代谢的综合与调节,一 、代谢的特点 二、几大代谢物的相互联系 三、代谢的调节,一、 代谢的特点,（一）整体性 各物质的代谢彼此联系，相互依赖和制约 （二）代谢受到严密的调节 机体存在复杂完整的代谢调节网络 （三）不同组织器官的代谢各具特点,1.肝脏： “生物化工厂” “分配中心”， Processes and distributes nutrients the liver has remarkable metabolic flexibility （1）负责维持血糖水平 可合成肝糖原（约150g） 分解的葡萄糖可释放入血 是糖异生主要场所,（2）肝脏脂肪代谢特点 在一般情况下，以脂肪酸作为主要燃料； 是脂肪酸、胆固醇合成的主要部位； 是酮体合成部位； 脂蛋白合成部位 （3）是合成血浆蛋白的主要器官；将氨转变为尿素 （4）贮存某些营养物质（如 Fe ions 和 vitamin A） （5）解毒器官（drugs, food additives, preservatives, and other possibly harmful agents with no food value）.,2.骨骼肌： （1）能合成和贮存肌糖原和磷酸肌酸 （2）休息状态：以脂肪酸和酮体为主要原料 适度运动：除脂肪酸和酮体外，还利用血液葡萄糖 剧烈运动： 动用肌糖原，无氧酵解 磷酸肌酸(10 to 30 mM), （3）可以动员肌蛋白作为燃料,3.心肌：不同于骨骼肌 贮存的燃料极少 在正常时也主要利用脂肪酸为燃料，同时也利用葡萄糖和酮体 进行完全的有氧呼吸（线粒体更多 ） 动脉硬化或冠状动脉血栓：缺氧，心肌死亡（心肌梗死）,4.脂肪组织:以甘油三酯形式贮存和提供脂肪酸 （1）能量充足时：利用G合成脂肪酸并形成TAGs，并贮存来自肝脏的TAGs （2）禁食： TAGs动员 （3）婴儿和冬眠动物的棕色脂肪：产热,5.大脑： （1）神经元细胞正常时以G为唯一燃料，饥饿时可利用酮体 （2）无氧酵解的效率很低 （3) 耗氧量占全身20-25%,6.肾脏：可进行糖异生和生成酮体 正常时：肾脏糖异生生成的G仅占10%，饥饿5-6天，可合成50g/每天 7.哺乳动物成熟红细胞：葡萄糖为唯一燃料，只能进行无氧酵解,（四）ATP是机体利用能量的共同方式 （五）NADPH是机体内还原性合成的共同还原力,二 、三大物质的联系,（一）在能量代谢上的联系 1.都能转化为乙酰辅酶A进入TCA 2.可互相替代，又相互制约 （1）正常时：供能以糖为主 低糖高脂肪膳食：脂肪为主 高蛋白膳食 （2）禁食： 体蛋白 脂肪,（二）物质之间的联系：通过关键代谢物联系在一起 糖与脂肪 糖与氨基酸 脂肪与氨基酸 糖与核苷酸 氨基酸与核苷酸,(一)基本原则 1.活细胞维持着动态平衡（ Dynamic Steady State） 2.在细胞内，每个代谢途径都不可避免地从不同层面上同其他代谢途径交错在一起。 需要复杂的调控机制使每个代谢途径精确地朝正常的方向以及以合适的速率进行，以保证细胞或机体能够适应生存的环境。,三、代谢的调节,例如G- 6-P (肝脏）: Glycolysis（ATP） pentose phosphate pathway （ NADPH and pentose phosphates）, hydrolysis to glucose and phosphate to replenish blood glucose. a number of other possible fates; be used to synthesize other sugars（such as glucosamine, galactose）, for use in protein glycosylation（糖基化） provide acetyl-CoA for fatty acid and sterol synthesis.,3.