沈阳药科大学生物化学——代谢调节

1、目目 录录 物质代谢的特点物质代谢的特点 The Specialty of Metabolism 第第 一一 节节 目目 录录 一、整体性一、整体性 糖类糖类 脂类脂类 蛋白质蛋白质 水水 无机盐无机盐 维生素维生素 各种物质代谢之间互有联系，相互依存。各种物质代谢之间互有联系，相互依存。 消化吸收消化吸收 中间代谢中间代谢 废物排泄废物排泄 目目 录录 二、代谢调节二、代谢调节 机体有精细的调节机体有精细的调节 机制，调节代谢的机制，调节代谢的 强度、方向和速度强度、方向和速度 内外环境内外环境 不断变化不断变化 影响机体代谢影响机体代谢 适应环境适应环境 的变化的变化 目目 录录 三、各组

2、织、器官物质代谢各具特色三、各组织、器官物质代谢各具特色 结构不同结构不同 酶系的种类、酶系的种类、 含量不同含量不同 不同的组不同的组 织、器官织、器官 代谢途径不同、代谢途径不同、 功能各异功能各异 目目 录录 四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池 例如例如 各各 种种 组组 织织 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解 糖异生糖异生 血血 糖糖 目目 录录 五、五、ATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式 营养物营养物 分分 解解 释放释放 能量能量 ADP+Pi ATP 直直 接接 供供 能能 目目 录录 六、六、NADPH是合

3、成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量 例如例如 乙酰乙酰CoA NADPH + H+ 脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 目目 录录 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系 Metabolic Interrelationships 第第 二二 节节 目目 录录 一、在能量代谢上的相互联系一、在能量代谢上的相互联系 三大营养素三大营养素 共同中共同中 间产物间产物 共同最终共同最终 代谢通路代谢通路 糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 乙酰乙酰CoACoA TAC 2H2H 氧氧 化化 磷磷 酸酸 化化 ATP COCO2 2 三大营养素可在体内氧化供能。三大营养素可在体内氧化供

4、能。 目目 录录 从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代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。替，并互相制约。 一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约 蛋白质的消耗。蛋白质的消耗。 目目 录录 脂肪分解脂肪分解增强增强 ATP 增多增多 ATP/ADP 比值增高比值增高 任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约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。其他物质的降解。 糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制 （糖分解代谢限速酶之一）（糖分解代谢限速酶之一） 例如例如 目目 录录 饥饿

5、时饥饿时 肝糖原分解肝糖原分解 ，肌糖原分解肌糖原分解 肝糖异生肝糖异生 ，蛋白质分解蛋白质分解 以脂酸、酮体分解供能以脂酸、酮体分解供能为主为主 蛋白质分解明显降低蛋白质分解明显降低 1 2 天天 3 4 周周 目目 录录 （一）糖代谢与脂代谢的相互联系（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摄入的糖量超过能量消耗时 二、糖、脂和蛋白质二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系之间的相互联系 葡葡 萄萄 糖糖 乙酰乙酰CoA 合成脂肪合成脂肪 （脂肪组织）（脂肪组织） 合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉） 目目 录录 2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂肪的甘油部分

6、能在体内转变为糖 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 目目 录录 3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响脂肪的分解代谢受糖代谢的影响 饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时 高酮血症高酮血症 草酰乙酸草酰乙酸 相对不足相对不足 糖不足糖不足 脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加 氧化氧化受阻受阻 目目 录录 （二）糖与氨基酸代谢的相互联系（二）糖与氨基酸代谢的相互联系 例如例如 丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸 脱氨基脱氨基 糖异生糖异生 葡萄糖葡萄糖 1. 大部分氨基

7、酸脱氨基后，生成相应的大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的- 酮酸，可转变为糖。酮酸，可转变为糖。 目目 录录 2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸非必需氨基酸 糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸- -酮戊二酸酮戊二酸 丙氨酸丙氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 目目 录录 氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪 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）脂类与氨基酸代谢的

