生物化学ppt第七章5

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物质代谢的联系,Metabolic Interrelationships,新陈代谢的概念,新陈代谢是生物体内全部有序化学变化的总称。它包括物质代谢和能量代谢两个方面。,物质代谢：是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程。,能量代谢：是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。,在新陈代谢过程中，既有同化作用，又有异化作用。,同化作用：(又叫做合成代谢)是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。,异化作用：(又叫做分解代谢)是指生物体能够把自身的一局部组成物质加以分解，释放出其中的能量，并且把分解的终产物排出体外的变化过程。,代谢是新陈代谢的简称，是细胞内发生的各种化学反响的总称。,糖、脂和蛋白质的合成代谢途径各不一样，但是它们的分解代谢途径那么有共同之处，即糖、脂和蛋白质经过一系列分解反响后都生成了酮酸并进入三羧酸循环，最后被氧化成CO2和H2O，同时释放出蕴藏的能量。,代谢的概念,这些能量的50%以上迅速转化为热能，用于维持体温，并向体外散发。,其余缺乏50%那么以高能磷酸键的形式贮存于体内，供机体利用。体内最主要的高能磷酸键化合物是三磷酸腺苷ATP。此外，还可有高能硫酯键等。,机体利用ATP去合成各种细胞组成分子、各种生物活性物质和其他一些物质；,细胞利用ATP去进展各种离子和其它一些物质的主动转运，维持细胞两侧离子浓度差所形成的势能；,肌肉还可利用ATP所载荷的自由能进展收缩和舒张，完成多种机械功。,物质代谢的特点,The Specialty of Metabolism,第 一 节,一、整体性,糖类,脂类,蛋白质,水,无机盐,维生素,各种物质代谢之间互有联系、相互依存又各有特点。,消化吸收,中间代谢,废物排泄,动植物和微生物的大局部组成构造是由三类根本生物分子所构成，这三类分子是氨基酸、糖类和脂类通常为称为脂肪。,氨基酸和蛋白质,蛋白质是由线性排列氨基酸所组成，氨基酸之间通过肽键相互连接。,酶是最常见的蛋白质，它们催化代谢中的各类化学反响。,一些蛋白质具有构造或机械功能，如参与形成细胞骨架以维持细胞形态。,还有许多蛋白质在细胞信号传导、免疫反响、细胞黏附和细胞周期调控中扮演重要角色。,脂类,脂肪是由脂肪酸基团和甘油基团所组成的一大类脂类化合物；其构造为一个甘油分子上以酯键连接了三个脂肪酸分子形成甘油三酯。,脂类是类别最多的生物分子。它们主要的构造用途是形成生物膜，如细胞膜。此外，它们也可以作为机体能量来源。,糖类,糖类为多羟基的醛或酮，可以以直链或环的形式存在。,糖类是含量最为丰富的生物分子，具有多种功能，如储存和运输能量例如淀粉、糖原以及作为构造性组分植物中的纤维素和动物中的几丁质。,核苷酸,DNA和RNA是主要的两类核酸，它们都是由核苷酸连接形成的直链分子。,核酸分子对于遗传信息的储存和利用是必不可少的，通过转录和翻译来完成从遗传信息到蛋白质的过程。,这些遗传信息由DNA修复机制来进展保护，并通过DNA复制来进展扩增。,一些病毒如HIV含有RNA基因组，它们可以利用逆转录来从病毒RNA合成DNA模板。,维生素,是一类生命所需的微量有机化合物，但细胞自身无法合成。,在人类营养学中，大多数的维生素可以在被修饰后发挥辅酶的功能；例如，细胞所利用的所有的水溶性维生素都是被磷酸化或偶联到核苷酸上。,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD，复原形式为NADH是维生素B3俗称烟酸的一种衍生物，它也是一种重要的辅酶，可以作为氢受体。数百种不同类型的脱氢酶可以从它们的底物上移去电子，同时将NAD+复原为NADH。而后，这种复原形式便可以作为任何一个复原酶的辅酶，用于为酶底物的复原提供电子。,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸在细胞中存在两种不同的形式：NADH和NADPH。NAD+/NADH多在分解代谢反响中发挥重要作用，而NADP+/NADPH那么多用于合成代谢反响中。,无机元素,含量丰富的无机元素都是作为电解质的离子。,体内最重要的离子有钠、钾、钙、镁等金属离子和氯离子、磷酸根离子以及碳酸氢根离子。