物质代谢调节
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
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。
物质代谢调节与整合
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物质代谢调节与整合 REGULATION AND INTEGRATION OF METABOLISM
代谢的稳态和整体性 Homeostasis and Integration of Metabolism
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一、代谢调节维持稳态
生物体对抗外环境变化，维持内环境恒定，即稳态（homeostasis）。从生物化学角度认识稳态，就是生物体通过调节机制，补偿外环境变化而维持的代谢动力学稳定状态——代谢稳态（metabolic homeostasis）。
01
别构效应剂可以是酶的底物，也可是酶体系的终产物，或其他小分子代谢物。
02
它们在细胞内浓度的改变能灵敏地反映代谢途径的强度和能量供求情况，并使关键酶构象改变影响酶活性，从而调节代谢的强度、方向以及细胞能量的供需平衡。
别构效应剂 + 酶的调节亚基
酶的构象改变
酶的活性改变 （激活或抑制 ）
疏松
亚基聚合
三大营养素
共同中间产物
共同最终代谢通路
糖
脂肪
蛋白质
乙酰CoA
TAC
2H
氧化磷酸化
ATP+H2O
CO2
（二）各种代谢途径相互联系形成统一 的整体
1．各种物质代谢途径在能量代谢方面相互补充、相互制约
乙酰辅酶A是三大营养物共同的中间代谢物，三羧酸循环是糖、脂、蛋白质最后分解的共同代谢途径，释出的能量均以ATP形式储存。
02
别构效应是通过诱导别构酶的分子构象变化实现的
1
别构效应剂可以是酶的底物、反应产物或其他
2
小分子化合物。
3
生物化学-第十一章-物质代谢调节控制
一、酶活性的调节
A
B
E1
C E2
D E3
催化反应速度最慢的酶：关键酶或限速酶
酶结构调节 酶数量调节 （快速调节） （迟缓调节）
1、变构调节
活性中心
代谢物
非共价键
E
别位
变构酶 E 酶结构发生改变
变构效应剂
变构激活剂 变构抑制剂
酶活性↑ 酶活性↓
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 。
呼吸链 蛋白质合成 尿素合成 三羧酸循环 氧化磷酸化 血红素合成 蛋白质降解 核酸合成
分布区域 线粒体 核糖体 胞浆、线粒体 线粒体 线粒体 胞浆、线粒体 溶酶体、蛋白酶体 细胞核
• 多酶体系的隔离分布：使物质代谢互不干扰
酶活性的调节方式： 1、快速调节，也叫酶活性调节。
2、迟缓调节，也叫酶含量调节。
• 受体分类
按受体在细胞的部位不同，分为：
Ι 膜受体 Ⅱ 细胞内受体
细胞膜受体和细胞内受体
细胞膜受体的类型 1. 离子通道偶联受体 2. G蛋白偶联受体 3. 酶偶联受体
离子通道偶联受体
G蛋白偶联受体
G蛋白
全称：鸟苷酸结合蛋白 特点： ① 由a、b、g亚基组成的异聚体； ②具有GTP酶(GTPase)的活性，能结合GTP或GDP； ③ 其本身的构象改变可活化效应蛋白。
乙酰CoA
乙酰CoA羧化酶
丙二酰CoA
长链脂酰CoA
②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。
+ 糖原合酶
G-6-P –
糖原磷酸化酶
促进糖的储存
抑制糖的氧化
2、共价修饰
生物体内代谢物质的调节机制
生物体内代谢物质的调节机制生物体内代谢物质的调节机制是指生物体内各种代谢物质的平衡状态和调节机制。
生物体内包含多种代谢物质如蛋白质、碳水化合物、脂质、核酸等，这些代谢物质在生命活动的过程中扮演着不可或缺的角色。
因此，生物体需要通过一系列的调节机制来控制这些代谢物质的数量和质量，以保证身体的正常功能。
一、蛋白质代谢物质的调节机制蛋白质是人体内最重要的有机物质之一，参与了人体内许多重要的生理活动。
人体需要通过一系列调节机制来控制蛋白质的代谢，维持其正常的水平。
1、蛋白质的消化吸收：蛋白质进入体内后需要被消化，然后吸收到肠道壁。
人体会分泌消化酶来消化蛋白质，例如胃液中的胰蛋白酶、胃蛋白酶等。
2、蛋白质的合成：蛋白质在身体中的合成受到体内营养、激素、免疫因子等多种因素的调控。
当身体缺乏某种氨基酸时，蛋白质的合成能力就会受到影响。
3、蛋白质的分解：蛋白质在人体内会保持动态平衡，即蛋白质合成和分解相互对等。
蛋白质的分解能够释放氨基酸，进而供给身体需要。
二、碳水化合物代谢物质的调节机制碳水化合物是人体内最主要的能量来源，人体需要通过一系列调节机制来维持血糖的平衡，确保身体有足够的能量。
1、血糖水平的调节：胰岛素和胰高血糖素是体内调节血糖平衡的两个重要激素。
当血糖水平过高时，胰岛素能够促进氧化剂的转运和利用，同时也能刺激糖原的合成。
当血糖水平过低时，胰高血糖素能够通过刺激肝糖原分解和糖生成来提升血糖水平。
2、能量平衡的调节：人体内的能量平衡受到体内激素、饮食等多种因素的影响。