8、相互联系（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系 目目 录录 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. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸 目目 录录 （四）核酸与糖、蛋白质（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系代谢的相互联系 1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料氨基酸是体内合成核酸的重要原料 甘氨酸甘氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 一碳单位一碳单位 合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶 2. 磷酸核糖由磷酸戊糖

9、途径提供磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供 葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA 脂肪脂肪 Leu、Lys 草酰乙酸草酰乙酸 - 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 Tyr Pro Val, Ile, Met, Thr Asp Glu Arg His Pro 胆固醇、酮体胆固醇、酮体 Ala Trp Ser Gly Thr Cys 甘油甘油 脂酸脂酸 目目 录录 目目 录录 组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系 Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus 第第 三

10、三 节节 目目 录录 是机体物质代谢的枢纽。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。有独特而重要的作用。 肝肝 合成、储存糖原合成、储存糖原 分解糖原生成葡萄糖，释放入血分解糖原生成葡萄糖，释放入血 是糖异生的主要器官是糖异生的主要器官 肝在糖代谢中的作用肝在糖代谢中的作用如如 肝在维持血糖稳定中起重要作用。肝在维持血糖稳定中起重要作用。 目目 录录 酮体酮体 乳酸乳酸 游离脂酸游离脂酸 葡萄糖葡萄糖 以葡萄糖有氧氧化供能为主。以葡萄糖有氧氧化供能为主。 心脏心脏 目目 录录 耗能大，耗氧多。耗能大，耗氧

11、多。 葡萄糖为主要能源。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。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。 脑脑 目目 录录 合成、储存糖原；合成、储存糖原； 通常以脂酸氧化为主要供能方式；通常以脂酸氧化为主要供能方式； 剧烈运剧烈运 动时，以糖酵解为主。动时，以糖酵解为主。 肌肌 肉肉 目目 录录 能量主要来自糖酵解。能量主要来自糖酵解。 红红 细细 胞胞 目目 录录 合成及储存脂肪的重要组织；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。将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。 脂肪组织脂肪组织 目目 录录 也可进行糖异生和生成酮体；也可

12、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、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。酮体有氧氧化供能。 肾脏肾脏 目目 录录 代代 谢谢 调调 节节 The Regulation of Metabolism 第第 四四 节节 目目 录录 代谢调节普遍存在于生物界，是生物的代谢调节普遍存在于生物界，是生物的 重要特征。重要特征。 主要通过细胞内代谢物浓主要通过细胞内代谢物浓 度的变化，对酶的活性及含量度的变化，对酶的活性及含量 进行调节，这种调节称为进行调节，这种调节称为原始原始 调节调节或或细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节。 单细胞生物单细胞生物 目

13、目 录录 高等生物高等生物 三级水平代谢调节三级水平代谢调节 细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节 激素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。挥代谢调节作用。 整体水平代谢调节整体水平代谢调节 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，

14、并通过各种激素的互相协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。调而对机体代谢进行综合调节。 目目 录录 一、细胞水平的代谢调节一、细胞水平的代谢调节 目目 录录 （一）细胞内酶的隔离分布（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 细胞的某一区域细胞的某一区域 。 目目 录录 多酶体系在细胞内的分布多酶体系在细胞内的分布 多酶体系多酶体系分分 布布 糖酵解糖酵解胞液胞液 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 糖异生糖异生 糖原合成糖原合成 三羧酸循环三羧酸循环线粒体线粒体 氧化磷酸化氧化磷酸化 线粒体线粒体

15、 胞液胞液 胞液胞液 胞液胞液 目目 录录 多酶体系多酶体系分布分布 线粒体线粒体脂酸脂酸 氧化氧化 脂酸脂酸合成合成胞液胞液 内质网、胞液内质网、胞液胆固醇胆固醇合成合成 磷脂磷脂合成合成内质网内质网 DNA、RNA合成合成细胞核细胞核 目目 录录 酶的隔离分布的意义酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。避免了各种代谢途径互相干扰。 多酶体系多酶体系分分 布布 蛋白质合成蛋白质合成 多种水解酶多种水解酶溶酶体溶酶体 线粒体、胞液线粒体、胞液尿素合成尿素合成 血红素血红素合成合成 内质网、胞液内质网、胞液 线粒体、胞液线粒体、胞液 目目 录录 速度最慢，速度最慢，它的速度决定整个代谢

