Transcript 第10章物质代谢的联系与调节

第九章
物质代谢的联系与调节
Metabolic Interrelationships & Regulation
细胞信号转导
Cellular Signal Transduction

物质代谢：基本代谢(包括合成代谢与分解
代谢；糖、脂肪、蛋白、核苷酸四大基本
物质在大分子、构件分子和小分子不同层
次间转化的代谢及其各类分子相互间转化
的代谢)
 能量代谢: 能量保障（含TAC和氧化磷酸化）
体内各种物质代谢过程互相联系形成
一个整体
消化吸收
水
脂类
糖类
无机盐
蛋白质
维生素
中间代谢
废物排泄
各种物质代谢之间互有联系，相互依存。
机体物质代谢不断受到精细调节
内外环境
不断变化
影响机体代谢
适应环境
的变化
机体有精细的调节
机制，调节代谢的
强度、方向和速度
细胞信号传导
cellular signal transduction

定义：是环境因素变化（信息）作用于机体
组织细胞，引起机体细胞内生物信息传递、
调节生命活动的一种生物学过程。
 信号传递: 决定物质代谢的方向。细胞内信号
传递是物质代谢方向与细胞外界信息相联系
的重要通道，包括信号感受器、信号处理系
统（即细胞内信号传递系统）和信号响应系
统三部分

细胞信号转导的基本路线
细胞外信号
受体
细胞内多种分子的浓度、活
性、位置变化
细胞应答反应
第一节 物质代谢与物质代谢调节
Substance metabolism and regulation
分解代谢（catabolic metabolism）
 合成代谢（anabolic metabolism）
 代谢转化（metabolic transform）
 代谢通路（metabolic pathway）
 代谢网络（metabolic network)
 中间物质代谢池（intermediate pool）

一、物质代谢的基本特点
The basic Specialty of Metabolism
（一）代谢通路与代谢通路的网络性
糖原
(糖苷键)
甘油三脂
(酯键)
核酸
(磷酸二酯键)
蛋白质
(肽键)
DNA复制
RNA转录
蛋白质翻译
葡萄糖
甘油 + 脂肪酸
氨基酸
磷酸+戊糖+碱基
非必需氨基酸合成
非必需氨基酸合成
分解成尿酸
丙酮酸或乙酰辅酶A
三羧酸循环与氧化磷酸化
• 各种物质代谢之间互有联系，相互依存。
•代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及
方向由其中的关键酶决定 。
•关键酶催化的反应具有以下特点：
① 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)。
② 催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的
活性决定整个代谢途径的方向。
③ 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。
例：糖代谢的关键酶
代谢通路与分支物质

物质代谢通路是细胞内一系列相关联的具有一定代谢方向的
酶促反应的全部集合，能将一定的起始物转换为一定的终产
物，本质是酶促反应。

物质代谢通路的基本特征：①决定代谢方向或强度的是关键
酶活性；②代谢模式有分支的、循环的和直线的；③ 代谢
通路间通过共享分支物质的联系形成物质代谢网络。

重要的分支物质有6-磷酸葡萄糖、丙酮酸、乙酰辅酶A、一
碳单位、草酰乙酸、甘油等。
（二）物质代谢通路的集约性
1. 仅有六种最基本的酶促化反应类型
2. 不同物质代谢大多采用类似的代谢策略
3. 最古老的代谢途径为多数代谢所保留或共享
4. 酶促反应集约性的根源在于生物基因组进化时采
用了基因单拷贝复制与复制基因的变异选择策略
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。

