有机生化PPT课件十三章代谢和代谢调控1130药学

1 十三章十三章 代谢和代谢调控总论代谢和代谢调控总论2第一节第一节 新陈代谢的概念和研究方法新陈代谢的概念和研究方法一、物质代谢的概念一、物质代谢的概念（一）物质代谢的含义（一）物质代谢的含义 新陈代谢新陈代谢metabolism：为机体与外界环境进行物质交换过程，为机体与外界环境进行物质交换过程，包括消化、吸收、包括消化、吸收、中间代谢中间代谢和排泄几个阶段。和排泄几个阶段。中间代谢：物质在体内组织和细胞进行的各种各样的化学中间代谢：物质在体内组织和细胞进行的各种各样的化学变化过程。变化过程。物质代谢过程（化学变化）伴有能量转移物质代谢过程（化学变化）伴有能量转移（能量代谢（能量代谢energy matabolism）。）。3（二）同化作用与异化作用（二）同化作用与异化作用 同化作用：同化作用：assimilation 自外界摄入营养物质在体内经化学变化转化自外界摄入营养物质在体内经化学变化转化为机体自身物质，吸能；为机体自身物质，吸能；异化作用：异化作用：dissimilation 自身物质转化为废物排出体外，放能。自身物质转化为废物排出体外，放能。同化异化为矛盾的两个方面。同化异化为矛盾的两个方面。同化作用为异化作用提供同化作用为异化作用提供物质基础物质基础；异化作用为同化作用提供异化作用为同化作用提供能量能量。4（三）合成代谢与分解代谢（三）合成代谢与分解代谢 合成代谢合成代谢anabolism 小分子物质合成复杂大分子物质的过程。小分子物质合成复杂大分子物质的过程。分解代谢分解代谢catabolism 复杂大分子物质分解为简单小分子物质的过程，复杂大分子物质分解为简单小分子物质的过程，CO2，H2O，NH3等。等。同化过程以合成代谢为主；异化过程以分解代谢为主。同化过程以合成代谢为主；异化过程以分解代谢为主。由外环境提供的物质称外源性物质，体内的原有物质称内源由外环境提供的物质称外源性物质，体内的原有物质称内源性物质。性物质。5（四）中间代谢（四）中间代谢 体内的代谢为体内的代谢为酶酶催化的催化的一连串一连串的中间代谢过程。的中间代谢过程。串联、分支、循环串联、分支、循环 6二、能量代谢概念二、能量代谢概念（一）代谢过程中能量的变化（一）代谢过程中能量的变化 能量代谢：能量代谢：物质代谢过程中同时伴有能量交换物质代谢过程中同时伴有能量交换 机体摄取营养物外界输入能量机体摄取营养物外界输入能量 物质在机体内分解代谢，释放化学能（能量转换）供物质在机体内分解代谢，释放化学能（能量转换）供生命活动需要（机械能，电能等等）。生命活动需要（机械能，电能等等）。7反应热（总能量）自由能散发热反应热（总能量）自由能散发热 自由能：可用于作功的能。自由能：可用于作功的能。机体储存利用能量的形式：高能磷酸化合物机体储存利用能量的形式：高能磷酸化合物 散发热：化学能以热的形式释放散发热：化学能以热的形式释放8（二）食物的卡价与呼吸商（二）食物的卡价与呼吸商食物的卡价（热价）：食物的卡价（热价）：食物在体内氧化分解至最终产物所释食物在体内氧化分解至最终产物所释放的总能量放的总能量(千卡或焦耳）。千卡或焦耳）。每克糖、脂肪、蛋白质热价分别为每克糖、脂肪、蛋白质热价分别为17、38、17千千焦（焦（kJ）9呼吸商呼吸商RQ：机体与外界环境在呼吸过程中所交换的机体与外界环境在呼吸过程中所交换的CO2与与O2的摩尔数的比值的摩尔数的比值 RQCO2/O2 每克糖、脂肪、蛋白质呼吸商分别为每克糖、脂肪、蛋白质呼吸商分别为1.0、0.7、0.8。高糖饮食呼吸商升高，高脂或高蛋白饮食则降低。高糖饮食呼吸商升高，高脂或高蛋白饮食则降低。10（三）基础代谢（三）基础代谢 基础代谢基础代谢basal metabolism：人体在清醒而安静的状态中，同时又没有食物的消人体在清醒而安静的状态中，同时又没有食物的消化与吸收作用的情况，并处于适宜温度下，所消耗化与吸收作用的情况，并处于适宜温度下，所消耗的能量。的能量。主要用于维持体温及支持各种器官的基本运行（呼吸、主要用于维持体温及支持各种器官的基本运行（呼吸、循环、分泌及排泄）循环、分泌及排泄）59007500kJ/day人体释放能量需维持基础代谢、肌肉、脑力活动能耗。人体释放能量需维持基础代谢、肌肉、脑力活动能耗。11三、物质代谢的研究方法三、物质代谢的研究方法 体内法和体外法（整体法或离体法）体内法和体外法（整体法或离体法）1.