生物化学物质代谢的联系与调节

1、概概 述述（一）物质代谢调节的概念（一）物质代谢调节的概念正常情况下，为适应内外环境的不断变化，机体能正常情况下，为适应内外环境的不断变化，机体能够及时调节物质代谢的强度、速率和方向，以维够及时调节物质代谢的强度、速率和方向，以维持机体内环境的稳定及代谢的顺利进行，在整体持机体内环境的稳定及代谢的顺利进行，在整体上保持动态平衡。机体上保持动态平衡。机体 对物质代谢的精细调节对物质代谢的精细调节过程称做代谢调节。过程称做代谢调节。（二）代谢途径（二）代谢途径代谢途径是指生物体代谢途径是指生物体内物质在代谢过程内物质在代谢过程中，由许多酶促反中，由许多酶促反应组成的、有秩序应组成的、有秩序的、依次

2、连接的、的、依次连接的、连续的化学反应。连续的化学反应。第一节第一节 物质代谢的整体性和通用性物质代谢的整体性和通用性（一）物质代谢的整体性（一）物质代谢的整体性代谢途径相互联系、相互依存、相互支持、相互制约、相互代谢途径相互联系、相互依存、相互支持、相互制约、相互协调协调高糖低脂饮食饥饿或禁食脂肪动员增强脂酰CoA增多 （细胞液）肉碱-脂酰转移酶I脂酰CoA增多 （线粒体）-氧化增强 ATP生成增加果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸磷酸果糖激酶-1(-)乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸柠檬酸乙酰CoA丙二酸单酰CoA乙酰CoA 羧化酶脂肪(-)脂肪酸葡萄糖(+)(-)3-3-磷酸甘油磷酸甘油葡萄糖葡

3、萄-6-磷酸5-磷酸核糖磷酸戊糖途径NADPH+H+脂肪酸合成脂肪3-磷酸甘油醛乙酰CoA一碳单位甘氨酸嘌呤核苷酸合成嘧啶核苷酸合成天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸组氨酸色氨酸丝氨酸乙醇胺胆碱磷脂酰乙醇胺 磷脂酰胆碱其它甘油磷脂（二）代谢调节精细性（二）代谢调节精细性代谢调节的三个层次代谢调节的三个层次细胞水平调节（分子水平调细胞水平调节（分子水平调节）节） 整体水平调节（神经调整体水平调节（神经调节）节） 激素水平调节激素水平调节葡萄糖葡萄-6-磷酸丙酮酸ATP（-）己糖激酶ADP乙酰CoAHMG-CoA甲羟戊酸胆固醇HMG-CoA还原酶（-）二、一些组织器官的物质代谢特点二、一些组织器官的物质代谢特

4、点肝脑骨骼肌红细胞肾糖代谢合成与储存糖原、肝糖原分解直接补充血糖、糖异生的主要器官主要利用葡萄糖氧化供能合成与储存糖原、肌糖原分解不能直接补充血糖、成熟红细胞只进行糖酵解糖异生脂代谢合成脂肪但不能储存脂肪合成酮体但不能利用酮体合成胆固醇的主要器官成人脑不能合成胆固醇可利用酮体可利用酮体进行脂交换合成和利用酮体蛋白质代谢合成尿素的主要器官合成少量尿素不能合成合成少量尿素第二节第二节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系一、在能量上的相互联系一、在能量上的相互联系脂肪动员脂肪酸 氧化FADN2、NADH乙酰CoA三羧酸循环增强呼吸链电子传递加速ATP/ADP6-磷酸果糖6-磷酸葡糖1，6-二磷酸果

5、糖6-磷酸果糖激酶-1（肝）酮体肝外组织利用酮体脂酰CoA（）葡萄糖脂肪二、糖、脂、蛋白质和核酸代谢之间的相互联系二、糖、脂、蛋白质和核酸代谢之间的相互联系（一）酶的区域化分布与定位（一）酶的区域化分布与定位有利于各代谢途径有条不紊进行和有效调节有利于各代谢途径有条不紊进行和有效调节葡萄糖葡萄-6-磷酸乙酰CoA脂肪磷酸戊糖途径草酰乙酸脂肪合成柠檬酸-氧化脂肪酸脂肪动员NADPH+H+3-磷酸甘油醛丙酮酸柠檬酸乙酰CoA草酰乙酸脂肪酸糖有氧氧化脂酰CoA脂酰CoA三羧酸循环第一节第一节 物质代谢的调节物质代谢的调节一、细胞水平调节细胞水平调节细胞水平的调节指通过细胞水平的调节指通过其细胞内其细