例如：
脂肪分解增强
糖分解被抑制
ATP 增多
ATP/ADP 比值增高
6-磷酸果糖激酶-1被抑制
(糖分解代谢限速酶之一)
（三）不同组织器官或同一细胞不同亚细胞部位物
质代谢各有特点
1. 参与物质代谢的酶在各亚细胞器内分布区域化的差异
①生物学意义：减少干扰；局部浓缩 。
真核细胞内主要代谢酶系的区域化分布
酶 系
亚细胞区域
酶 系
亚细胞区域
糖酵解
胞液
线粒体
磷酸戊糖途径
胞液
呼吸链、氧化磷
酸化
蛋白质合成
糖原分解、合
成
糖异生
胞液
生物转化
内质网
胞液、线粒体
DNA合成
胞核
脂肪酸合成
胞液
RNA合成
胞核
脂肪分解
胞液
血红素合成
胞液、线粒体
脂肪酸氧化
线粒体
胆固醇合成
胞液、内质网
三羧酸循环
线粒体
尿素生成
胞液、线粒体
胞液、内质网
②消除隔离使物质代谢循环进行的主要方式
膜蛋白与运载体的协助；
方式有主动转运、被动转运、偶联转运等，其中
各种形式的线粒体穿梭、氨基酸的γ谷胱甘酰基循环等
是偶联转运的重要形式。
2. 参与物质代谢的酶在生物机体各器官组织内
分布区域化的差异
①生物学意义：各器官组织各司其职，肝脏是生
物机体物质代谢的中心。
脑、红细胞、肌肉、脂肪组织、血液循环以及肺肾脏
等各有其特殊的物质代谢要求
肝
•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。
如
肝在糖代谢中的作用
• 合成、储存糖原
• 分解糖原生成葡萄糖，释放入血
• 是糖异生的主要器官
——肝在维持血糖稳定中起重要作用。
心脏
酮体
乳酸
游离脂酸
葡萄糖
• 以葡萄糖有氧氧化供能为主。
脑
•耗能大，耗氧多。
•葡萄糖为主要能源。
•不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。
肌肉
•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。
红
细
胞
•能量主要来自糖酵解。
脂肪组织
•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。
肾脏
•也可进行糖异生和生成酮体；
• 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。
②各器官组织通过特殊的代谢循环相互联系
葡萄糖－丙氨酸循环
乳酸循环
（四）物质代谢网络支撑的能量基础
1. 物质代谢网络中的无效循环(futile cycle)
无效循环中两物质自由
能始终有差异，自由能一高
一低。
酶的参加不改变酶促反
应的热力学性质，按照热力
学第二定律，两物质间是否
发生反应必须遵从熵减少的
原则，因此要使无效循环发
生，必须从无效循环外注入
能量。
2. 能量物质(fuel)的投入是推动无效循环的重要环节
证据：大多数分子参与合成前时均需ATP活化；以ATP能
量的消耗，可将一些在自由能上根本不能进行的反应通过偶联
作用得以进行；生物体始终是分解产能的反应大于合成反应。
哲学意义：生物是贪婪的，自私的，耗能的。
3. ATP是生物
机体中最重要
的通用能源分
子，ATP由能
源物质分解代
谢产生；还原
当量物质是联
系物质分解代
谢与ATP生成
的桥梁
（五）物质代谢的功利性与可调节性
1. 物质代谢的功利性
细胞内物质代谢和能量代
谢主要是为了⑴适应外界环境的变化，尤其是食物营
养物质供应变化的需要，即物质的可利用性；⑵适应
细胞生物自身物质代谢和能量代谢不断变化发展的需
求，例如能量指数ADP/ATP的动态变化；⑶适应自
身结构化的器官或亚细胞结构单位生物化学功能分工
的不同以及由此分工形成的相互补充性，即生物要解
决物质的隔离与转运问题
内外环境
不断变化
影响机体代谢
适应环境
的变化
机体有精细的调节
机制，调节代谢的
强度、方向和速度
2. 物质代谢通路的可调节性
①健全的生物调节系统包括环境变化的信息
感受器、信息处理分析器和应答机构，信息分
子是联动各生物调节机构的重要媒介，分为作
用物调节、神经激素调节以及器官水平调节。
Sensor
Processor
Response executor
信息分子如反应体系中CTP浓度、血糖浓度、环境
中威胁生存的应激信号等
作用物水平调节
ATP + CO2+ 谷氨酰胺
-
氨基甲酰磷酸
天冬氨酸
氨基甲酸天冬氨酸
PRPP
UMP
UTP
-
-
CTP
嘌呤核苷酸
ATP + 5-磷酸核糖
嘧啶核苷酸
激素水平调节
器官系统水平调节
感受器
分析器
效应器
感觉系统
神经系统
骨骼肌肉系统
②按作用物水平调节方式分类,物质代谢模式有(a)
直线型， (b)分支型， (c)循环型等，因此不同类型代谢
模式其生物调节的策略不尽相同，例如直线型的代谢通
路有底物的多米诺骨推牌式调节或产物的负反馈调节等，
例如糖的酵解途径，嘧啶核苷酸从头合成等；分支的代
谢通路有比例调节或交互调节，例如从IMP到AMP或到
GMP的代谢，6-磷酸葡萄糖到糖元合成或磷酸戊糖途径
或酵解途径等；循环的代谢通路有规模放大或规模缩小
性调节，例如三羧酸循环等。
a
c
b
+
③物质代谢调节的最终调节机构是对代谢通
路中关键酶活性的调节。
二、关键酶的调节
Regulation of Metabolic Key Enzyme
酶活性的正常发挥依赖于：
酶的结构
酶的含量
酶的分布
• 快速代谢
数秒、数分钟
通过改变酶的活性
变构调节
(allosteric regulation)
化学修饰调节
• 迟缓代谢
数小时、几天
通过改变酶的含量
(chemical modification)
（一） 酶结构的调节
—酶变构调节和酶共价修饰调节
1. 变构调节 (Allosteric regulation)
(1) 定义
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。
•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 activator
——引起酶活性增加的变构效应剂。
• 变构抑制剂allosteric inhibitor
——引起酶活性降低的变构效应剂。
（2） 变构调节的机制
催化亚基
变构酶
调节亚基
(Allosteric enzyme)
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
疏松
紧密
酶的构象改变
亚基聚合
亚基解聚
酶分子多聚化
酶的活性改变
（激活或抑制 ）
（3） 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
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
促进糖的储存
G-6-P
–
糖原磷酸化酶
抑制糖的氧化
③变构调节使不同的代谢途径相互协调。
柠檬酸
+
乙酰辅酶A
羧化酶
促进脂酸的合成
–
6-磷酸果糖激酶-1
抑制糖的氧化
2. 化学修饰调节（chemical modification）
(1) 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。
ATP
ADP
蛋白激酶
Thr
Thr
Ser -OH
Ser
Tyr
Tyr
磷蛋白磷酸酶
酶蛋白
Pi
H2O
-O-PO32-
磷酸化的
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
(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
(3) 化学修饰的特点
①酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在
不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互
相转变。催化互变反应的酶在体内可受调
节因素如激素的调控。
②具有放大效应，效率较变构调节高。
③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。
（二）酶量调节
—酶蛋白合成与降解的调节
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)
常见的诱导或阻遏方式
Ⅰ 底物对酶合成的诱导和阻遏
Ⅱ 产物对酶合成的阻遏
Ⅲ 激素对酶合成的诱导
Ⅳ 药物对酶合成的诱导
诱导（induction）
阻遏基因
DNA
I
pol
P
O
Z
Y
A
mRNA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
DNA
I
pol
P
O
Z
启动转录
mRNA
Y
A
mRNA
β-半乳糖苷酶
阻遏蛋白
半乳糖
有乳糖存在时
图13-4
lac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节
乳糖
2. 酶蛋白降解
•通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调
节酶的含量。
溶酶体
—— 释放蛋白水解酶，降解蛋白质
蛋白酶体
—— 泛素识别、结合蛋白质；
蛋白水解酶降解蛋白质
三、 酶蛋白分布差异调节与同工酶调节
* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1～ LDH5)
H H
H H
H H
H M
H H
M M
H M
M M
M M
M M
LDH1
(H4)
LDH2
(H3M)
LDH3
(H2M2)
LDH4
(HM3)
LDH5
(M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
COOH
NADH + H+
NAD+
CHOH
C=O
乳酸脱氢酶(LDH)
CH3
丙酮酸
*
COOH
CH3
乳酸
定义
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，
而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不
同的一组酶。
第二节
细胞内信号传递与物质代谢
Cellular Signal Transduction
and Metabolism
举例：信号转导途径：
信号受体反应
手触摸含羞草后小叶合拢
手触摸就是刺激（信号），小
叶合拢就是反应。偶联刺激到
反应之间的生化和分子途径就
是这个反应的信号转导途径。
（ signaling pathway）
外界环境变化时
单细胞生物 —— 直接作出反应
多细胞生物 ——通过细胞间复杂的信号传递
系统来传递信息，从而调控机体活动。
单细胞生物
25亿年
多细胞生物
社会化
机体是细胞王国
信息流
物质流
能量流