利用正常机体的方法：利用正常机体的方法：喂食或注入代谢物，通过分析血液组织排泄物中的中间产物或喂食或注入代谢物，通过分析血液组织排泄物中的中间产物或终产物，研究代谢过程终产物，研究代谢过程2.使用病变动物法：使用病变动物法：模型模型3.4.5.6.切除器官法，脏器灌注法、组织切片或匀浆法、切除器官法，脏器灌注法、组织切片或匀浆法、酶法等等酶法等等7.同位素示踪法同位素示踪法8.亚细胞成分亚细胞成分9.致突变法致突变法10.转基因法和基因敲除法转基因法和基因敲除法12第二节第二节 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系 生物体内新陈代谢是一个完整而又统一生物体内新陈代谢是一个完整而又统一的过程，的过程，代谢过程之间相互促进和制约代谢过程之间相互促进和制约。糖、脂、蛋白质代谢的密切联系主要表糖、脂、蛋白质代谢的密切联系主要表现在代谢的中间产物可互变；现在代谢的中间产物可互变；蛋白质和脂类代谢蛋白质和脂类代谢进行的程度进行的程度取决于糖取决于糖代谢进行的程度。代谢进行的程度。13糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系 非必需氨基酸非必需氨基酸所以，食物中蛋白质不能为糖脂替代；所以，食物中蛋白质不能为糖脂替代；蛋白质却能替代糖脂供能。蛋白质却能替代糖脂供能。14二、二、糖代谢和脂代谢间的关系糖代谢和脂代谢间的关系糖糖乙酰乙酰CoA非必需脂肪酸非必需脂肪酸胆固醇胆固醇磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 甘油甘油脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸-甘油甘油葡葡萄萄糖糖糖可以大量变成脂类，但脂很少可以变为糖。糖可以大量变成脂类，但脂很少可以变为糖。15氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪胆固醇胆固醇 1.蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪 2.氨基酸可作为合成磷脂的原料氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂（三）蛋白质和脂类代谢之间的关系（三）蛋白质和脂类代谢之间的关系甘氨酸甘氨酸16 但不能说，脂类可转变为氨基酸。但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸3.脂肪的脂肪的甘油甘油部分可转变为部分可转变为非必需氨基酸非必需氨基酸总之，蛋白质可以变成各种脂类，总之，蛋白质可以变成各种脂类，机体几乎不利用脂肪合成蛋白质。机体几乎不利用脂肪合成蛋白质。17四、核酸与糖、脂类和蛋白质代谢的相互关系四、核酸与糖、脂类和蛋白质代谢的相互关系l 体内许多游离核苷酸起着重要作用：体内许多游离核苷酸起着重要作用：ATP、GTP、UTP、CTPl 体内许多辅酶或辅基含有核苷酸组分：体内许多辅酶或辅基含有核苷酸组分：FAD、FMN、NADH、NADPHl碱基合成需要氨基酸，核糖来自糖代谢碱基合成需要氨基酸，核糖来自糖代谢l核酸参与了蛋白质生物合成的几乎全过程，核核酸参与了蛋白质生物合成的几乎全过程，核酸的合成又需众多蛋白质因子的参与。酸的合成又需众多蛋白质因子的参与。18小结：小结：核酸核酸192021第三节第三节 代谢调控总论代谢调控总论细胞或酶水平调节为基础（细胞或酶水平调节为基础（酶活性酶活性和和酶含量酶含量）激素水平调节激素水平调节（内分泌腺内分泌腺 激素激素 体液运输体液运输 改变酶活性改变酶活性）神经系统调控神经系统调控（神经递质神经递质 直接作用效应器直接作用效应器 综合调节整体代谢综合调节整体代谢）影响激素分泌影响激素分泌22多酶体系多酶体系分布分布多酶体系多酶体系分布分布DNA及及RNA合成合成细胞核细胞核糖酵解糖酵解胞液胞液蛋白质合成蛋白质合成内质网，胞液内质网，胞液戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径胞液胞液糖原合成糖原合成胞液胞液糖异生糖异生胞液胞液脂酸合成脂酸合成胞液胞液脂酸脂酸氧化氧化线粒体线粒体胆固醇合成胆固醇合成内质网，胞液内质网，胞液三羧酸循环三羧酸循环线粒体线粒体磷脂合成磷脂合成内质网内质网氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体线粒体尿素合成尿素合成胞液，线粒体胞液，线粒体呼吸链呼吸链线粒体线粒体主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布 一、细胞或酶水平的调节一、细胞或酶水平的调节l细胞内酶呈隔离分布。