,在细胞膜的内外维持准确的离子梯度，可以保持渗透压和pH值的稳定。,离子对于神经和肌肉组织也同样不可缺少，这是因为这些组织中的动作电位可以引起神经信号和肌肉收缩是由细胞外液和细胞原生质之间的电解质交换来产生的。,电解质进入和离开细胞是通过细胞膜上的离子通道蛋白来完成的。例如，肌肉收缩依赖于位于细胞膜和横行小管T-tubule上的离子通道对于钙离子、钾离子和钠离子的流动的控制。,过渡金属,过渡金属在生物体体内通常是作为微量元素存在的，其中锌和铁的含量最为丰富。,这些金属元素被一些蛋白质用作辅因子或者对于酶活性的发挥具有关键作用，例如携氧的血红蛋白和过氧化氢酶。,这些辅因子可以与特定蛋白质严密结合；虽然酶的辅因子会在催化过程中被修饰，这些辅因子总是能够在催化完成后回到起始状态。,消化,淀粉、蛋白质和纤维素等大分子多聚体不能很快被细胞所吸收，需要先被分解为小分子单体然后才能被用于细胞代谢。有多种消化性酶能够降解这些多聚体，如蛋白酶可以将但蛋白质降解为多肽片断或氨基酸，糖苷水解酶可以将多糖分解为单糖。,微生物只是简单地分泌消化性酶到周围环境中，而动物那么只能由其消化系统中的特定细胞来分泌这些酶。由这些位于细胞外的酶分解获得的氨基酸或单糖接着通过主动运输蛋白被运送到细胞内。,糖类的分解代谢,一旦糖链被分解为单糖后就可以被细胞所吸收。进入细胞内的糖，如葡萄糖和果糖，就会通过糖酵解途径被转化为丙酮酸盐并产生局部的ATP。,丙酮酸盐是多个代谢途径的中间物，但其大局部会被转化为乙酰辅酶A并进入柠檬酸循环。虽然柠檬酸循环能够产生ATP，但其最重要的产物是NADH由乙酰辅酶A被氧化来提供电子并由NAD生成，同时释放出无用的二氧化碳。,在无氧条件下，糖酵解过程会生成乳酸盐，即由乳酸脱氢酶将丙酮酸盐转化为乳酸盐，同时将NADH又氧化为NAD+，使得NAD可以被循环利用于糖酵解中。,另一种降解葡萄糖的途径是磷酸戊糖途径，该途径可以将辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+复原为NADPH，并生成戊糖，如核糖合成核苷酸的重要组分。,丙酮酸,葡萄糖,“糖酵解”,不需氧,“磷酸戊糖途径”,需氧,有氧情况,缺氧情况,好氧生物,厌氧生物,“三羧酸循环”,“乙醛酸循环”,CO,2,+ H,2,O,“乳酸发酵”,乳酸,“乳酸发酵”、“乙醇发酵”,乳酸或乙醇,CO,2,+ H,2,O,E,1,:己糖激酶,E,2,: 6-磷酸果糖激酶-1,E,3,: 丙酮酸激酶,NAD,+,乳 酸,糖酵解的代谢途径,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H,+,丙酮酸氧化脱羧生成,乙酰辅酶,A,NAD,+,NAD,H,+,H,+,丙酮酸,乙酰CoA,+ CoA-S,H,辅酶A,+,CO,2,丙酮酸,脱氢酶系,丙酮酸,+ CoA-SH+ NAD,+,乙酰,CoA,+ CO,2,+ NADH+H,+,多酶复合体：,是催化功能上有联系的几种酶通过,非共价键,连接彼此嵌合形成的复合体。其中每一个酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的辅酶。,CO,2,CoASH,NAD,+,NADH+H,+,5.,NADH+H,+,的生成,1.,-羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酰胺的生成,P,三羧酸循环总图,草酰乙酸,CH,3,COSoA (,乙酰辅酶A),苹果酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,-酮戊二酸,异柠檬酸,柠檬酸,CO,2,2H,CO,2,2H,GTP,延胡索酸,2H,2H,NAD,+,NAD,+,FAD,NAD,+,有氧氧化的反响过程,糖的有氧氧化代谢途径可分为：,葡萄糖酵解,、,丙酮酸氧化脱羧,和,三羧酸循环,三个阶段。