细胞通讯（cell communication）是体
内一部分细胞发出信号，另一部分细胞
（target cell）接收信号并将其转变为细
胞功能变化的过程。
细胞针对外源信息所发生的细胞内生物
化学变化及效应的全过程称为信号转导
（signal transduction）。
年度
重要发现
诺贝尔奖获得者
1923年 胰岛素
Frederick Grant Banting
John James Richard Macleod
1936年 神经冲动的化学传递
Henry Hallett Dale
Otto Loewi
1950年 肾上腺皮质激素
Edward Calvin Kendall
Philip Showalter Hench
Tadeus Reichstein
Sir Bernard Katz
神经末梢的神经递质的合成、释
Ulf von Euler
1970年
放及灭活
Julius Axelrod
1971年 激素作用的第二信使机制
Earl Wilber Sutherland
Sune K. Bergström
1982年 前列腺素及相关的生物活性物质 Bengt I. Samuelsson
John R. Vane
1986年 生长因子
Stanley Cohen
Rita Levi-Montalcini
年度
重要发现
诺贝尔奖获得者
1992年
蛋白质可逆磷酸化调节机制
Edmond H. Fischer
Edwin G. Krebs
1994年
G蛋白及其在信号转导中的作用
Alfred Gilman，Martin Rodbell
1998年
一氧化氮是心血管系统的信号分子
Robert F. Furchgott，Louis J.
Ignarro，Ferid Murad
2000年
神经系统有关信号转导
Arvid Carlsson，Paul
Greengard，Eric R. Kandel
2001年
细胞周期的关键调节分子
Leland H. Hartwell
R. Timothy Hunt
Paul M. Nurse
2003
细胞膜离子通道作用机制
Peter Agre
Roderick MacKinnon
2004
嗅受体及其作用机制
Richard Axel，Linda B. Buck
2004
泛素介导的蛋白质降解
Aaron Ciechanover，Avram
Hershko，Irwin Rose