通过调节酶活性来实现代谢途径的调节 通过调控代谢途径中的限速酶的活性或含量来实现的 4.在选择压力下，生物的调控机制在逐步进化 人类：约 4,000 genes (12%) 编码调控蛋白,(二）调节的多层次 一）细胞水平 1.酶在细胞内的区域化分布；代谢物的穿梭来实现相互联系 避免代谢途径相互干扰 2.通过对限速酶的调节实现代谢调节,二）激素水平的调节 主要方式 特点：微量、高效；有较高的组织和作用效应的特异性 三）神经水平：最高级调节方式 能够协调几种激素的分泌，从多途径进行调节 信号 : 危险、饥饿、 摄食、 血液成分和压力等,1.饥饿 短期饥饿：血糖降低（胰高血糖素升高，胰岛素降低）。肌蛋白分解加强；糖异生加强；脂肪动员加强；组织对葡萄糖的利用减弱 长期饥饿：脂肪动员进一步加强，酮体生成和利用加强；肌肉以肌酸为主要能源；肌蛋白分解减少，肾脏糖异生加强 2.应激 交感神经兴奋：肾上腺素、肾上腺皮质激素、胰高血糖素等水平升高，胰岛素水平降低,第9章 细胞信息（号）转导,细胞的信息转导：细胞间跨膜的信息传递过程。,Cell Communication and Signal Transduction,细胞信号传递的一般过程,特定细胞产生信息物质 信息物质经扩散或血液循环到达靶细胞 信息物质与靶细胞的受体特异性结合 受体转换信号并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应 信号的终止,第一节 信息物质 第二节 受体 第三节 膜受体介导的细胞信号转导途径 第四节 细胞内受体介导的信号转导,第一节 信息物质,信息物质：能够调节靶细胞生命活动的特殊化 学物质,Signal Molecules,一、 细胞间信息物质 （ extracellular signal molecules）,定义：由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质（第一信使，primary messenger）。 配体（ligand）:能与受体特异结合的生物活性分子,（一）分类 1.根据化学本质分类 蛋白质和肽类（水溶性） 氨基酸及其衍生物（水溶性） 类固醇激素（脂溶性） 脂酸衍生物（脂溶性） 甲状腺素（脂溶性） 气体分子（如NO、CO）,2.根据分泌方式分类,1. 激素：内分泌信号(endocrine signal) 血液循环 2.局部化学介质：旁分泌信号(paracrine signal 扩散 3神经递质：突触分泌信号（synaptic signal） 扩散 4、自分泌信号(autocrine signal)：如一些癌蛋白 5.气体信号：NO 、CO（gas signal) 扩散 6.个体间信息物质：昆虫性激素,二、细胞内信息物质(intracellular signal molecules) 在细胞内传递细胞调控信号的化学物质 改变酶活性、开启或关闭离子通道、调节基因转录等 （一）种类 小分子物质:第二信使 信号蛋白分子：如Ras蛋白、底物酶等 （二）第二信使 (secondary messenger) 1、定义：能够代替第一信使行使功能并放大第一信使信号的细胞内小分子信息物质 2、作用 对胞外信号起转换和放大的作用 3、种类 cAMP、cGMP、IP3（1，4，5三磷酸肌醇）和DAG（甘油二酯）、Ca2+ 等。,（三）第三信使(the third messenger) 负责细胞核内外信息传递的物质：DNA结合蛋白 转录因子 转录调节因子,第二节 受体,受体(receptor）： 能与信息物质特异结合，而且能把识别和接受的信号正确地放大和传递，进而引起生物学效应的物质。 