第九章物质代谢的联系与调节-

1、生物化学(shn w hu xu) 第九章 物质(wzh)代谢的联系与调节Metabolic Interrelationships & Regulation共四十七页We have been examining the biochemistry of metabolism one pathway at a time, but in living systems many pathways are operating simultaneously.Each pathway must be able to sense the status of the others to function opt

2、imally to meet the needs of an orgasm.Regulation of Metabolism 共四十七页生物代谢(dixi)：相互影响相互制约相互协调完整统一 存在完整(wnzhng)的自我调节机制代谢调节机制是生物在长期进化过程中逐渐形成的，进化程度越高，代谢调节机制愈完善，愈复杂。第一节 物质代谢的特点The Specialty of Metabolism共四十七页第一节 物质(wzh)代谢的特点一、体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体 二、机体物质代谢不断受到精细调节三、各组织、器官物质代谢各具特色四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池五、ATP是机体储

3、存能量和消耗能量的共同形式六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量共四十七页一、各种能量物质的代谢相互(xingh)联系相互(xingh)制约三大(sn d)营养素共同中间产物共同最终代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2三大营养素可在体内氧化供能。第二节 物质代谢的相互联系Internal association of material metabolism共四十七页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，机体优先利用燃料的次序是糖原(tn yun)、脂肪和蛋白质。供能以糖及脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。 糖类代谢(dixi)与蛋白质代谢

4、(dixi)的关系脂类代谢与蛋白质代谢的关系糖类代谢与脂类代谢的关系核酸代谢与其它物质代谢关系物质代谢与能量代谢的关系分解代谢和合成代谢的大部分反应是可逆的，关键部位的反应是不可逆的，使得整个代谢过程是单向的。第二节 物质代谢的相互联系共四十七页脂肪分解增强ATP 增多ATP/ADP 比值增高任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他(qt)物质的降解。糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶-1被抑制(糖分解代谢限速酶之一) 例如(lr)：第二节 物质代谢的相互联系共四十七页饥饿(j )时： 肝糖原分解 ，肌糖原分解 肝糖异生，蛋白质分解(fnji) 以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低1 2

5、 天3 4 周第二节 物质代谢的相互联系共四十七页（一）体内糖可转变(zhunbin)脂肪，但（偶数）脂肪酸不能转变(zhunbin)成糖 1. 摄入的糖量超过(chogu)能量消耗时： 二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）第二节 物质代谢的相互联系脂酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡萄糖2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖共四十七页3. 脂肪(zhfng)的分解代谢受糖代谢的影响饥饿、糖供应(gngyng)不足或糖代谢障碍时：高酮血症草酰乙酸相对不足糖不足脂肪大量动员酮体生成增加氧化受阻第二节 物质代

6、谢的相互联系丙酮、乙酰乙酸和-羟丁酸常与糖尿病、妊娠、营养不良、慢性疾病有关 共四十七页（二）体内糖与大部分氨基酸碳架部分可以相互(xingh)转变丙氨酸丙酮酸脱氨基糖异生葡萄糖1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成(shn chn)相应的-酮酸，可转变为糖第二节 物质代谢的相互联系2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸糖丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA柠檬酸-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸共四十七页氨基酸乙酰CoA脂肪 1. 蛋白质可以(ky)转变为脂肪 2. 氨基酸可作为(zuwi)合成磷脂的原料丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）脂类不能转变成氨基酸，但氨基酸能转变成脂肪第二节 物质

7、代谢的相互联系3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸 其他-酮酸某些非必需氨基酸 但不能说，脂类可转变为氨基酸。共四十七页（四）某些(mu xi)氨基酸是核苷酸/核酸合成的前体 1. 氨基酸是体内(t ni)合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供第二节 物质代谢的相互联系共四十七页葡萄糖、糖原(tn yun)丙酮酸乙酰CoA脂肪(zhfng)Leu、Lys草酰乙酸- 酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyT

8、hrCys甘油脂酸P223共四十七页第三节 体内重要组织、器官的代谢(dixi)特点及联系Metabolic Specialty & Interrelationships of Important Tissues & Apparatus in the Body一、肝是人体最重要的物质代谢(dixi)中心和枢纽 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。合成、储存糖原，分解糖原二、心可利用多种能源物质，以有氧氧化为主酮体乳酸 游离脂酸葡萄糖正常优先以脂酸为燃料产生ATP。能量可依次以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供。 三、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大 耗能大，耗氧多