细胞信号转导的基本路线
细胞外信号
受体
细胞内多种分子的浓度、活
性、位置变化
细胞应答反应
信息分子
 信息分子的含义：
能在细胞之间传递生物信息的一类化学小分子物
质。
其中，在细胞间进行信息传递的信息分子称为第
一信使；在细胞内进一步传递第一信使的信息分子称
为第二信使。
已知的第二信使有cAMP、cGMP、IP3、DG和Ca2+
第一信使化学性质
* 蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、
胰岛素等）
* 氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、
肾上腺素等）
* 类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等）
* 脂酸衍生物（如前列腺素）
* 气体（如一氧化氮、一氧化碳）等
第二信使化学性质
无机离子：如 Ca2+
脂类衍生物：如DAG
核苷酸：如cAMP、cGMP
糖类衍生物：如IP3
信号蛋白分子

根据体内化学信号分子作用距离，可以将
其分为三类：
①作用距离最远的内分泌（endocrine）系统化学
信号，称为激素；
②属于旁分泌（paracrine）系统的细胞因子，主
要作用于周围细胞；有些作用于自身，称为自
分泌（autocrine）。
③作用距离最短的是神经元突触内的神经递质
（neurotransmitter）。
化学信号的分类
神经分
泌
化学信号的名
称
作用距离
受体位置
举例
内分泌
激素
神经递
质
nm
m
膜受体 膜或胞内受体
胰岛素
乙酰胆
碱
生长激素
谷氨酸
自分泌及旁分泌
细胞因子
m
膜受体
表皮生长因子
神经生长因子
激素信息分子的作用特点
信息分子需求低，激素浓度本身很低；
 半寿期较短；
 只作用于靶细胞。

