代謝調節第十三章代謝調節代謝調節本章主要內容物質代謝的相互聯系細胞水平的代謝調節激素水平的代謝調節整體調節代謝調節第一節物質代謝的相互聯系代謝調節一、糖、脂類、蛋白質代謝間的聯系能量代謝的相互協作關系物質代謝的相互轉變關系糖與脂類之間的轉變糖與氨基酸之間的轉變氨基酸與脂類之間的轉變代謝調節（一）能量代謝的相互協作關系機體的供能特點糖：60%以上脂肪：25%左右蛋白質：少量不同組織器官的能量來源不同心臟：酮體、乳酸、游離脂肪酸等腎髓質、紅細胞：糖酵解腦組織：葡萄糖為唯一供能物質代謝調節（二）物質代謝的相互轉變關系糖與脂類之間的轉變：以糖變脂肪為主糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA3-磷酸甘油脂肪酸膽固醇脂肪代謝調節2、糖與氨基酸之間的轉變糖α-酮酸（非必需）氨基酸3、氨基酸與脂類之間的轉變氨基酸乙酰CoA脂肪酸、膽固醇絲氨酸、蛋氨酸膽堿、膽胺磷脂代謝調節二、三大營養物質與核苷酸代謝間的聯系糖R-5-P氨基酸嘧啶堿、嘌呤堿核酸代謝調節葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途徑5-磷酸核糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮甘油脂肪脂肪酸磷脂3-磷酸甘油酸氨基酸膽堿磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoA膽固醇酮體氨基酸天冬氨酸草酰乙酸檸檬酸α-酮戊二酸氨基酸延胡羧酸氨基酸琥珀酰CoA血紅素核苷酸堿基谷氨酰胺谷氨酸氨基酸代謝調節物質代謝調節的方式細胞水平的調節激素水平的調節整體水平的調節代謝調節第二節細胞水平的代謝調節酶分布區域化在代謝調節中的作用酶活性的調節酶結構調節酶數量的調節代謝調節一、多酶體系的區域化分布：使物質代謝互不干擾多酶體系分布多酶體系分布糖酵解胞液膽固醇合成胞液和內質網磷酸戊糖途徑胞液磷脂合成內質網糖原合成胞液尿素合成線粒體和胞液脂肪酸合成胞液蛋白質合成胞液和內質網糖異生胞液核酸合成細胞核脂肪酸β-氧化線粒體多種水解酶溶酶體三羧酸循環線粒體呼吸鏈線粒體酮體生成肝細胞線粒體代謝調節二、酶活性的調節ABCDE1E2E3催化反應速度最慢的酶：關鍵酶或限速酶酶結構調節酶數量調節（快速調節）（遲緩調節）代謝調節（一）酶結構的調節1、變構調節：allostericregulation2、酶促化學修飾調節chemicalmodification代謝調節1、變構調節非共價鍵代謝物活性中心別位EE酶結構發生改變酶活性↑酶活性↓變構激活劑變構抑制劑變構效應劑變構酶allostericeffectorallostericenzyme代謝調節變構調節的機制變構酶：高活性構象→低（無）活性構象變構酶由多亞基構成，亞基聚合解聚使構象互變有催化亞基和調節亞基（催化部位、調節部位）變構劑與調節亞基間通過非共價鍵結合作用快代謝調節別構激活代謝調節別構抑制代謝調節變構調節的生理意義防止代謝終產物積累乙酰CoA丙二酰CoA脂酰CoA羧化酶變構抑制（-）濃度高時負反饋調節變構抑制劑代謝調節2、酶促化學修飾調節E1E某種化學基團可逆E1共價鍵結合常見的修飾：磷酸化——需蛋白激酶催化去磷酸化——需磷蛋白磷酸酶催化修飾酶（共價修飾）酶活性改變代謝調節磷酸化與脫磷酸化EE蛋白激酶磷蛋白磷酸酶ATPPiPiADPH2O酶蛋白通過磷酸化與脫磷酸化修飾而改變活性代謝調節蛋白激酶