,TAC循环,G（Gn）,丙酮酸,乙酰,CoA,CO,2,NADH+H,+,FADH,2,H,2,O,O,ATP,ADP,胞液,线粒体,氧化磷酸化,F,0,F,1,Cyt c,Q,NAD,H,+,H,+,NAD,+,延胡索酸,琥珀酸,H,+,1/2O,2,+,2H,+,H,2,O,ADP+Pi,ATP,H,+,H,+,H,+,胞液侧,基质侧,+ + + + + + + + + +,- - - - - - - - -,化学渗透假说详细示意图,己糖激酶,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,6磷酸葡萄糖酶,1,6-二磷酸果糖酶,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,磷酸戊糖途径总反响图,糖酵解途径,36-磷,酸葡萄糖,5-磷酸,木酮糖,5-磷酸,核糖,5-磷酸,木酮糖,7-磷酸,景天糖,3-磷酸,甘油醛,4-磷酸,赤藓糖,6-磷酸,果糖,3-磷酸,甘油醛,6-磷酸,果糖,36-磷酸葡,萄糖酸内酯,3NADPH,36-磷酸,葡萄糖酸,3H,2,O,35-磷,酸核酮糖,3NADPH,3CO,2,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,5-磷酸木酮糖,C,5,5-磷酸木酮糖,C,5,7-磷酸景天糖,C,7,3-磷酸甘油醛,C,3,4-磷酸赤藓糖,C,4,6-磷酸果糖,C,6,6-磷酸果糖,C,6,3-磷酸甘油醛,C,3,6-磷酸葡萄糖(,C,6,),3,6-磷酸葡萄糖酸内酯(,C,6,),3,6-磷酸葡萄糖酸(,C,6,),3,5-磷酸核酮糖(,C,5,),3,5-磷酸核糖,C,5,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,3CO,2,磷酸戊糖途径小结,反响部位：,胞浆,反响底物：,6-磷酸葡萄糖,重要反响产物：,NADPH、5-磷酸核糖,限速酶：,6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD),磷酸戊糖途径的生物学意义,1、磷酸戊糖途径也是普遍存在的糖代谢的一种方式,2、产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反响提供复原力,3、该途径的反响起始物为6-磷酸葡萄糖，不需要 ATP参与起始反响，因此磷酸戊糖循环可在低ATP浓度下进展。,4、此途径中产生的5-磷酸核酮糖是辅酶及核苷酸生物合成的必需原料。,5、磷酸戊糖途径是机体内核糖产生的唯一场所。,脂肪的代谢,脂肪是通过水解作用分解为脂肪酸和甘油。,甘油可以进入糖酵解途径。,脂肪酸通过-氧化被分解并释放出乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A如上所述进入柠檬酸循环。,在氧化过程中脂肪酸可以释放出比糖类更多的能量，这是因为糖类构造的含氧比例较高。,甘油三酯脂肪的酶促水解,脂肪,脂肪酶,甘油+脂肪酸,CH,2,OH,HCOH,CH,2,OH,CH,2,OH,R,2,-C-O-CH,CH,2,OH,O=,-,-,H,2,O,R,1,COOH,二酰甘油脂肪酶,H,2,O,R,2,COOH,单酰甘油脂肪酶,-,-,-,-,CH,2,-O -C-R,1,R,2,-C-O-CH,CH,2,-O -C-R,3,O=,O=,O=,H,2,O,R,3,COOH,三酰甘油脂肪酶,O=,O=,-,-,-,CH,2,-O -C-R,1,R,2,-C-O-CH,CH,2,OH,限速酶,甘油的氧化分解与转化,肉碱转运载体,线粒体膜,脂酰CoA,脱氢酶,L(+)-,羟脂酰,CoA脱氢酶,NAD,+,NADH+H,+,烯脂酰CoA,水化酶,H,2,O,FAD,FADH,2,酮脂酰CoA,硫解酶,CoA-SH,脂酰CoA,合成酶,ATP,CoASH,AMP,PPi,H,2,O,呼吸链,2ATP,H,2,O,呼吸链,3ATP,TCA,氨基酸代谢,氨基酸既可以被用于合成蛋白质或其他生物分子，又可以被氧化为尿素和二氧化碳以提供能量。,氧化的第一步是由转氨酶将氨基酸上的氨基除去，氨基随后被送入尿素循环，而留下的脱去氨基的碳骨架以酮酸的形式存在。,有多种酮酸如-酮戊二酸，由脱去氨基的谷氨酸所形成是柠檬酸循环的中间物。,此外，生糖氨基酸glucogenic amino acid能够通过糖异生作用被转化为葡萄糖,氨基酸代谢库,食物蛋白质,消化吸收,组织,蛋白质,分解,体内合成氨基酸,(非必需氨基酸),氨基酸代谢概况,-酮酸,脱氨基作用,酮 体,氧化供能,糖,胺 类,脱羧基作用,氨,尿素,代谢转变,其它含氮化合物,(嘌呤、嘧啶等),合成,鸟氨酸循环,2ADP+Pi,CO,2,+,NH,3,+ H,2,O,氨甲酰磷酸,2ATP,N-乙酰谷氨酸,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代,琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,ATP,AMP + PPi,鸟氨酸,尿素,线粒体,胞 液,小结,代谢的一个很大的特点是：即使是差异巨大的不同物种，它们之间的根本代谢途径也还是相似的。