•受体：存在于靶细胞上感受信息分子，并将
胞外信息转换为胞内信息的分子。
受体的作用：
一是识别外源信号分子，即配体（ligand）；
二是转换配体信号，使之成为细胞内分子可识
别的信号，并传递至其他分子引起细胞应答。
按作用机制分：
作用于细胞膜受体的细胞信号传导
作用于细胞内受体的细胞信号传导
一、细胞内信号传导过程
1957年，E. Sutherland在研究肾上腺素促进肝
糖原分解的机制时发现，这些激素的作用依赖于细
胞产生一种小分子化合物环腺苷酸（cyclic AMP，
cAMP），从而提出了cAMP是激素在细胞内的第
二信使这一著名的激素信号跨膜传递学说。
（一）细胞膜受体及其细胞内信号传导过程
1、 cAMP 介导跨膜信号转导
组成
胞外信息分子，G蛋白偶联受体，G蛋白，
腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase，AC)，
cAMP，蛋白激酶 A(protein kinase A，PKA)
G蛋白偶联受体转导信号的基本方式
配体与受体结合
受体活化G蛋白
G蛋白激活或抑制效应分子
效应分子改变第二信使的含量与分布
第二信使作用于相应的靶分子，构象改变，
改变细胞的代谢过程及基因表达等功能
（1）利用AC-cAMP-PKA转导信号的部分化学信号
促肾上腺皮质激素
促黑素 (MSH)
促肾上腺皮质激素释放
嗅觉分子
激素
多巴胺
甲状旁腺素
肾上腺素
前列腺素E1,E2
5-HT（1a）、5-HT
胰高血糖素
（2）
组织胺（H2受体）
生长激素抑制素
促黄体激素
味觉分子
（2）G 蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors)
又称七个跨膜螺旋受体/蛇型受体(serpentine
receptor)
G蛋白偶联受体的结构
矩型代表-螺旋， N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。
（3） G蛋白(guanylate binding protein)
是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞
浆面的外周蛋白，由、、 三个亚基组成。
有两种构象：非活化型；活化型
两种G蛋白的活性型和非活性型的互变
目录
H
腺苷酸环化酶
AA
CC
R
Ｒ
β
β
γ
α
γ
GDP
cAMP
GTP
ATP
G蛋白循环
信息传递过程中的Ｇ蛋白
Ｇ蛋白的类型
亚基
Ｇs
s
激活腺苷酸环化酶
Ｇi
i
抑制腺苷酸环化酶
Ｇp
p
激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶Ｃ
Ｇo*
o
大脑中主要的Ｇ蛋白,可调节离子通道
ＧT * *
Ｔ
激活视觉
功 能
*o表示另一种(other) ＊＊T ：传导素 (transductin)
（4）cAMP：第二信使
NH2
N
O
O
CH2
P
O
N
O
OH
cAMP
OH
N
N
cAMP 的合成与分解
AC
ATP
磷酸二酯酶
5´-AMP
cAMP
Mg2+
Mg2+
PPi
H2O
NH2
N
O
O
O
HO P O P O P O CH2
OH
OH
N
N
（5）腺苷酸环化酶
(adenylate cyclase,AC)
N
O
OH
NH2
N
ATP
O
NH2
N
HO P O CH2
N
O
OH
O
CH2
P
O
N
O
OH
OH
cAMP
N
O
AMP
N
OH OH
N
磷酸二酯酶
OH OH
(phosphodiesterase, PDE)
N
cAMP的生成可增多也可减少，与G蛋白
的种类有关。
（6）蛋白激酶A（protein kinase A）
PKA的激活
R
C
调节亚基
催化亚基
蛋白激酶A
（cAMP-dependent protein kinase，PKA）
cAMP
R
Ｃ
R
Ｃ
R： 调节亚基
C： 催化亚基
PKA的作用
① 对代谢的调节作用
通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其
调节功能。
磷酸化酶激酶ｂ
ATP
PPi
PKA
磷蛋白磷酸酶
肾上腺素 ＋受体
肾上腺素 · 受体复合物