细胞内酶呈隔离分布。23关键酶关键酶常是多酶体系的常是多酶体系的第一个酶第一个酶及处于分及处于分枝代谢的枝代谢的第一个酶第一个酶。特点：特点：1它催化的反应速度慢，它的活性决定它催化的反应速度慢，它的活性决定 整个途径的整个途径的总速度总速度。2催化单向或不平衡反应，它的活性决催化单向或不平衡反应，它的活性决 定整个途径的定整个途径的方向方向。3.受代谢物或效应剂的受代谢物或效应剂的调节调节。l代谢途径的速度、方向由其中的关键酶代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key enzyme)的活性决定。的活性决定。24代谢途径代谢途径关键酶关键酶糖原降解糖原降解磷酸化酶磷酸化酶糖原合成糖原合成糖原合酶糖原合酶糖酵解糖酵解己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1丙酮酸激酶丙酮酸激酶三羧酸循环三羧酸循环异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体柠檬酸合酶柠檬酸合酶糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1-1脂酸合成脂酸合成乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶胆固醇合成胆固醇合成HMGHMG辅酶辅酶A A还原酶还原酶某某些些重重要要代代谢谢途途径径的的关关键键酶酶 25快速调节快速调节 慢速调节慢速调节数秒、数分钟数秒、数分钟通过通过改变酶活性改变酶活性数小时、几天数小时、几天通过改变酶的含量通过改变酶的含量 变构调节变构调节 (allosteric regulation)化学修饰调节化学修饰调节 (chemical modification)酶的调节主要是通过对关键酶的调节而实现的。酶的调节主要是通过对关键酶的调节而实现的。26（一）酶活力的调节（快速调节）（一）酶活力的调节（快速调节）1.酶的变构调节酶的变构调节（1）定义：某些调节物与酶活性中心以外的部）定义：某些调节物与酶活性中心以外的部位以次级键结合，使位以次级键结合，使酶分子的构象发生改变酶分子的构象发生改变，从而改变酶的活性，实现对代谢的快速调节。从而改变酶的活性，实现对代谢的快速调节。别构部位：别构部位：别构剂作用部位别构剂作用部位别构效应剂：别构效应剂：常为代谢物，分激活剂，抑制剂。常为代谢物，分激活剂，抑制剂。27底物激活：底物激活：代谢途径的关键酶受代谢途径的关键酶受底物底物的激活。的激活。反馈抑制：反馈抑制：Feedback inhibition 代谢途径的关键酶受代谢产物的抑制。代谢途径的关键酶受代谢产物的抑制。正反馈：正反馈：代谢途径的关键酶受代谢途径的关键酶受产物产物的激活。的激活。28l 协同反馈抑制协同反馈抑制：两个或两个以上的反馈抑制作用，其：两个或两个以上的反馈抑制作用，其作用点是同一个酶时，反馈作用的强度大于两者单独作用点是同一个酶时，反馈作用的强度大于两者单独作用的和。作用的和。l 顺序反馈抑制顺序反馈抑制：串联反应中每一步的中间代谢物都能：串联反应中每一步的中间代谢物都能反馈抑制合成其本身的酶，从而造成终产物的反馈抑反馈抑制合成其本身的酶，从而造成终产物的反馈抑制逆向于串联反应传递。制逆向于串联反应传递。292.ATP、ADP、AMP的调节（变构剂）的调节（变构剂）303.共价修饰共价修饰 cocalent modification定义：定义：酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的生可逆的共价修饰共价修饰，从而引起酶活性改变，这从而引起酶活性改变，这种调节称为种调节称为酶的酶的共价修饰共价修饰调节。调节。包括：磷酸化与去磷酸化；乙酰化与去乙酰化；甲基化与去甲基化；腺苷化与脱腺苷化，-SH与SS的互变。