例如，柠檬酸，作为三羧酸循环中的最为人们所知的中间产物，存在于所有的生物体中，无论是微小的单细胞的细菌还是巨大的多细胞生物如大象。,代谢中所存在的这样的相似性很可能是由于相关代谢途径的高效率以及这些途径在进化史早期就出现而形成的结果。,二、代谢调节,机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度,内外环境不断变化,影响机体代谢,适应环境的变化,三、各组织、器官物质代谢各具特色,构造不同,酶系的种类、含量不同,不同的组织、器官,代谢途径不同、功能各异,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。,肝,合成、储存糖原,分解糖原生成葡萄糖，释放入血液,是糖异生的主要器官,肝在糖代谢中的作用,如,肝在维持血糖稳定中起重要作用。,酮体,乳酸,游离脂酸,葡萄糖,以葡萄糖有氧氧化供能为主。,心脏,耗能大，耗氧多。,葡萄糖为主要能源。,不能利用脂酸，葡萄糖供给缺乏时，利用酮体。,脑,合成、储存糖原；,通常以脂酸氧化为主要供能方式； 剧烈运动时，以糖酵解为主。,肌 肉,能量主要来自糖酵解。,红细胞,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。,脂肪组织,也可进展糖异生和生成酮体；,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。,肾脏,四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池,例如,各种组织,消化吸收的糖,肝糖原分解,糖异生,血,糖,五、,ATP,是机体能量利用的共同形式,营养物分 解,释放能量,ADP+Pi,ATP,直接供能,六、NADPH是合成代谢所需的复原当量,例如,乙酰CoA,NADPH + H,+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,物质代谢的相互联系,Metabolic Interrelationships,第 二 节,一、在能量代谢上的相互联系,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,CO,2,三大营养素可在体内氧化供能。,从能量供给的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。,一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。,脂肪分解,增强,ATP,增多,ATP/ADP,比值增高,任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。,糖分解被抑制,6-磷酸果糖激酶-1被抑制,（糖分解代谢限速酶之一）,例如,饥饿时,肝糖原分解,，,肌糖原分解,肝糖异生,，,蛋白质分解,以脂酸、酮体分解供能,为主,蛋白质分解明显降低,1 2 天,3 4 周,一糖代谢与脂代谢的相互联系,1. 摄入的糖量超过能量消耗时,二、糖、脂和蛋白质,之间的相互联系,葡萄糖,乙酰CoA,合成脂肪,（脂肪组织）,合成糖原储存（肝、肌肉）,2. 脂肪的甘油局部能在体内转变为糖,脂酸,乙酰CoA,葡萄糖,脂,肪,甘油,甘油激酶,肝、肾、肠,磷酸-甘油,葡萄糖,3.,脂肪的分解代谢受糖代谢的影响,饥饿、糖供给缺乏或糖代谢障碍时,高酮血症,草酰乙酸相对不足,糖不足,脂肪大量动员,酮体生成增加,氧化,受阻,二糖与氨基酸代谢的相互联系,例如,丙氨酸,丙酮酸,脱氨基,糖异生,葡萄糖,1. 大局部氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。,2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸,糖,丙酮酸,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,-酮戊二酸,丙氨酸,天冬氨酸,谷氨酸,氨基酸,乙酰CoA,脂肪,1. 蛋白质可以转变为脂肪,2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料,丝氨酸,磷脂酰丝氨酸,胆胺,脑磷脂,胆碱,卵磷脂,三脂类与氨基酸代谢的相互联系, 但不能说，脂类可转变为氨基酸。