6、胞内代谢物浓度代谢物浓度的变化来影响的变化来影响酶活性酶活性和酶含量和酶含量的调节方式。的调节方式。 细胞水平的调节是最原细胞水平的调节是最原始、最基本的调节方始、最基本的调节方式。式。葡萄糖葡萄-6-磷酸丙酮酸ATP（-）己糖激酶ADP乙酰CoAHMG-CoA甲羟戊酸胆固醇HMG-CoA还原酶（-）真核细胞主要代谢途径与酶在细胞内的隔离分布真核细胞主要代谢途径与酶在细胞内的隔离分布 代谢途径代谢途径细胞内分布细胞内分布代谢途径代谢途径细胞内分布细胞内分布糖酵解糖酵解细胞液细胞液脂肪合成脂肪合成细胞液细胞液三羧酸循环三羧酸循环线粒体线粒体胆固醇合成胆固醇合成细胞液和内质网细胞液和内质网磷酸戊糖

7、途径磷酸戊糖途径细胞液细胞液尿素合成尿素合成细胞液和线粒体细胞液和线粒体糖异生糖异生细胞液细胞液蛋白质合成蛋白质合成细胞液和内质网细胞液和内质网糖原合成与分解糖原合成与分解细胞液细胞液DNADNA合成合成细胞核细胞核氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体线粒体mRNAmRNA合成合成细胞核细胞核磷脂合成磷脂合成内质网内质网tRNA合成合成核质脂肪酸合成脂肪酸合成细胞液细胞液rRNA合成合成核仁脂肪动员脂肪动员细胞液细胞液血红素合成血红素合成细胞液和线粒体细胞液和线粒体脂酸脂酸氧化氧化线粒体线粒体胆红素生成胆红素生成细胞液和微粒体细胞液和微粒体（二）物质代谢调节的基本方式（二）物质代谢调节的基本方式关键酶（

8、关键酶（key enzyme）定义：关键酶是指代谢途径中某一个或几个酶的活定义：关键酶是指代谢途径中某一个或几个酶的活性改变，可以改变整个途径的反应速度和方向，性改变，可以改变整个途径的反应速度和方向，这样的酶称为关键酶或限速酶。这样的酶称为关键酶或限速酶。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。代谢途径代谢途径限速酶限速酶糖酵解糖酵解己糖激酶、磷酸果糖激酶己糖激酶、磷酸果糖激酶-1-1、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶糖异生糖异生丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、丙酮酸羧化酶、磷酸

9、烯醇式丙酮酸羧激酶、 果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸酶、葡萄糖二磷酸酶、葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶三羧酸循环三羧酸循环柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体糖原合成糖原合成糖原合酶糖原合酶糖原分解糖原分解糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶脂肪分解脂肪分解三酰甘油脂肪酶（激素敏感脂肪酶）三酰甘油脂肪酶（激素敏感脂肪酶）脂酸合成脂酸合成乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶酮体合成酮体合成HMGHMG辅酶辅酶A A合酶合酶胆固醇合成胆固醇合成HMGHMG辅酶辅酶A A还原酶还原酶尿素合成尿素合成精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶血红素合成

10、血红素合成- -氨基氨基- - -酮戊酸合酶（酮戊酸合酶（ALAALA合酶）合酶）关键酶的特点关键酶的特点它催化的反应速度最它催化的反应速度最慢，它的活性决定整慢，它的活性决定整个代谢途径的反应速个代谢途径的反应速度，故又称限速酶。度，故又称限速酶。它催化单向反应或非它催化单向反应或非平衡反应。平衡反应。它受多种代谢物的变它受多种代谢物的变构调节调节构调节调节, ,属于调节属于调节酶酶葡萄糖葡萄-6-磷酸乙酰CoA丙酮酸ATP磷酸果糖激酶-1磷酸烯醇式丙酮酸己糖激酶糖原UDP-葡糖1. 反馈调节（-）果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸丙酮酸激酶（-）（-）葡萄-1-磷酸糖原合酶（+）负反馈调节

11、正反馈调节葡萄糖葡糖-6-磷酸己激酶糖葡糖-6-磷酸酶果糖-6-磷酸果糖-6-磷酸酶磷酸果糖激酶-1果糖-1，6-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶草酰乙酸丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶2 . 底物循环调节肾上腺素3. 级联调节肾上腺素肾上腺素受体肾上腺素受体G蛋白（无活性）G蛋白（有活性）腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（有活性）ATPcAMP蛋白激酶A（无活性）蛋白激酶A（有活性）磷酸化酶b激酶（无活性）磷酸化酶b激酶P（有活性）糖原磷酸化酶（无活性）糖原磷酸化酶P（有活性）糖原合酶bP（无活性）糖原合酶a（有活性）糖原合成减少糖原分解增强血糖增高( (三三) )细胞内酶活性的调节

