第十一章 物质代谢的联系与调节(教学).ppt

1,科学出版社案例式教材生物化学课件,第一节物质代谢的特点第二节物质代谢的相互联系第三节某些组织、器官的代谢特点第四节代谢调节,第11章物质代谢的联系与调节,2,科学出版社案例式教材生物化学课件,第一节物质代谢的特点,一、整体性,3,科学出版社案例式教材生物化学课件,1.各种物质代谢同时进行，并互有联系，相互转变，相互依存，相互制约，构成统一整体。2.各类物质的代谢必须机体整体的需要。,4,科学出版社案例式教材生物化学课件,二、物质代谢偶联能量代谢,新陈代谢,同化作用,异化作用,物质合成,吸收能量,物质分解,释放能量,物质代谢,能量代谢,物质代谢总是伴随有能量代谢,5,科学出版社案例式教材生物化学课件,三、代谢途径的多样性,代谢途径有以下几种基本类型：,分支途径,直线途径：从起始物到终产物的整个反应过程无代谢分支。,6,科学出版社案例式教材生物化学课件,循环途径,7,科学出版社案例式教材生物化学课件,8,科学出版社案例式教材生物化学课件,机体代谢途经多种多样，并通过共同的中间物相互联系形成复杂的、网络状结构。,9,科学出版社案例式教材生物化学课件,四、代谢调节,酶活性/含量的变化,机体调节代谢的强度、速度和方向,10,科学出版社案例式教材生物化学课件,1.机体内外环境总是在不断变化的，机体代谢只有发生相应变化才能适应内外环境的变化，机体才能健康。所以，代谢需要调节。2.机体代谢调节是通过酶的调节实现。,11,科学出版社案例式教材生物化学课件,五、物质代谢的组织特异性,12,科学出版社案例式教材生物化学课件,六、各种代谢物均具有共同的代谢池,13,科学出版社案例式教材生物化学课件,无论是机体外摄入的营养物或体内各组织细胞的代谢物，只要是同一化学结构的物质在进行中间代谢时，不分彼此，进入到共同的代谢池中参与代谢。,14,八、NADPH为某些物质合成提供还原当量,七、ATP是机体能量储存与利用的共同形式,15,科学出版社案例式教材生物化学课件,第二节物质代谢的相互联系,一、在能量上的相互联系二、在物质代谢上的联系,16,糖,脂肪,蛋白质,葡萄糖,甘油、脂肪酸,氨基酸,乙酰辅酶A,CO2,第一阶段（放能1%）,第二阶段（放能1/3）,第三阶段（放能2/3）,一、在能量上的相互联系,17,科学出版社案例式教材生物化学课件,（一）能量代谢途经的特点：1.糖、脂、蛋白分解代谢都生成乙酰辅酶A2.糖、脂、蛋白分解代谢有共同的最后途经（三羧酸循环）和氧化磷酸化,18,科学出版社案例式教材生物化学课件,（二）人体能量代谢的基本特点：从能量供应的角度看，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。,19,科学出版社案例式教材生物化学课件,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：,20,科学出版社案例式教材生物化学课件,饥饿时,12天,（三）从饱食到饥饿人体供能的变化,21,（一）糖代谢与脂代谢之间的相互联系,1、糖与脂肪的相互转变,乙酰CoA,脂肪酸,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,糖,脂肪,二、糖、脂、蛋白质及核苷酸代谢之间的相互联系,丙酮酸,22,2.糖可以转变为胆固醇,甘油,乙酰CoA、NADPHH+,糖,3.也可能为磷脂合成提供原料,糖,脂酸,氨基酸,23,糖代谢与脂代谢之间的相互联系,糖可转变为脂肪糖可转变为胆固醇也可能为磷脂合成提供原料脂类中的甘油部分可转变为糖,24,科学出版社案例式教材生物化学课件,4.糖代谢的正常进行是脂肪分解代谢顺利进行的前提,胰岛素缺乏引起酮体酸中毒？,（1）胰岛素是维持己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶活性的重要激素。（2）胰岛素缺乏时，人体主要以脂供能。,25,科学出版社案例式教材生物化学课件,糖代谢障碍会使三羧酸循环受阻,26,科学出版社案例式教材生物化学课件,糖尿症,糖代谢障碍,受阻,（3）酮体酸中毒是乙酰CoA不能顺利进入三羧酸循环，酮体利用发生障碍，导致酮体过高。,27,科学出版社案例式教材生物化学课件,（二）糖代谢与氨基酸代谢的相互联系,1、糖与氨基酸转变,28,2.糖可以转变为非必须氨基酸大部分氨基酸，（除Leu，Lys外），脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。,生酮氨基酸：Leu，Lys.生糖兼生酮氨基酸：Ile，Phe，Tyr，Thr，Trp生糖氨基酸:,29,科学出版社案例式教材生物化学课件,糖代谢与氨基酸代谢的相互联系,1.糖可为非必须氨基酸,2.糖可以转变为非必须氨基酸大部分氨基酸，（除Leu，Lys外），脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。,生酮氨基酸：Leu，Lys.生糖兼生酮氨基酸：Ile，Phe，Tyr，Thr，Trp生糖氨基酸:,30,科学出版社案例式教材生物化学课件,（三）脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系,1.脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸,但不能说，脂类可转变为氨基酸。