,脂肪,甘油,磷酸甘油醛,糖酵解途径,丙酮酸,其他-酮酸,某些非必需氨基酸,3. 脂肪的甘油局部可转变为非必需氨基酸,四核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系,1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料,甘氨酸,天冬氨酸,谷氨酰胺,一碳单位,合成嘌呤,合成嘧啶,2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,Leu、Lys,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,Tyr,Pro,Val, Ile,Met, Thr,Asp,Glu,Arg,His,Pro,胆固醇、酮体,Ala,Trp,Ser,Gly,Thr,Cys,甘油,脂酸,目 录,目 录,代 谢 调 节,The Regulation of Metabolism,第 四 节,生物体是一个完整的统一体，各种代谢密切联系、相互作用、相互制约，生物在其进化过程中形成一套有效而灵敏的调节控制系统。,研究代谢调节有着重要的理论与实践意义，是当代生物化学最活泼的研究领域之一。,在漫长的生物进化历程中，机体的构造、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。,以高等动物为例，代谢调节在四个相互关系、彼此协调又各具特色的层面上进展，即神经水平、激素水平、细胞水平和酶水平。,但就整个生物界来说，酶和细胞水平的调节是最根本的调节方式，为动、植物和单细胞生物所共有。,代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进展调节，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。,单细胞生物,高等生物 三级水平代谢调节,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内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。,整体水平代谢调节,在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。,一、细胞水平的代谢调节, 细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。, 细胞内酶呈隔离分布。, 代谢途径的速度、方向由其中的,关键酶(,key enzyme),的活性决定。, 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,一细胞内酶的隔离分布,代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域 。,多酶体系在细胞内的分布,酶的隔离分布的意义, 防止了各种代谢途径互相干扰。, 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),。, 催化单向反响不可逆或非平衡反响，它的活性决定整个代谢途径的方向。, 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。,关键酶催化的反响具有以下特点：,代谢途径是一系列酶促反响组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定 。,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,。,二关键酶的变构调节,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,引起酶活性,降低,的变构效应剂。,2. 变构调节的机制,变构酶,催化亚基,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,酶的构象改变,酶的活性改变,（激活或抑制 ）,疏松,亚基聚合,紧密,亚基解聚,酶分子多聚化,3. 变构调节的生理意义, 代谢终产物反响抑制 (feedback inhibition) 反响途径中的酶，使代谢物不致生成过多。