磷酸化酶激酶ａ
激活Ｇ蛋白
ATP
激活AC
磷酸化酶ｂ
ATP
PPi
cAMP
磷酸化酶ａ
磷蛋白磷酸酶
H2O


抑制物Ｉb

肾上腺素对糖
原代谢的影响
PKA
ATP
磷蛋白磷酸酶
抑制物Ｉa
PPi
目录
(2) 对基因表达的调节作用
受cAMP调控的基因中，在其转录调控区有一
共同的DNA序列(TGACGTCA)，称为cAMP应答元
件(cAMP response element , CRE)。
cAMP应答元件结合蛋白 (cAMP response
element bound protein,CREB)可与CRE结合
PKA可改变CREB的活性，进而调节此基因的
转录。
细胞膜
Gs
AC
ATP
C
C
cAMP
R
蛋白磷酸化
C
C
R
R
2cAMP
R
2cAMP
Pi Pi Pi
N
CREB
转录活化域
DNA结合域
核膜
Ｃ
Pi
DNA
Ｃ
Ｒ
Ｅ
Ｂ
Ｃ
Pi
Ｃ
Ｒ
Ｅ
Ｂ
Ｃ
Ｒ
Ｅ
Ｂ
ＣＲＥ
Pi
Ｃ
Ｒ
Ｅ Pi
Ｂ
结构基因
蛋白质
细
胞
核
PKA 对底物蛋白的磷酸化作用
底物蛋白
磷酸化的后果
生理意义
组蛋白
失去对转录
的阻遏作用
转录，促进
蛋白质的合成
核蛋白体蛋白 加速翻译
促进蛋白质的合成
细胞膜蛋白
膜蛋白构象及
功能改变
改变膜对水及离子
通道的通透性
微管蛋白
构象和功能改变 影响细胞分泌
心肌肌原蛋白 易与C a2+ 结合
加强心肌收缩
此类受体的信息传递可归纳为
激素
受体
Ｇ蛋白
酶
第二信使
蛋白激酶
酶或其他功能蛋白
生物学效应
胰高血糖素受体通过AC-cAMP-PKA通路转导信号
霍乱 (Cholera)
机制 (mechanism)
表现 (manifestation
肠
Na+
H2O Cl-
cAMP ↑ ↑ ↑
CT
Gs
AC
腔
剧
烈
腹
泻
，
脱
水
，
休
克
2、 cGMP 介导跨膜信号转导
组成
胞外信息分子，G蛋白偶联受体，G蛋白，
鸟苷酸环化酶 (guanylate cyclase，GC)，
cGMP，蛋白激酶G(protein kinase G，PKG)
鸟苷酸环化酶（GC）
（adenylate cyclase，AC）（guanylate cyclase，GC）
cGMP的结构及其代谢
鸟
蛋白激酶G是cGMP的靶分子