16、途径的总速度，它的速度决定整个代谢途径的总速度， 故又称其故又称其为为限速酶限速酶(limiting velocity enzymes)。 催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定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。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。效应剂的调节。 关键酶催化的反应具有以下特点：关键酶催化的反应具有以下特点： 代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及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方向由其中的关键酶决定 。 目目 录录 例：糖

17、代谢的关键酶例：糖代谢的关键酶 目目 录录 快速代谢快速代谢 迟缓代谢迟缓代谢 数秒、数分钟数秒、数分钟 通过改变酶的活性通过改变酶的活性 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) 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。 目目 录录 1. 变构调节的概念变构调节的概念 小分子化合物与酶分子活性中心以外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，引起酶蛋白分子构的某一部位特异结

18、合，引起酶蛋白分子构 象变化，从而改变酶的活性，这种调节称象变化，从而改变酶的活性，这种调节称 为酶的为酶的变构调节变构调节或或别构调节别构调节。 （二）关键酶的变构调节（二）关键酶的变构调节 目目 录录 被调节的酶称为被调节的酶称为变构酶变构酶或或别构酶别构酶 ( (allosteric enzyme) ) 使酶发生变构效应的物质，称为使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂变构效应剂 ( (allosteric effector) ) 变构激活剂变构激活剂 allosteric effector 引起酶活性引起酶活性增加增加的变构效应剂。的变构效应剂。 变构抑制剂变构抑制剂 alloster

19、ic effector 引起酶活性引起酶活性降低降低的变构效应剂。的变构效应剂。 目目 录录 2. 变构调节的机制变构调节的机制 变构酶变构酶 催化亚基催化亚基 调节亚基调节亚基 变构效应剂：变构效应剂： 底物、终产物底物、终产物 其他小分子代谢物其他小分子代谢物 目目 录录 变构效应剂变构效应剂 + + 酶的调节亚基酶的调节亚基 酶的构象改变酶的构象改变 酶的活性改变酶的活性改变 （激活或抑制（激活或抑制 ） 疏松疏松 亚基聚合亚基聚合 紧密紧密 亚基解聚亚基解聚 酶分子多聚化酶分子多聚化 目目 录录 3. 变构调节的生理意义变构调节的生理意义 代谢终产物反馈抑制代谢终产物反馈抑制 (fee

20、dback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶 丙二酰丙二酰CoA 长链脂酰长链脂酰CoA 目目 录录 变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。 G-6-P + + 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 抑制糖的氧化抑制糖的氧化 糖原合酶糖原合酶 促进糖的储存促进糖的储存 目目 录录 变构调节使不同的代谢途径相互协调。变构调节使不同的代谢途径相互协调。 柠檬酸柠檬酸 + + 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A 羧化酶羧

21、化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成 目目 录录 （三）酶的化学修饰调节（三）酶的化学修饰调节 1. 1. 化学修饰的概念化学修饰的概念 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 生可逆的共价修饰生可逆的共价修饰(covalent modification)， 从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化 学修饰学修饰。 目目 录录 2. 化学修饰的主要方式化学修饰的主要方式 磷酸化磷酸化 - - - - - - 去磷酸去磷酸 乙酰化乙酰化 - - - - - - 脱乙酰脱乙酰 甲基化甲基化 - - - - - - 去甲基去甲基 腺苷化

22、腺苷化 - - - - - - 脱腺苷脱腺苷 SH 与与 S S 互变互变 目目 录录 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OH Thr Ser Tyr 酶蛋白酶蛋白 H2OPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP 蛋白激酶蛋白激酶 Thr Ser Tyr -O-PO32- 磷酸化的磷酸化的 酶蛋白酶蛋白 目目 录录 3. 3. 化学修饰的特点化学修饰的特点 酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在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相转变。催化互变反应的酶在体内可受调 节因