,乙酰CoA,乙酰CoA羧化酶,丙二酰CoA,长链脂酰CoA,变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。,G-6-P,+,糖原磷酸化酶,抑制糖的氧化,糖原合酶,促进糖的储存,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,柠檬酸,+,6-磷酸果糖激酶-1,抑制糖的氧化,乙酰辅酶A,羧化酶,促进脂酸的合成,三酶的化学修饰调节,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),，,从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰,。,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,酶的磷酸化与脱磷酸化,-,OH,Thr,Ser,Tyr,酶蛋白,H,2,O,Pi,磷蛋白磷酸酶,ATP,ADP,蛋白激酶,Thr,Ser,Tyr,-,O-PO,3,2-,磷酸化的酶蛋白,3. 化学修饰的特点,酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反响，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反响的酶在体内可受调节因素如激素的调控。,具有放大效应，效率较变构调节高。,磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。,同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。,四酶量的调节,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,),酶活性的化学调控与 生物活性分子的设计,某些人工合成或天然存在的化学物质对酶的活性有重要影响作用。对这类物质生理活性作用机制的研究及其在医药、农药包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、动物和植物生长调节剂等及环保方面的应用，是化学调控最重要内容。,生物体在生长发育过程中，由于自身或外界的某些原因，体内的代谢平衡或生理平衡可能遭到破坏，从而引起某些疾病，甚至导致死亡。疾病的药物治疗，即化学调控方法，是恢复机体正常代谢平衡或生理平衡最重要的方法。,抑制酶活性的药物,对氨基水杨酸 二氢叶酸复原酶,阿司匹林 前列腺素合成酶,5-氟尿嘧啶 胸苷酸合成酶,新斯的明 乙酰胆碱酯酶,哌嗪 琥珀酸脱氢酶,利福平 RNA聚合酶,磺胺类 叶酸合成酶,氯霉素 肽基转移酶,内、外环境改变,机体相关组织分泌,激素,激素与靶细胞上的受体结合,靶细胞产生生物学效应，适应内外环境改变,激素作用机制,二、激素水平的代谢调节,激素的特点,激素是生物体内特定细胞产生的对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质，对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。,激素调控往往是局部性的，并且直接或间承受到神经系统的控制。,通常一种激素只作用于一定的细胞组织，不同的激素调节不同的物质代谢或生理过程。,1，含量少；在生物体某特定组织细胞产生；,2，通过体液的运动被输送到其他组织中发挥作用；,3，作用很大，效率高，在新陈代谢中起调节控制作用。,在医疗上，激素也是一类重要药物。,激素分类, 膜受体激素, 胞内受体激素,按激素受体在细胞的部位不同，分为：,1. 膜受体激素的作用方式,激素作用方式,cAMP作为第二信使的发现,第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出。他认为人体内各种含氮激素蛋白质、多肽和氨基酸衍生物都是通过细胞内的环磷酸腺苷(cAMP)而发挥作用的。首次把cAMP叫做第二信使，激素等为第一信使。的第二信使种类很少，但却能传递多种细胞外的不同信息，调节大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有明显的通用性。,将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使，称为第二信使。,细胞外表受体承受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使,而将细胞外的信号称为第一信使。