12、细胞内酶活性的调节1.1.变构调节变构调节细胞内一些代谢物细胞内一些代谢物能与某些酶分子能与某些酶分子活性中心以外的活性中心以外的某一部位以非共某一部位以非共价键可逆结合，价键可逆结合，使酶构象发生改使酶构象发生改变并影响其催化变并影响其催化活性，这种现象活性，这种现象叫做变构调节叫做变构调节RRcAMP2.2.什麽是变构酶？什麽是变构酶？3.3.什麽是变构效应剂？什麽是变构效应剂？4.4.什麽是变构部位？什麽是变构部位？5.5.什麽是调节亚基？什麽是调节亚基？6.6.什麽是催化亚基？什麽是催化亚基？7.7.变构效应有协同效应吗？变构效应有协同效应吗？AMP变构效应剂常引起酶变构效应剂常引起酶

13、分子紧密构象与松分子紧密构象与松弛构象之间的互变，弛构象之间的互变，亚基的聚合或解聚。亚基的聚合或解聚。无活性无活性磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1有活性有活性磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1无活性无活性磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATP变构效应剂常引起酶分子紧密构象与松弛构象之间变构效应剂常引起酶分子紧密构象与松弛构象之间的互变，亚基的聚合或解聚。的互变，亚基的聚合或解聚。变构酶的特点：变构酶的特点：变构酶是多亚基酶（多为偶数亚基）变构酶是多亚基酶（多为偶数亚基）变构酶的变构效应剂可为其底物、产物或其他化合物变构酶的变构效应剂可为其底物、产物或其他化合物变构酶的酶促动力学不符合米曼氏方程变构酶的酶促

14、动力学不符合米曼氏方程变构酶一般受多种物质的激活或抑制变构酶一般受多种物质的激活或抑制变构调节不需能量变构调节不需能量某些代谢途径的变构酶及其变构效应剂某些代谢途径的变构酶及其变构效应剂代谢途径代谢途径变构酶变构酶变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂糖酵解糖酵解己糖激酶己糖激酶AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1FDP柠檬酸柠檬酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶FDPATP、乙酰、乙酰CoA三羧酸循环三羧酸循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶AMPATP、长链脂酰、长链脂酰CoA异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶AMP、 ADPATP糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶乙酰乙酰CoA、AT

15、PAMP果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶 ATPAMP糖原分解糖原分解磷酸化酶磷酸化酶bAMP、G-1-P、PiATP、G-6-P糖原合成糖原合成糖原合酶糖原合酶G-6-P脂酸合成脂酸合成乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶柠檬酸、异柠檬酸柠檬酸、异柠檬酸长链脂酰长链脂酰CoA胆固醇合成胆固醇合成HMG-CoA还原酶还原酶胆固醇胆固醇氨基酸代谢氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶ADP、亮氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、蛋氨酸ATP、GTP、NADH嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸合成合成PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶PRPPAMP、ADP、GMP、GDP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸合成合成天冬氨酸氨基甲酰转移酶天冬氨酸氨基甲酰转移酶

16、CTP2.2.化学修饰调节化学修饰调节1.1.化学修饰概念：化学修饰概念：酶蛋白肽链上的某些基团可在另一种酶的催化下，与某些化酶蛋白肽链上的某些基团可在另一种酶的催化下，与某些化学基团发生学基团发生可逆的共价结合可逆的共价结合，引起酶分子结构改变而影，引起酶分子结构改变而影响酶的活性称为共价修饰响酶的活性称为共价修饰EOHO POO-O-ATPADPH2OPiMg2+磷酸酶Mg2+蛋白激酶(Ser.Thr.Tyr)E (Ser.Thr.Tyr) 化学修饰形式化学修饰形式：磷酸化和去磷酸化（最常见）磷酸化和去磷酸化（最常见）甲基化和去甲基化甲基化和去甲基化腺苷化和去腺苷化腺苷化和去腺苷化) )；

17、尿苷化和去尿苷化尿苷化和去尿苷化ADP-ADP-核糖化和去核糖化和去ADP-ADP-核糖化核糖化EOHO POO-O-ATPADPH2OPiMg2+磷酸酶Mg2+蛋白激酶(Ser.Thr.Tyr)E (Ser.Thr.Tyr)化学修饰特点：化学修饰特点：酶有高（有）或低（无）活性两种形式酶有高（有）或低（无）活性两种形式酶分子出现共价键的变化酶分子出现共价键的变化共价修饰是酶促反应共价修饰是酶促反应有些酶具有别构与化学修饰双重调节有些酶具有别构与化学修饰双重调节多受激素调节多受激素调节 某些酶的化学修饰调节某些酶的化学修饰调节（三）细胞内酶含量的调节（三）细胞内酶含量的调节细胞内酶含量的调节是