23、素如激素的调控。节因素如激素的调控。 具有放大效应，效率较变构调节高。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。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。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。 目目 录录 （四）酶量的调节（四）酶量的调节 1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏 加速酶合成的化合物称为加速酶合成的化合物称为诱导剂诱导剂(inducer) 减少酶合成的化合物称为减少酶合成的化合物称为阻遏剂阻遏剂( (repressor) ) 目目 录录 常见的诱导或阻遏方式常见的诱导或阻遏方式 底物对酶合成的诱导和阻遏底物对酶

24、合成的诱导和阻遏 产物对酶合成的阻遏产物对酶合成的阻遏 激素对酶合成的诱导激素对酶合成的诱导 药物对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导 目目 录录 2. 酶蛋白降解酶蛋白降解 溶酶体溶酶体 蛋白酶体蛋白酶体 释放蛋白水解酶，降解蛋白质释放蛋白水解酶，降解蛋白质 泛素识别、结合蛋白质；泛素识别、结合蛋白质； 蛋白水解酶降解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，也能调通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调 节酶的含量。节酶的含量。 目目 录录 内、外环境改变内、外环境改变 机体相关组机体相关组 织分泌织分泌激素激素 激素与靶细胞激素与靶细胞 上的受体结合上的受体结合 靶细胞产生生物学

25、靶细胞产生生物学 效应，适应内外环效应，适应内外环 境改变境改变 激素作用机制激素作用机制 二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节 目目 录录 激素分类激素分类 膜受体激素膜受体激素 胞内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：按激素受体在细胞的部位不同，分为： 目目 录录 1. 膜受体激素的作用方式膜受体激素的作用方式 激素作用方式激素作用方式 目目 录录 2. 胞胞 内内 受受 体体 激激 素素 的的 作作 用用 方方 式式 目目 录录 （一）饥饿（一）饥饿 糖原消耗糖原消耗血糖趋于降低血糖趋于降低 胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少 胰高血糖素胰高血糖素分泌增加分泌增加

26、引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化 1. 短期饥饿（短期饥饿（13天）天） 三、整体水平的代谢调节三、整体水平的代谢调节 目目 录录 （1）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化 分解加强，氨基酸异生成糖分解加强，氨基酸异生成糖 （2）糖代谢变化）糖代谢变化 糖异生加强，糖异生加强， 组织对葡萄糖利用降低组织对葡萄糖利用降低 （3）脂代谢变化）脂代谢变化 脂肪动员加强，酮体生成增多脂肪动员加强，酮体生成增多 目目 录录 2. 长期饥饿长期饥饿 （1）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化 蛋白质分解减少蛋白质分解减少 （2）糖代谢变化）糖代谢变化 肝肾糖异生增强肝肾糖异生增强 肝糖异生的主要原料为乳酸、

27、丙酮酸肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸 （3）脂代谢变化）脂代谢变化 脂肪动员进一步加强脂肪动员进一步加强 脑组织利用酮体增加脑组织利用酮体增加 目目 录录 （二）应（二）应 激激 1. 1. 概念概念 应激应激(stress)指人体受到一些异乎寻常指人体受到一些异乎寻常 的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中的刺激，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毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列 反应的反应的“ “ 紧张状态紧张状态 ” ”。 目目 录录 2. 机体整体反应机体整体反应 交感神经兴奋交感神经兴奋 肾上腺髓质及皮质激素分泌增多肾上腺髓质及皮质激素分泌增多 胰高血糖素胰高血糖素、生长激素增加，、生长激素增加，胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化 目目 录录 3. 代谢改变代谢改变 （1） 血糖升高血糖升高 （2） 脂肪动员增强脂肪动员增强 （3）蛋白质分解加强）蛋白质分解加强 目目 录录 附附 录录 目目 录录 目目 录录 一、在能量代谢上的相互联系一、在能量代谢上的相