级联放大级联放大31腺苷环化酶腺苷环化酶（无活性）（无活性）腺苷环化酶（有活性）腺苷环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体受体 ATPcAMPA A激酶激酶(无活性无活性)A A激酶激酶(有活性有活性)磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶-Pi-Pi糖原合酶糖原合酶糖原合酶糖原合酶-Pi-Pi磷酸化酶磷酸化酶b b磷酸化酶磷酸化酶a a无活性无活性有活性有活性级联放大级联放大32（二）酶含量的调节（二）酶含量的调节 1.酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏某些某些底物，激素或药物底物，激素或药物能以转录水平上增能以转录水平上增加酶蛋白的合成，这种作用称加酶蛋白的合成，这种作用称诱导诱导。合成代谢途径的合成代谢途径的终产物终产物，能在转录水平上，能在转录水平上减少或阻止限速酶的合成，称为减少或阻止限速酶的合成，称为阻遏阻遏。33 代谢底物代谢底物对酶蛋白合成的诱导。对酶蛋白合成的诱导。代谢途径的终产物代谢途径的终产物对关键酶的合成往往有阻对关键酶的合成往往有阻遏作用。遏作用。激素激素对酶合成的诱导。对酶合成的诱导。药物药物对酶合成的诱导对酶合成的诱导。342.酶的降解酶的降解 已知酶降解方式有二种：已知酶降解方式有二种：溶酶体溶酶体水解：细胞蛋白水解酶主要存在于溶酶体水解：细胞蛋白水解酶主要存在于溶酶体中。中。蛋白酶体蛋白酶体降解途径。待降解的蛋白与泛素降解途径。待降解的蛋白与泛素（ubiquitin）结合，在蛋白酶体内降解。）结合，在蛋白酶体内降解。35（三）细胞代谢调控在生产实践中的作用（三）细胞代谢调控在生产实践中的作用 1.降低代谢终产物的浓度降低代谢终产物的浓度 减少反馈抑制，有利于中间代谢或支路代谢减少反馈抑制，有利于中间代谢或支路代谢产物的积累。产物的积累。2.添加诱导物的类似物添加诱导物的类似物 乳糖类似物乳糖类似物IPTG对大肠杆菌对大肠杆菌-半乳糖苷酶的诱导半乳糖苷酶的诱导36二、激素和神经系统的调节（了解）二、激素和神经系统的调节（了解）1.激素与神经系统调节激素与神经系统调节 神经神经-体液调节体液调节2.激素神经对代谢调节的关系激素神经对代谢调节的关系 三级调控三级调控 神经末梢释放因子（下丘脑）神经末梢释放因子（下丘脑）促激素生成（垂体）促激素生成（垂体）激素激素分泌（内分泌腺）分泌（内分泌腺）上级对下级控制调节上级对下级控制调节。3.负反馈作用负反馈作用 下一级可反馈对上一级进行调下一级可反馈对上一级进行调控（负反馈）控（负反馈）下丘脑下丘脑CRH垂体前叶垂体前叶ACTH肾上腺皮质肾上腺皮质皮质激素皮质激素靶细胞靶细胞37第四节第四节 代谢抑制剂和抗代谢物代谢抑制剂和抗代谢物一、代谢抑制剂一、代谢抑制剂（一）概念：（一）概念：抑制机体代谢某一反应抑制机体代谢某一反应或某一过程的物质。或某一过程的物质。通常为酶抑制剂通常为酶抑制剂38（二）（二）抑制剂种类抑制剂种类：1.作用于细胞壁或胞膜抑制剂（作用于细胞壁或胞膜抑制剂（内酰胺类内酰胺类）2.核酸代谢和蛋白质合成代谢抑制剂（抗核酸代谢和蛋白质合成代谢抑制剂（抗 菌素类）菌素类）3.蛋白质水解和蛋白质水解和AA代谢抑制剂（羰基试剂）代谢抑制剂（羰基试剂）4.糖代谢抑制剂（巯基抑制剂）糖代谢抑制剂（巯基抑制剂）5.脂代谢抑制剂（脂代谢抑制剂（CoA衍生物等）衍生物等）6.电子传递体和氧化磷酸化抑制剂电子传递体和氧化磷酸化抑制剂39二、抗代谢物二、抗代谢物（一）概念（一）概念:抗代谢物（抗代谢物（antimetabolite）：）：化学结构上与天然代谢物化学结构上与天然代谢物类似类似，进入机体可，进入机体可与正常代谢物与正常代谢物相拮抗，从而影响正常代谢反相拮抗，从而影响正常代谢反应的进行。应的进行。属于竞争性抑制剂属于竞争性抑制剂 还有一些抗代谢物，可作为假底物，整合到还有一些抗代谢物，可作为假底物，整合到生物大分子中，从而破坏生物大分子的功能，生物大分子中，从而破坏生物大分子的功能，影响病原体的生长和繁殖。影响病原体的生长和繁殖。如如5-FU40（二）抗代谢物的种类：（二）抗代谢物的种类：1.维生素类似物：氨甲蝶呤叶酸维生素类似物：氨甲蝶呤叶酸 磺胺类对氨基苯甲酸磺胺类对氨基苯甲酸 双香豆素双香豆素VitK 2.氨基酸类似物：氨基酸类似物：羟天冬氨酸羟天冬氨酸Asp 3.嘌呤嘧啶类似物：嘌呤嘧啶类似物：5-FU、6-巯基嘌呤、阿糖胞苷等巯基嘌呤、阿糖胞苷等 4.糖代谢物类似物：氟柠檬酸、糖代谢物类似物：氟柠檬酸、D-6-磷酸葡糖胺磷酸葡糖胺 （三）意义：（三）意义：药物作用机制研究药物作用机制研究 新药设计新药设计