 谢 网 络
1、糖代谢与蛋白质代谢的关系
糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：如糖分 解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生— 酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换 作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的 能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。 蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。 如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经糖原异生 作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。
2、脂类代谢与蛋白质代谢的关系
脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体内贮藏 能量的物质。脂类与蛋白质之间可以相互转化： 脂类分子中的甘油 丙酮酸
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。
代谢调节
内容
物质代谢的相互联系 细胞水平的代谢调节 激素水平的代谢调节 整体调节
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
1. 能量代谢的相互协作关系 2. 物质代谢的相互转变关系
1) 糖与脂类之间的转变 2) 糖与氨基酸之间的转变 3) 氨基酸与脂类之间的转变
（一）能量代谢的相互协作关系
（生长因子、细胞因子、神经递质、激素）
信
息
与靶细胞上特异受体结合
传
递
细胞内信号转换
表现效应
根据激素受体的定位：
激素
作用于膜受体的激素
（蛋白质、多肽、儿茶酚胺）
作用于细胞内受体的激素
（类固醇激素、甲状腺素）
亲水 疏水
一、细胞膜受体激素的调节作用
cAMP-蛋白激酶途径 Ca2+-依赖性蛋白激酶途径 cGMP-蛋白激酶途径 酪氨酸蛋白激酶途径
常见的第二信使：
cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+
不同的第二信使产生不同的生物效应
肾上腺素+受体 G蛋白→G蛋白 腺苷酸环化酶→腺苷酸环化酶
ATP→cAMP ×2 蛋白激酶→蛋白激酶
糖原合成抑制
糖原合成酶D（Pi） 糖原合成酶I
磷酸化酶b激酶→磷酸化酶b激酶(Pi) ×4 糖原磷酸酶b→糖原磷酸酶a ×6 糖原分解增强
机体的供பைடு நூலகம்特点
糖：60%以上 脂肪：25%左右 蛋白质：少量
不同组织器官的能量来源不同
心脏：酮体、乳酸、游离脂肪酸等 肾髓质、红细胞：糖酵解 脑组织：葡萄糖为唯一供能物质
（二）物质代谢的相互转变关系
1. 糖与脂类之间的转变：以糖变脂肪为主
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
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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）
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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。
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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
代谢调节综述PPT幻灯片
生物体内存在着相互联系，错综复杂的代 谢过程。如果体内不存在调节和控制，各种 代谢就会变得杂乱无章，生物也就不能存活。 实际上，生物体内存在着调节控制，控制各 种代谢有条不紊地进行。
代谢调节的内容
生物体内的代谢调节，在四种不同水平上进行。
酶的调节 激素的调节 神经的调节
某些物质可以诱导细胞内产生诱导酶，这种作 用叫做酶的诱导生成作用。
诱导酶：是指当细胞中加入特定诱导物后诱导 产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高， 这种诱导物往往是酶底物的类似物或底物本身。
诱导酶的例子
例：E.coli 可利用多种糖为碳源，当利用
乳糖做碳源时，需要一个关键性的酶，β半乳糖苷酶，这个酶可将乳糖水解为半乳 糖和G。而用乳糖作碳源时，开始E.coli几 乎不能利用，1-2分钟后，此酶迅速增加上 千倍。这是新的酶分子的合成，而不是原 有酶分子的活化，它是由乳糖诱导生成的。 因此，β-半乳糖苷酶是个诱导酶。
启动基因(promotor)：（在调节基因和操纵基因之间）， 有RNA聚合酶的结合部位，启动DNA转录。
结构基因(Structural gene)：可以转录出mRNA合成酶蛋白， 决定蛋白质中的氨基酸顺序，或决定mRNA中核苷酸顺序 的基因。
调节基因(regulator)：负责阻遏蛋白的合成。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（三） 别构调节
别构调节allosteric regulation：酶分子的非催化部位 与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变， 进而改变E活性状态，称为E的别构调节。
操纵子：在原核生物的DNA分子的不同区域分布着一 个调节基因和一个操纵子，一个操纵子包括一个操纵 基因，一群功能相关的结构基因，以及在调节基因和 操纵基因之间专管转录起始的启动子(基因)。
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
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第十四章代谢调节综述
知识点：
一、细胞水平的代谢调节：代谢途径的区域化，酶活力的非共价修饰调节，酶活力的共价修饰调节，酶量的调节
二、激素水平的代谢调节：激素的化学本质，激素的两类受体，激素的作用特点，
三、常见代谢途径及相互影响：关键交叉位点，
名词解释：区域化、别构调节、别构激活剂、别构抑制剂、共价修饰调节、第二信使，酶的级联系统酶的共价修饰反馈抑制诱导酶组成酶
填空题
1．酶促化学修饰的特点有：（1）除黄嘌呤氧化酶外，属于这类调节方式的酶都有两种形式。
（2）化学修饰会引起酶分子的变化。
而且，其是酶促反应，故有效应。
（3）是最常见的酶促化学修饰反应，一般是耗能的。
2．细胞内酶的数量取决于和。
3．许多代谢途径的第一个酶是限速酶，终产物多是它的，对它进行，底物多为其。
选择题
1．各种分解途径中，放能最多的途径是：
A、糖酵解
B、三羧酸循环
C、 —氧化
D、氧化脱氨基
2．下面关于共价修饰调节酶的说法哪个是错误的？
A、共价修饰调节酶以活性和无活性两种形式存在
B、两种形式之间由酶催化共价修饰反应相互转化
C、经常受激素调节、伴有级联放大效应
D、是高等生物独有的调节形式
3．指出下列有关限速酶的论述哪个是错误的？
A、催化代谢途径的第一步反应多为限速酶
B、限速酶多是受代谢物调节的别构酶
C、代谢途径中相对活性最高的酶是限速酶，对整个代谢途径的速度起关键作用
D、分支代谢途径中的第一个酶经常是该分支的限速酶
是非题
1．蛋白激酶和蛋白磷酸酶对蛋白质进行磷酸化和去磷酸化的共价修饰是真核细胞代谢的重要方式。
2．共价修饰调节酶被磷酸化后活性增大，去磷酸化后活性降低。
3．别构酶又称变构酶，催化反应物从一种构型转化为另一种构型。
4．固化酶的缺点是稳定性不如天然酶。
5．细胞内区域化在代谢调节上的作用，除把不同的酶系统和代谢物分隔在特定区间外，还通过膜上的运载系统调节代谢物、辅助因子和金属离子的浓度。
6．组成酶是细胞中含量较为稳定的酶。
7．诱导酶是指当特定诱导物存在时产生的酶，这种诱导物往往是该酶的产物。
问答题：。