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)×2糖原磷酸酶b→糖原磷酸酶a

(Pi)×4糖原分解增強糖原合成抑制代謝調節酶促化學修飾調節的特點及生理意義需另外酶的參與共價修飾具有級聯放大效應耗能少，作用快代謝調節（二）酶數量的調節酶蛋白合成的誘導與阻遏誘導劑：開放酶蛋白基因的轉錄阻遏劑：關閉酶蛋白基因的轉錄酶降解的調節改變關鍵酶的合成與降解速度酶數量的調節：耗能多，效應慢但持久代謝調節幾種酶活性調節方式的比較調節方式調節物質酶分子變化特點生理意義變構調節變構激活劑\抑制劑：底物、產物酶分子構象變化防止產物堆積防止能源浪費作用快化學修飾激素酶分子共價鍵變化耗能少作用快有放大效應酶數量調節誘導劑\阻遏劑：激素、藥物、底物、產物酶數量增加或減少耗能多效應慢但持久代謝調節第三節激素水平的代謝調節細胞分泌信息物質（生長因子、細胞因子、神經遞質、激素）與靶細胞上特異受體結合細胞內信號轉換表現效應信息傳遞代謝調節根據激素受體的定位：作用于膜受體的激素（蛋白質、多肽、兒茶酚胺）作用于細胞內受體的激素（類固醇激素、甲狀腺素）激素親水疏水代謝調節一、細胞膜受體激素的調節作用cAMP-蛋白激酶途徑Ca2+-依賴性蛋白激酶途徑cGMP-蛋白激酶途徑酪氨酸蛋白激酶途徑代謝調節（一）cAMP-蛋白激酶途徑主要環節：激素膜受體G蛋白ACcAMPPKA

生物效應關鍵酶或功能蛋白質磷酸化代謝調節激素受體G-蛋白ACcAMP（第二信使）（第一信使）代謝調節腺苷酸環化酶ATPcAMPPKA激活代謝調節第二信使第二信使：信息分子與質膜上的受體結合，經化學轉換，激活細胞質膜上的效應器，產生細胞內信號物質，即第二信使。常見的第二信使：cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+不同的第二信使產生不同的生物效應代謝調節腎上腺素+受體G蛋白→G蛋白腺苷酸環化酶→腺苷酸環化酶

ATP→cAMP×2蛋白激酶→蛋白激酶

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糖原分解增強糖原合成抑制代謝調節（二）Ca2+-依賴性蛋白激酶途徑激素→受體→Gp→PIP2→DAG→PKC

酶（蛋白）磷酸化→生物效應IP3→鈣庫釋放Ca2+→Ca2+-CaM代謝調節代謝調節（二）酪氨酸蛋白激酶途徑（tyrosine-proteinkinase）細胞因子生長因子受體（酪氨酸蛋白激酶）酪氨酸蛋白激酶自磷酸化激活蛋白質磷酸化產生效應代謝調節三、細胞內受體激素的調節作用激素穿過靶細胞質膜激素受體復合物與DNA特定區域結合調節基因表達代謝調節激素激素受體復合物mRNA蛋白質合成代謝應答胞漿細胞核+質膜激素通過胞內受體對代謝的調節作用代謝調節第四節整體調節通過神經-體液途徑控制內分泌腺調節機體代謝過程下丘腦腺垂體靶內分泌腺長反饋（-）（-）（+）（+）短反饋（-）超短反饋（-）代謝調節第十六章基因表達的調控代謝調節原核生物基因轉錄調控乳糖操縱子調節機制色氨酸操縱子調節機制代謝調節一、乳糖操縱子(lacoperon)調節機制5/3/3/5/啟動子操縱序列3個結構基因調控區信息區乳糖操縱子操縱子：生物學功能相關的基因組合在一起成為DNA中的1個轉錄單位（operon）調節基因阻遏蛋白POIZYACAP結合點代謝調節（一）阻遏蛋白的負性調節缺乏乳糖時：I基因阻遏蛋白與O序列結合阻止RNA聚合酶的結合阻止結構基因轉錄阻遏蛋白代謝調節存在乳糖時：乳糖（誘導劑）阻遏蛋白+乳糖復合物阻止阻遏蛋白與O的結合結構基因開放表達合成利用乳糖的酶誘導劑代謝調節CAP-cAMP的正性調節存在葡萄糖時：腺苷酸環化酶葡萄糖代謝產物磷酸二酯酶cAMP↓cAMP-CAP復合物↓不能激活RNA聚合酶活性結構基因不能表達沒有葡萄糖時：cAMP↑cAMP-CAP復合物↑與操縱子的CAP位點結合激活RNA聚合酶活性結構基因轉錄表達CAP與cAMP結合后，可結合到乳糖操縱子的CAP位點，促進轉錄（-）（+）代謝調節

cAMP-CAP的正性調控代謝調節正性調控與負性調控互相協調、制約乳糖刺激阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP不能發揮作用沒有CAP時，即使阻遏蛋白沒有封閉轉錄，基因也難以表達只有CAP蛋白結合到CAP位點，RNA聚合酶才有活性代謝調節二、色氨酸操縱子調節機制5/3/3/5/啟動子操縱序列衰減子

5個結構基因R調節基因POEDCBA阻遏蛋白編碼3種酶合成色氨酸（Trpoperon）代謝調節無色氨酸時：阻遏蛋白不能結合O序列操縱基因開放合成色氨酸代謝調節有色氨酸時：色氨酸（輔阻遏劑）阻遏蛋白+色氨酸復合物與O序列結合阻斷基因開放色氨酸不能合成阻遏機制只決定轉錄是否啟動，轉錄速率受衰減子調