,31,科学出版社案例式教材生物化学课件,2.除亮氨酸和赖氨酸外，其他18种氨基酸可以转变为脂肪。,3.所有氨基酸的分解代谢可提供乙酰CoA参与胆固醇合成。,4.丝氨酸等是合成磷脂的原料,丝氨酸,胆胺,胆碱,32,科学出版社案例式教材生物化学课件,脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系,氨基酸可转变成脂肪、胆固醇及磷脂脂类中的甘油部分可转变为非必需氨基酸,33,科学出版社案例式教材生物化学课件,（四）核苷酸与其他物质代谢的相互关系,1.氨基酸是体内合成核苷酸的重要原料,甘氨酸,一碳单位,合成嘌呤,合成嘧啶,2.磷酸核糖、NADH+H+由磷酸戊糖途径提供。,谷氨酰胺,天冬氨酸,34,科学出版社案例式教材生物化学课件,3、核苷酸与糖、脂肪、蛋白质代谢的相互联系,ATP是能量和磷酸基团转移的重要物质UTP参与单糖的转变和多糖的合成CTP参与卵磷脂的合成GTP供给合成蛋白质时需要的能量,35,葡萄糖,丙酮酸,G-6-P,3-磷酸甘油,磷酸烯醇式丙酮酸,乙酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油,-酮戊二酸,草酰乙酸,36,枢纽性中间产物沟通不同的代谢途经1、糖酵解、糖异生、有氧氧化、磷酸戊糖途经、糖原代谢的交汇点：6磷酸葡萄糖（6C）。2、糖、核苷酸代谢的交汇点：5磷酸核糖（5C）。3、糖、甘油代谢的交汇点：磷酸二羟丙酮（3C）。4、糖、脂、氨基酸分解代谢的交汇点：乙酰辅酶A。5、氨基酸、核苷酸代谢的交汇点：一碳单位（1C）。6、3个重要氨基酸与糖代谢的交汇点：Asp草酰乙酸（4C）、Glu酮戊二酸（5C）Ala丙酮酸（3C）,37,肝,人体最大的代谢器官，被称为人体的“中心生化工厂”。在糖、脂、蛋白质、水、无机盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。,第三节某些组织、器官的代谢特点,38,科学出版社案例式教材生物化学课件,心,第三节某些组织、器官的代谢特点,主要以有氧氧化途径氧化供能,39,科学出版社案例式教材生物化学课件,第三节某些组织、器官的代谢特点,脑,耗能大，耗氧多(2025%)。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。,40,科学出版社案例式教材生物化学课件,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。,第三节某些组织、器官的代谢特点,肌肉,41,科学出版社案例式教材生物化学课件,第三节某些组织、器官的代谢特点,红细胞,能量主要来自糖酵解（葡萄糖）,42,科学出版社案例式教材生物化学课件,第三节某些组织、器官的代谢特点,脂肪,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，但脂肪不能利用甘油。,缺乏甘油激酶,脂库,43,科学出版社案例式教材生物化学课件,第三节某些组织、器官的代谢特点,肾,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。,44,科学出版社案例式教材生物化学课件,第四节代谢调节,代谢调节普遍存在于生物界，是生物进化过程中逐步形成的一种适应能力。生物进化程度愈高其代谢调节愈精细、愈复杂。,单细胞生物,主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性和/或含量进行调节，这种调节称为原始（基础）调节或细胞水平代谢调节。,45,科学出版社案例式教材生物化学课件,高等动物,三级水平代谢调节,46,科学出版社案例式教材生物化学课件,一、细胞水平的代谢调节,（一）酶的分布：细胞内酶的隔离分布（二）酶的结构调节。（三）酶的含量调节。,细胞水平的代谢调节主要是酶水平的代谢调节,47,丙酮酸氧化;三羧酸循环-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化,酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;,核酸合成,蛋白质合成磷脂合成,（一）酶定位的区域化,48,科学出版社案例式教材生物化学课件,酶隔离分布的意义:,1.使同一代谢途径酶促反应高效进行。2.使各种代谢途径互不干扰，彼此协调。3.有利于调节物对各途径的特异调节。,49,某些代谢途径（酶体系）在细胞内的分布,50,科学出版社案例式教材生物化学课件,（二）酶结构的调节,酶结构的调节：通过酶结构的改变，使其活性发生变化。调节特点是效应快，时效短。,关键酶（keyenzyme）：能改变代谢的速度或方向的酶。,51,科学出版社案例式教材生物化学课件,关键酶或调节酶具有如下特点：,催化反应速度慢，活性大小决定整个代谢途径的总速度，故又称为限速酶,酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。,通常处于代谢途径的起始部位或分支处。,催化单向反应或非平衡反应，活性决定整个代谢途径的方向。,52,某些代谢途径的关键酶,53,科学出版社案例式教材生物化学课件,某些代谢途径的关键酶,54,科学出版社案例式教材生物化学课件,1、变构调节,（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的非共价键的结合，引起酶分子构象变化，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。