多为蛋白，少数是糖脂,一、受体的分类,（一）胞内受体 1、位于细胞浆或细胞核中 2、配体：类固醇激素、甲状腺激素等脂溶性 3、一般为DNA结合蛋白 调节基因的转录水平,（二）膜受体,1、 位于细胞膜上 2、配体特点 分子大或极性强，不能通过细胞膜 3、膜受体特点 （1）多为膜镶嵌糖蛋白,（2）结构特点： 细胞外结构域：特异地识别信号分子 细胞内结构域：功能区域 （3）配体+受体 受体高级结构改变,三、膜受体的类型,（一）离子通道偶联受体(ion-channel coupled receptors)： 信号分子：神经递质 受体蛋白：离子通道,乙酰胆碱受体,肌肉细胞膜（突触后膜）,运动神经末梢（突触前膜）,（二）G蛋白偶联受体 最广泛 也叫7个跨膜螺旋受体（7TM） 1. 特点：受体与靶蛋白（酶或离子通道）之间的联系是通过G蛋白实现的。,2、G蛋白 鸟苷酸结合蛋白（guanylate binding protein）。 是一类能和GTP或GDP相结合，位于细胞膜胞浆侧的外周蛋白。,1）G蛋白的结构特点： 、和亚基组成 两种形式： 非活性形式：G 三聚体形式(G-GDP) 活性形式： G 与G 分离( G GTP),2)G蛋白的种类 Gs （激活腺苷酸环化酶AC) Gi （抑制AC) Gp 等,两种G蛋白的作用,两种G蛋白的作用,（三）酶偶联受体(enzyme coupled receptors),1.特点：受体蛋白具有酶的功能，或激活与受体相关的其他酶蛋白. 2.结构： 配体结合部位（胞外） 催化部位（胞内） 3.类型： 酪氨酸激酶型： 鸟苷酸环化酶型： 酪氨酸磷酸酶型： 丝氨酸苏氨酸激酶型,4.酪氨酸激酶型 1)酪氨酸蛋白激酶受体型 与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰岛素受体。 2)非酪氨酸蛋白激酶受体型 与配体结合后，受体可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性，如生长激素受体。,第三节 膜受体介导的信息转导过程,一、G蛋白偶联型受体系统： （1）蛋白激酶A途径 （2）蛋白激酶C途径 二、cGMP蛋白激酶系统 三、酪氨酸蛋白激酶系统（TPK系统）,一、 G蛋白偶联型受体系统,（一） cAMP-蛋白激酶途径 蛋白激酶A（PKA）途径,1. cAMP的合成与分解 （1）合成：AC(腺苷酸环化酶) （2) 分解：磷酸二酯酶 2.cAMP的作用 是PKA（依赖性cAMP的蛋白激酶）变构激活剂,3PKA的作用：磷酸化效应物质 1）对代谢的调节 如：调节糖原代谢 糖原磷酸化酶b激酶 PP抑制剂 糖原合酶 2）调节基因表达 磷酸化某些转录激活因子：基因转录水平发生变化 3） 细胞兴奋 5羟色胺,4.PKA的特点 有两个R亚基和2个C亚基：C亚基单独时具催化活性 ； R结合cAMP后，释放C亚基,G -GDP HR HR* AC G G -GTP AC* ATP cAMP 生物学效应 靶蛋白 化 PKA* PKA,P,5. 蛋白激酶A途径信息的传递途径,6、实例： 肾上腺素和胰高血糖素对糖原代谢的调节 （1）糖原磷酸化酶 磷蛋白磷酸酶 磷酸化酶b 磷酸化酶a （去P，低活性）磷酸化酶b激酶（磷酸化，高活性） 磷酸化酶b激酶：被磷酸化修饰(PKA催化）后活性高,（2）糖原合酶 磷蛋白磷酸酶(PP) 糖原合成酶b 糖原合成酶a （P化，低活性） （去P化，高） 糖原合酶激酶3,胰高血糖素和肾上腺素调节糖原代谢的机制,胰高血糖素 肾上腺素,AC激活,cAMP浓度升高,激活G s,胰高血糖素受体 或肾上腺素受体,PKA激活,糖原分解加强,磷酸化酶b激酶磷酸化,糖原合酶磷酸化,糖原合成抑制,血糖,磷酸化酶磷酸化,PP抑制剂被磷酸化,PP活性被抑制,PP:磷蛋白磷酸酶,7.信号的终止： 1.激素与受体解离 2.G蛋白结合的GTP裂解为GDP+Pi 3.cAMP转化为5-AMP,8.信号级联放大的机制,(三） Ca2依赖性蛋白激酶途径,也叫蛋白激酶C（PKC)途径,GP H+R HR*