当人体消耗的能量超过了身体所摄入的能量时，血糖水平就会下降；反之，当人体摄入的能量超过了消耗时，血糖水平就会升高。
三、脂质代谢物质的调节机制脂质是人体内重要的能量来源之一，同时也是组织构成的重要成分。
人体需要一系列调节机制来维持其正常的水平。
1、脂质的消化吸收：脂质的消化和吸收主要发生在小肠中。
人体在胰液中分泌脂肪酶来分解脂质，最后转化成脂肪酸和甘油，然后吸收到小肠壁。
物质代谢及其调节
基质
（线粒体） 线粒体）
细胞质 线粒体 原核细胞
线粒体膜
三羧酸？ 循环？
丙酮酸
每个分子具有4 每个分子具有4 个碳的草酰乙 酸库（基质中） 酸库（基质中）
每个分子具有3 每个分子具有3个 碳的丙酮酸库（ 碳的丙酮酸库（基 质中） 质中） 第一个碳以 CO2形式失去
六碳三羧酸
第二个碳以 CO2形式失去 第三个 碳以CO 碳以CO2 形式失 去
琥珀酰 CoA COOH
(1) 丙酮酸脱氢酶复合体 (2) 柠檬酸合成酶 (4) (3) 顺乌头酸酶 + NAD(P)H+H (4)(5)异柠檬酸脱氢酶 CH 2COOH (6) α-酮戊二酸脱氢酶复合体 CHCOOH CH 2COOH (7) 琥珀酰CoA合成酶 + + COCOOH NAD CH NADH + H 2 (5) 草酰琥珀酸 (8) 琥珀酸脱氢酶 COCOOH CO 2 (9) 延胡索酸酶 (6) (10)L-苹果酸脱氢酶 CO 2 CoASH α-酮戊二酸
重新加入到 草酰乙酸库
五碳二羧酸 四碳二羧酸
三种羧酸！ 三种羧酸！ 草酰乙酸打循环！ 草酰乙酸打循环！
三羧酸循环
丙酮酸
H 3C CO COOH + NAD CoASH
(4)(7)(8)(10)
+ NADH + H
(1)
CO 2
草酰乙酸
OC COOH
CH 3CO~SCoA
乙酰 CoA
(10)
1.3-二 磷 酸 甘 油 酸 二 ADP 2 ⑦磷酸甘油酸激酶 AT P 3-磷 酸 甘 油 酸 磷
Δ G = +0.3kcal/m ol (可 逆 ) 可 ⑧异构 ⑨脱水
《生物化学》-物质代谢的调节与控制
1.酶量调节机理
酶量调节的两种基本调节机制是诱导和阻遏
诱导：一些分解代谢的酶类只在有关的底物或底物 类似物存在时才被诱导合成。依赖于诱导物才能合 成的酶称为诱导酶。
阻遏：对于合成代谢的酶类，在产物或产物类似物 足够量存在时，其合成被阻遏。（反馈阻遏）
共价修饰调节是酶蛋白中的活性基团（-OH、SH、-COOH、-NH2）在其他酶的作用下发生共价 修饰，从而改变酶的活性。
共价修饰调节具有级联放大作用，效率高。
（三）酶量变化对代谢的调节（基因表达的调节控制）
细胞内酶浓度的改变也可以改变代谢速度。
主要是通过调节酶蛋白的合成过程实现的。 （1）活化基因则合成相应的酶，酶量增加； （2）钝化基因则停止酶的合成，酶量降低。
柠檬酸
+
–
乙酰辅酶A羧化酶 6-磷酸果糖激酶
促进脂酸的合成 抑制糖的氧化
2.共价修饰调节
（1）有些酶，在其它酶的催化下，其分子结构中的某 些基团，如：Ser、Thr或Tyr 的-OH 基，能与特殊的 化学基团，如ATP分子上脱下的磷酸基或腺苷酰基 (AMP)，共价结合或解离，从而使酶分子活性形式发生 改变。这种修饰作用称为共价修饰调节。这种被修饰 的酶称为共价调节酶。
葡萄糖
分解代 谢产物
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
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
物质代谢的联系和调节专业知识讲解
汇报人： 2023-12-30
目录
• 物质代谢的基本概念 • 物质代谢的联系 • 物质代谢的调节 • 物质代谢异常与疾病 • 物质代谢的研究方法 • 物质代谢的前沿进展与未来展
望
01
物质代谢的基本概念
物质代谢的定义
物质代谢
指生物体内所发生的用于维持生命活动的化学反应的总和，包括 合成代谢和分解代谢两类。
合成代谢
指生物从外界吸收各种营养物质，通过一系列化学反应将其转化 为自身组成成分，并储存能量的过程。
分解代谢
指生物体将自身组成成分分解为简单物质，并释放能量的过程。
物质代谢的过程
消化吸收
食物经过物理和化学方式被分解为可被细胞吸 收的小分子，如氨基酸、单糖和脂肪酸。
转运
吸收的小分子通过细胞膜的转运进入细胞内部 。
物质代谢与细胞信号转导的联系
激素调节物质代谢
激素作为细胞信号分子，可以调节细胞内酶的活性或影响基因的表达，从而调 节物质代谢的速度和方向。
物质代谢影响细胞信号转导
细胞内的物质代谢可以产生一些小分子信号分子，如cAMP、Ca2+等，这些信 号分子可以作为第二信使参与细胞信号转导过程。
03
物质代谢的调节
05
物质代谢的研究方法
生物化学研究方法
生物化学研究方法是通过生物化学手段来研究物质代谢的过 程。这些手段包括生物化学实验、生物化学分析和生物化学 技术等。通过这些方法，可以深入了解物质代谢的分子机制 和代谢途径。
生物化学研究方法还可以用来研究生物体内各种物质的合成 、分解和转化等过程，以及这些过程之间的相互联系和调节 机制。这些研究对于理解生物体的生命活动和疾病发生机制 具有重要意义。