,55,科学出版社案例式教材生物化学课件,变构激活剂变构抑制剂,变构酶或别构酶(allostericenzyme)受变构调节的酶，其特点是具有变构部位。变构效应剂使酶发生变构效应的物质。有底物、终产物其他小分子代谢物,56,科学出版社案例式教材生物化学课件,（2）变构调节的机制,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）,57,科学出版社案例式教材生物化学课件,（3）变构调节的生理意义,代谢终产物反馈抑制反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多，避免原材料的浪费。,抑制,58,科学出版社案例式教材生物化学课件,通过变构调节，使能量得以有效储存,G-6-P,抑制,激活,糖原磷酸化酶,抑制糖的氧化,糖原合酶,促进糖的储存,59,科学出版社案例式教材生物化学课件,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,柠檬酸,抑制,激活,6-磷酸果糖激酶-1,抑制糖的氧化,乙酰CoA羧化酶,促进脂酸的合成,60,科学出版社案例式教材生物化学课件,61,科学出版社案例式教材生物化学课件,2、化学修饰调节,（1）化学修饰调节的概念,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，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰调节。,62,科学出版社案例式教材生物化学课件,（2）化学修饰的主要方式,磷酸化-去磷酸（最常见，最重要）,乙酰化-脱乙酰,甲基化-去甲基,腺苷化-脱腺苷,SH与SS互变,63,科学出版社案例式教材生物化学课件,酶的磷酸化与脱磷酸,64,科学出版社案例式教材生物化学课件,（3）化学修饰调节的特点,大多数化学修饰的酶都具有无活性与有活性两种形式，它们之间的变化由两种不同的酶催化，催化互变反应的酶又受其他因素如激素的调节。,化学修饰调节在信号转导过程中最为常见。,调节效率比变构调节高，且磷酸化修饰具有级联放大效应。,65,变构调节和化学修饰调节异同点,66,细胞内同一关键酶同受化学修饰与变构调节的双重调节，两种调节方式的相互协作，更增强了调节因子的作用。,磷酸化酶b-T,磷酸化酶a-T,磷酸化酶a-R,磷酸化酶b-R,67,科学出版社案例式教材生物化学课件,（三）酶量的调节,1、酶蛋白合成：诱导与阻遏,加速酶合成的化合物称为诱导剂。,减少酶合成的化合物称为阻遏剂。,68,科学出版社案例式教材生物化学课件,常见的诱导或阻遏方式,底物对酶合成的诱导和阻遏,产物对酶合成的阻遏,激素对酶合成的诱导,药物对酶合成的诱导,69,科学出版社案例式教材生物化学课件,2.酶蛋白降解,溶酶体,蛋白酶体,释放蛋白水解酶，降解蛋白质,泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质,通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。,70,科学出版社案例式教材生物化学课件,二、激素水平的代谢调节,激素作用机制,71,科学出版社案例式教材生物化学课件,1.膜受体激素信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢,激素作用方式,72,科学出版社案例式教材生物化学课件,2.激素-胞内受体复合物可影响基因转录调节细胞代谢,73,科学出版社案例式教材生物化学课件,三、整体调节,在中枢神经的控制下，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与功能，并通过各种激素的相互协调对机体代谢进行综合调节。,74,科学出版社案例式教材生物化学课件,（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（三增强一减弱）,1.短期饥饿（13天）,75,科学出版社案例式教材生物化学课件,蛋白质分解增强，氨基酸释放增多糖异生作用增强脂肪动员增强，酮体生成增多组织氧化葡萄糖减弱,“三增强一减弱”的代谢反应,76,科学出版社案例式教材生物化学课件,2、长期饥饿,长期饥饿时的代谢变化主要是：,77,科学出版社案例式教材生物化学课件,（二）应激,1.概念,应激：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“应急状态”。,78,科学出版社案例式教材生物化学课件,应急状态伴有神经及体液的变化，包括：,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,79,科学出版社案例式教材生物化学课件,血糖升高：肾上腺素、去甲肾上腺素及胰高血糖素分泌增加，促进糖原分解抑制糖原合成；糖异生增强；组织利用葡萄糖减少,应急反应引起的代谢变化,3.蛋白质分解加强：肾皮质激素分泌增加，胰岛素分泌减少，引起蛋白质分解加强，氨基酸释放增多,2.脂肪动员加速：脂解激素分泌增加，胰岛素分泌减少，促进脂肪大量动员；肝生酮作用增强，肝外组织利用酮体增加,80,科学出版社案例式教材生物化学课