18、指通过细胞内酶含量的调节是指通过影响酶蛋白的合成或影响酶蛋白的合成或降解降解来改变酶的含量，从而改变酶促反应速度。来改变酶的含量，从而改变酶促反应速度。1.酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏(1)(1)底物对酶合成的诱导底物对酶合成的诱导 图9-8 鸟氨酸循环简图NH3鸟氨酸瓜氨酸精氨酸尿素H2ONH3+CO2H2OH2O精氨酸酶食物酪蛋白(2)(2)产物对酶合成的阻遏产物对酶合成的阻遏乙酰CoAHMG-CoA胆固醇甲羟戊酸（MVA）抑制合成抑制合成HMG-CoA 还原酶(3)(3)激素对酶合成的诱导激素对酶合成的诱导乙酰CoAHMG-CoA胆固醇甲羟戊酸（MVA）抑制合成抑制合成H

19、MG-CoA 还原酶胰岛素胰岛素诱导合成诱导合成糖皮质激素诱导合成草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶糖异生增强磷酸烯醇式丙酮酸(4)(4)药物对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导苯巴比妥诱导合成RH+O2 单加氧酶（肝微粒体）ROH+H2ONADPH+H+NADP+2 2。酶蛋白降解的调节。酶蛋白降解的调节（1 1）主要是细胞溶酶体中的蛋白水解酶的作用。）主要是细胞溶酶体中的蛋白水解酶的作用。（2 2）细胞中的由多种蛋白水解酶组成的蛋白酶体的）细胞中的由多种蛋白水解酶组成的蛋白酶体的作用。作用。二、二、激素水平的代谢调节激素水平的代谢调节激素：是由内分泌细胞及内分泌腺合成与分泌的化学物质。激素：是由内

20、分泌细胞及内分泌腺合成与分泌的化学物质。激素通过与其激素通过与其受体受体的特异识别与结合调节物质代谢或基因表达。的特异识别与结合调节物质代谢或基因表达。激素水平的调节是指多细胞生物通过产生的各种激素来影响细激素水平的调节是指多细胞生物通过产生的各种激素来影响细胞中胞中酶活性和酶含量酶活性和酶含量的调节方式。的调节方式。 部分内分泌细胞或内分泌腺合成与分泌的激素部分内分泌细胞或内分泌腺合成与分泌的激素分泌细胞或内分泌腺分泌细胞或内分泌腺激素激素甲状腺腺泡上皮细胞甲状腺腺泡上皮细胞甲状腺素甲状腺素甲状腺甲状腺C细胞细胞降钙素降钙素甲状旁腺主细胞甲状旁腺主细胞甲状旁腺素甲状旁腺素肾上腺皮质肾上腺皮质

21、醛固酮、皮质醇、雌二醇醛固酮、皮质醇、雌二醇肾上腺髓质肾上腺髓质肾上腺素、去甲肾上腺素肾上腺素、去甲肾上腺素胰岛胰岛A细胞细胞胰高血糖素胰高血糖素胰岛胰岛B细胞细胞胰岛素胰岛素前列腺前列腺松果体细胞松果体细胞褪黑素褪黑素 神经垂体神经垂体催产素、抗利尿激素催产素、抗利尿激素腺垂体腺垂体促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素、促卵泡激促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素、促卵泡激素、黄体生成素、生长素、催乳素、促黑激素素、黄体生成素、生长素、催乳素、促黑激素肾上腺素3. 级联调节肾上腺素肾上腺素受体肾上腺素受体G蛋白（无活性）G蛋白（有活性）腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（有活性）ATPcAMP蛋白激酶A

22、（无活性）蛋白激酶A（有活性）磷酸化酶b激酶（无活性）磷酸化酶b激酶P（有活性）糖原磷酸化酶（无活性）糖原磷酸化酶P（有活性）糖原合酶bP（无活性）糖原合酶a（有活性）糖原合成减少糖原分解增强血糖增高R3COOHH2OCH2OHCHCH2OHR2COO一酰甘油CH2OOCR1CHCH2OHR2COO二酰甘油CH2OOCR1CHCH2OOCR3R2COO三酰甘油 三酰甘油脂肪酶（激素敏感脂肪酶）R1COOHH2O 二酰甘油脂肪酶H2OR2COOHCH2OHCH2OHCHOH 甘油 一酰甘油脂肪酶脂解激素：脂解激素：肾上腺素肾上腺素去甲肾上腺素去甲肾上腺素胰高血糖素胰高血糖素促肾上腺皮质激素促肾上