cGMP作用于cGMP依赖性蛋白激酶
（cGMP-dependent protein kinase，
cGPK），即蛋白激酶G（protein kinase G，
PKG）。
cGMP激活PKG示意图
3.甘油二酯、三磷酸肌醇介导的
跨膜信号转导
组成
胞外信息分子，G蛋白
磷脂酶C(phospholipase C, PLC)
甘油二脂(diacylglycerol, DAG)
三磷酸肌醇( inositol 1, 4, 5 triphosphate, IP3 )
蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)
DG，IP3的生成
PLC
PIP2
PIP2：磷脂酰肌醇4，5二磷酸
DG + IP３
激活磷脂酶C产生DG、IP3的信息分子
神经递质： 5-HT、乙酰胆碱等
多肽类激素：促肾上腺激素、血管紧张素等
细胞因子： 神经生长因子、白细胞介素等
DG的 功 能
DG：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活
PKC
* PKC的生理功能
① 调节代谢
活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝 、苏氨
酸残基磷酸化。
靶蛋白包括： 质膜受体、膜蛋白和多种酶。
② 调节基因表达
PKC 对基因的活化分为早期反应和晚期反应。
DG/PKC信号传导途径：
（胞膜）
DG
蛋白激酶Ｃ（ＰＫＣ）
酶或蛋白质磷酸化
生物效应
DG的降解
DG──→甘油 ＋ 脂肪酸
DG
磷脂
IP3的 功 能
IP3：促使内质网中储存的Ca2+释放
IP3
内质网或肌质网
钙通道开放
（钙离子外高内低）
细胞内钙离子浓度突然升高
IP3和钙离子的第二信使作用
IP3使胞液中[Ca2+]升高
Ca2+激活蛋白激酶C(PKC)、钙调蛋白
钙调蛋白(calmodulin , CaM)：是一种钙结
合蛋白，每分子可结合四个Ca2+，结合后
构象改变，具有活性。
Ca2+与钙调蛋白激活CaM-PK
CaM-PK:钙离子/钙调蛋白依赖的蛋白激酶
CaM-PK表现激酶活性
CaM-PK的作用:
平滑肌的收缩和肌张力增加;
将钙离子泵出细胞外;
加速神经递质的合成:如儿茶酚胺和5-HT;
调节细胞的形态与运动等
利用PLC-IP3/DG-PKC转导信号的部分化学信号
乙酰胆碱[M1]
光(果蝇)
5-HT（1c）
ATP
促胃泌激素
释放肽
促甲状腺激素释放激
素(TRH)
肾上腺能激动
剂
谷氨酸
后叶加压素-抗利尿
激素
血管紧张素II
促性腺激素
释放激素
(GRH)
组织胺 [H1受体]
IP3和钙离子的清除
IP3可在肌醇磷酸酶的催化下，脱去5位上的磷酸
基团，生成肌醇1,4二磷酸而失活。后者进一步脱去
磷酸而变为肌醇。
钙离子可由细胞膜下的钙泵泵出细胞外。
4.酪氨酸蛋白激酶介导的跨膜信号转导
酪氨酸蛋白激酶介导的跨膜信号转导主要存在
于一些与酪氨酸蛋白激酶偶联的受体，当这些受体
与信息分子结合后，不需要通过G蛋白的转导，可
以使酪氨酸蛋白激酶活化，从而把细胞的信息传入
细胞内。
酪氨酸蛋白激酶
(tyrosine – protein kinase, TPK)
Ｈ ＋ Ｒ
Ｈ－Ｒ复合物
传
递
过
程
激活酪氨酸蛋白激酶
酪氨酸蛋白质磷酸化
生物效应
信息分子：
主要是一些细胞因子，如生长因子，表皮生长因
子等。故与受体偶联的酪氨酸蛋白激酶常常与细胞的
生长功能有关，酪氨酸蛋白激酶所介导的信息通路因
此在细胞的生长调节功能方面有重要的作用。
表皮生成因子（EGF）、
血小板生成因子（PDGF）、
集落刺激因子1（CSF-１）、
胰岛素和类胰岛素生成因子1（IGF-1）
表皮生长因子受体作用机制：
酪氨酸蛋白激酶的信息传递作用
细胞生长因子等的受
体胞内肽段常含有内在的
酪氨酸蛋白激酶的结构域，
当这些生长因子等信息分
子与受体相结合后，导致
受体形成二聚体，并进一
步进行自身磷酸化，以便
能被不同的下游分子所识
别。
（二）胞内受体介导的信息传递

胞内受体
核内受体
胞浆内受体

配体
类固醇激素
甲状腺激素
胞
内
受
体
激
素
的
作
用
方
式
激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体
腺苷环化酶
（无活性）
腺苷环化酶（有活性）
ATP
cAMP
磷酸化酶b激酶
PKA
PKA
(无活性)
(有活性)
磷酸化酶b激酶-P
糖原合酶
糖原合酶-P（无） 磷酸化酶b
糖原合成降低
G
糖
浓
磷酸化酶a-P（有）
糖原分解增强
度
增
加
释
放
入
血
第三节 整体水平的代谢调节
（一）饥饿
1. 短期饥饿（1～3天）
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）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
脂肪动员加强，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
脂肪动员进一步加强
脑组织利用酮体增加
• 饥饿时
肝糖原分解 ，肌糖原分解
1~2天
肝糖异生，蛋白质分解 
3~4周
以脂酸、酮体分解供能为主
蛋白质分解明显降低
（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
反应的“ 紧张状态 ”。
2. 机体整体反应
• 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） 脂肪动员增强
（3）蛋白质分解加强