,第二信使的作用方式一般有两种:直接作用。如Ca2+能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩;间接作用。这是主要的方式，第二信使通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。,第二信使,第二信使：,信息分子与质膜上的受体结合，经化学转换，激活细胞质膜上的效应器，产生细胞内信号物质，即第二信使。,常见的第二信使：,cAMP、cGMP、IP,3,、DG、Ca,2+,不同的第二信使产生不同的生物效应,G蛋白作用模式,2. 胞内受体激素的作用方式,根据激素的化学构造和调控功能，一般可以分为三类,1含氮激素。包括蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。,2类固醇激素。性腺和肾上腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素。,3脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系统及其它组织分泌产生。,含氮激素,1氨基酸衍生物激素,1甲状腺激素,甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性约为甲状腺素的510倍。二者的构造如下：,天然的甲状腺素是酪氨酸的衍生物，均为,L-,构型。,甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内,70-80%,的碘富集在其中。,生理功能,在甲状腺素的合成中，碘化过程并不是发生在游离的酪氨酸上，而是甲状腺球蛋白分子中的酪氨酸残基发生碘化反响。,主要是促进糖、脂及蛋白质的代谢；促进机体的生长发育和组织分化；对中枢神经系统、循环系统、造血过程、肌肉活动及智力和体质的发育等均有显著作用。,幼年动物假设甲状腺机能减退或切除甲状腺时，将引起发育缓慢，身材矮小，行动呆笨而缓慢；,成年动物甲状腺机能减退时，出现厚皮病，心博减慢，根底代谢降低，性机能低下。,反之，甲状腺机能亢进，动物眼球突出，心跳加快，根底代谢增高，消瘦，神经系统兴奋性提高，表现为神经过敏等.,(2)肾上腺素,肾上腺分为髓质和皮质两局部。髓质分泌肾上腺素和少量去甲肾上腺素。去甲肾上腺素主要由交感神经末梢分泌。他们也是酪氨酸的衍生物，为R-构型。,肾上腺素具有与交感神经兴奋相似的作用，使血管收缩，心脏活动加强，血压升高，临床上被用来作为升压药物，起抗休克作用。,肾上腺素主要是调节糖代谢, 它能够促进肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量。,功 能,麻黄素和伪麻黄素,麻黄素含有二个手性碳原子，其构型为1R2S, 与R-构型肾上腺素相似，具有较高的生理活性。伪麻黄素的构型为1S2S, 其生理作用那么有明显的差异。,多肽及蛋白质激素,由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽或蛋白质激素。这些激素具有各种各样的功能。,(1)脑垂体激素,脑垂体在神经系统的控制下，起调节体内各种内分泌腺作用。垂体可分为前叶、中叶和后叶三个局部。脑垂体分泌的激素共有10多种。,生长激素GH 促甲状腺素TSH,促肾上腺皮质激素ACTH 催乳素LTH,促卵泡素FSH 黄体生成素LH,促黑色细胞素MSH 催产素、加压素,垂体前叶和中叶能够合成激素，后叶只能存储和分泌激素。后叶所分泌的激素由下丘脑合成。,2下丘脑激素,下丘脑所分泌的激素主要包括一些释放激素或释放因子和释放抑制激素。,下丘脑激素经垂体门静脉到达脑垂体，并作用于垂体细胞，起调控作用。,促甲状腺素释放激素TRH,促肾上腺皮质激素释放激素CRH,促卵泡素释放激素FRH,促黄体生成素释放激素LRH,生长素释放激素GRH，生长素释放抑制激素GRIH,促黑色细胞激素释放激素MRH,促黑色细胞激素抑制释放激素MRIH,催乳素释放激素PRH，催乳素释放抑制激素PRIH,3胰岛激素,胰岛是胰脏的内分泌组织。人的胰岛主要由,、,和,三种细胞组成。,-细胞分泌胰高血糖素，,-细胞分泌胰岛素。,1胰岛素,胰岛素是由胰腺中胰岛的-细胞分泌的一种含有51个氨基酸残基的蛋白质激素。,胰岛素由两条多肽链组成,胰岛素的生理功能主要是促进细胞摄取葡萄糖；促进肝糖原和肌糖原的合成；抑制肝糖原的分解。,胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用，使cAMP产生显著减少，导致糖原分解速度减慢。胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反。,2胰高血糖素,胰高血糖素为胰岛的-细胞分泌的多肽激素，由29个氨基酸组成，人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样，其构造如下：,His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asp-Thr,胰高血糖素主要是促进肝糖原分解，使血糖升高，与肾上腺素作用相似。其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化酶，使cAMP浓度升高，从而提高磷酸化酶活性，促进肝糖原分解。,4甲状旁腺激素,甲状旁腺主要分泌甲状旁腺素PTH和降钙素CT，它们都是多肽激素。,二者的生理作用相反，PTH可以升高血钙，而CT那么可以降低血钙，因此都是调节钙磷代谢的激素。,类固醇激素,类固醇激素是一类脂溶性激素，它们在构造上都是环戊烷多氢菲衍生物。,脊椎动物的类固醇激素可分为肾上腺皮质激素和性激素两类。,1，肾上腺皮质激素,肾上腺皮质激素由肾上腺皮质分泌产生。目前从肾上腺皮质提取液中别离的类固醇化合物有30余种,功 能,1调节糖代谢：抑制糖的氧化，使血糖升高；促进蛋白质转化为糖。具有这种功能的包括皮质酮、11-脱氢皮质酮、17-羟皮质酮氢化可的松和17-羟-11-脱氢皮质酮可的松。这类激素还具有良好的抗炎，抗过敏作用，是常用的激素药物。,糖皮质激素,2调节水盐代谢：促使体内保存钠离子及排出过多的钾离子，调节水盐代谢。这类激素包括11-脱氧皮质酮、17-羟-11-脱氧皮质酮和醛皮质酮。其中醛皮质酮对水盐代谢的调节作用比脱氧皮质酮大30-120倍。,肾上腺皮质激素分泌失常，将引起糖代谢及无机盐代谢紊乱而出现病症。,盐皮质激素,2性激素,性激素属于类固醇类激素，可分为雄性激素和雌性激素两类。它们与动物的性别及第二性征的发育有关。,性激素的分泌受垂体的促性腺激素LHF 和 SH调节。,脂肪酸衍生物激素,前列腺素简称PG是一类具有生理活性物质的总称，现在已发现有几十种。这类激素广泛存在于生殖系统和其它组织中。,前列腺素的根本构造为含有一个环戊烷及两个脂肪侧链的二十碳脂肪酸。其中主要有E、F、A、B等四类。,前列腺素,E型：C-9为酮基、C-11含有羟基。F型：C-9和C-11均含有羟基。A型：C-9为酮基、C-10和C-11之间有双键。,B型：C-9为酮基，C-8和C-12之间有双键。,所有的前列腺素在侧链的C-13和C-14之间有双键，C-15含有一个羟基。,功 能,不同构造的前列腺素，其功能也不一样，说明前列腺素具有复杂的生理功能。,已经证明，前列腺素对生殖、心血管、呼吸、消化和神经系统等都有显著影响作用。,例如，能使子宫及输卵管收缩，使血管扩张或收缩，可抑制胃酸分泌等。,人体前列腺素的产生和分泌异常是导致许多疾病的重要原因。,一饥饿,糖原消耗,血糖趋于降低,胰岛素分泌减少,胰高血糖素,分泌增加,引起一系列的代谢变化,1. 短期饥饿13天,三、整体水平的代谢调节,1蛋白质代谢变化,分解加强，氨基酸异生成糖,2糖代谢变化,糖异生加强，,组织对葡萄糖利用降低,3脂代谢变化,脂肪发动加强，酮体生成增多,2. 长期饥饿,1蛋白质代谢变化,蛋白质分解减少,2糖代谢变化,肝肾糖异生增强,肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸,3脂代谢变化,脂肪发动进一步加强,脑组织利用酮体增加,二应 激,1. 概念,应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反响的“ 紧张状态 。,2. 机体整体反响,交感神经兴奋,肾上腺髓质及皮质激素分泌增多,胰高血糖素,、生长激素增加，,胰岛素分泌减少,引起一系列的代谢变化,3. 代谢改变,1 血糖升高,2 脂肪发动增强,3蛋白质分解加强,5.6 核酸的生物功能,5.6.1 DNA的复制与生物遗传信息的保持,DNA复制的要点是：,1在复制开场阶段，DNA的双螺旋拆分成两条单链。,2以DNA单链为模板，按照碱基互补配对的原那么, 在DNA聚合酶催化下，合成与模板DNA完全互补的新链，并形成一个新的DNA分子。,转录过程,翻译过程,