23、腺皮质激素促甲状腺素促甲状腺素抗脂解激素：抗脂解激素：胰岛素胰岛素前列腺素前列腺素E2三、三、整体水平的代谢调节整体水平的代谢调节整体水平的调节指通过神经系统或其分泌的神经递整体水平的调节指通过神经系统或其分泌的神经递质，或通过影响激素分泌及影响各种激素的协调质，或通过影响激素分泌及影响各种激素的协调作用而对代谢进行的调节。作用而对代谢进行的调节。一、应激状态下的代谢调节一、应激状态下的代谢调节（一）应激的概念（一）应激的概念 指人体对受到一些对身体、精神、情绪上的所有的有害指人体对受到一些对身体、精神、情绪上的所有的有害刺激（包括内部的和外部的刺激）所作出的一系列的刺激（包括内部的和外部的刺

24、激）所作出的一系列的“紧紧张状态张状态”（二）代谢变化（二）代谢变化 体内蛋白质分解儿茶酚胺胰高血糖素生长激素糖皮质激素胰岛素 应激（stress）糖原分解糖异生（一）糖代谢变化血糖脂肪动员脂肪酸酮体脂肪分解（二）脂肪代谢变化氨基酸尿素合成（三）蛋白质代谢变化（二）饥饿时的代谢调节（二）饥饿时的代谢调节 短期饥饿（13天）1.氨基酸 肌肉蛋白质分解胰高血糖素糖皮质激素肾上腺素胰岛素2.糖异生4.组织利用糖血糖3.脂肪动员酮体 长期饥饿 保证脑对酮体的利用糖异生酮体脂肪动员脑组织利用酮体增多肌肉优先利用脂肪酸减少酮体利用肌肉利用酮体减少蛋白分解利用糖尿病患者体内代谢紊乱糖尿病患者体内代谢紊乱糖尿

25、病组织细胞对糖利用障碍能量代谢障碍饥饿感增强多食脂肪和蛋白质分解增强血糖肾糖阈糖尿大量失水体重下降多尿渴感增强多饮问题：你能简要说明饥饿问题：你能简要说明饥饿和应激时，体内糖、脂和应激时，体内糖、脂肪和蛋白质代谢的变化肪和蛋白质代谢的变化吗？吗？二、一些组织器官的物质代谢特点二、一些组织器官的物质代谢特点肝脑骨骼肌红细胞肾糖代谢合成与储存糖原、肝糖原分解直接补充血糖、糖异生的主要器官主要利用葡萄糖氧化供能合成与储存糖原、肌糖原分解不能直接补充血糖、成熟红细胞只进行糖酵解糖异生脂代谢合成脂肪但不能储存脂肪合成酮体但不能利用酮体合成胆固醇的主要器官成人脑不能合成胆固醇可利用酮体可利用酮体进行脂交换

26、合成和利用酮体蛋白质代谢合成尿素的主要器官合成少量尿素不能合成合成少量尿素葡萄糖葡萄-6-磷酸乙酰CoA丙酮酸ATP磷酸果糖激酶-1磷酸烯醇式丙酮酸己糖激酶糖原UDP-葡糖1. 反馈调节（-）果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸丙酮酸激酶（-）（-）葡萄-1-磷酸糖原合酶（+）负反馈调节正反馈调节( (三三) )细胞内酶活性的调节细胞内酶活性的调节1.1.变构调节变构调节细胞内一些代谢物细胞内一些代谢物能与某些酶分子能与某些酶分子活性中心以外的活性中心以外的某一部位以非共某一部位以非共价键可逆结合，价键可逆结合，使酶构象发生改使酶构象发生改变并影响其催化变并影响其催化活性，这种现象活性，这种现象叫做变构调节叫做变构调节RRcAMP2.2.什麽是变构酶？什麽是变构酶？3.3.什麽是变构效应剂？什麽是变构效应剂？4.4.什麽是变构部位？什麽是变构部位？5.5.什麽是调节亚基？什麽是调节亚基？6.6.什麽是催化亚基？什麽是催化亚基？7.7.变构效应有协同效应吗？变构效应有协同效应吗？变构效应剂常引起酶分子紧密构象与松弛构象之间变构效应剂常引起酶分子紧密构象与松弛构象之间的互变，亚基的聚合或解聚。的互变，亚基的聚合或解聚。某些代谢途径的变构酶及其变构效应剂某些代谢途径的变构酶及其变构效