9、。葡萄糖为主要能源，每天消耗约100g。 不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。共四十七页 合成、储存肌糖原；通常以脂酸氧化为主要(zhyo)供能方式； 剧烈运动时，以糖酵解为主。四、肌肉主要(zhyo)氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸第三节 体内重要组织、器官的代谢特点及联系五、糖酵解是为成熟红细胞提供能量的主要途径红细胞没有线粒体，每天消耗1520g葡萄糖。六、脂肪组织是合成、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。七、肾是可进行糖异生和生成酮体两种代谢的器官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。共四十七页器官组织特有的酶功能主要代谢途径主要

10、供能物质代谢和输出的产物肝葡萄糖激酶，葡萄糖-6-磷酸酶，甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶代谢枢纽糖异生，脂酸-氧化，糖有氧氧化，糖原代谢，酮体生成等葡萄糖，脂酸，乳酸，甘油，氨基酸葡萄糖，VLDL， HDL，酮体等脑神经中枢糖有氧氧化，糖酵解，氨基酸代谢葡萄糖，脂酸，酮体，氨基酸等乳酸，CO2, H2O心脂蛋白脂酶，呼吸链丰富泵出血液有氧氧化脂酸，葡萄糖，酮体，VLDLCO2，H2O脂肪组织脂蛋白脂酶，激素敏感脂肪酶储存及动员脂肪酯化脂酸，脂解VLDL，CM游离脂酸，甘油骨骼肌脂蛋白脂酶，呼吸链丰富收缩有氧氧化，糖酵解 脂酸，葡萄糖，酮体乳酸，CO2，H2O肾甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶

11、排泄尿液糖异生，糖酵解，酮体生成脂酸，葡萄糖，乳酸，甘油葡萄糖红细胞无线粒体运输氧糖酵解葡萄糖乳酸重要(zhngyo)器官及组织氧化供能的特点共四十七页第四节 代谢调节(tioji)方式The Way for Regulation of Metabolism生物代谢调节(tioji)的四种水平：神经水平调节激素水平调节细胞水平调节酶水平调节单细胞生物植物动物！生物机体对自身的代谢过程、各代谢过程的相互关系以及对环境的适应而进行的自我调节机制，就是代谢调节。共四十七页指导功能： 细胞膜的结构对蛋白质的装配具有指导作用载体功能： 膜结构是酶的载体，不同酶定位在不同的位置控制跨膜离子浓度与电位梯度;

12、控制细胞(xbo)和细胞(xbo)器的物质运输;一、以膜结构为基础的细胞(xbo)结构效应细胞(xbo)（结构）水平的调节共四十七页屏障功能： 内膜系统将细胞分成许多功能特异的分隔区,膜结构提供了区域化的反应(fnyng)场所 (酶反应(fnyng)的微环境) 隔离效应 隔离效应意义： 提高同一代谢途径酶促反应速率。使各种代谢途径互不干扰，彼此协调，有利于调节物对各途径的特异调节。 调节功能： 双关酶可逆地与膜结合，调节其活性如：代谢途径中的关键酶膜结构对代谢(dixi)的调控共四十七页多酶体系分布多酶体系分布DNA及RNA合成细胞核糖酵解胞液蛋白质合成内质网，胞液戊糖磷酸途径胞液糖原合成胞液

13、糖异生胞液脂酸合成胞液脂酸氧化线粒体胆固醇合成内质网，胞液多种水解酶溶酶体磷脂合成内质网三羧酸循环线粒体血红素合成胞液，线粒体氧化磷酸化线粒体尿素合成胞液，线粒体呼吸链线粒体主要代谢途径多酶体系(tx)在细胞内的分布共四十七页代谢途径关键酶糖原降解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖酵解己糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶糖有氧氧化丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶糖异生丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖双磷酸酶-1脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶胆固醇合成HMG辅酶A还原酶重要(zhngyo)代谢途径的关键酶 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 velocit

14、y enzymes)。 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。 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。共四十七页快速(kui s)代谢 迟缓(chhun)代谢数秒、数分钟通过改变酶的活性数小时、几天通过改变酶的含量 变构调节 (allosteric regulation)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。重要代谢途径的关键酶共四十七页1代谢途径关键酶多数(dush)受到变构调节 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(ynq)酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性

15、，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。二、小分子代谢物改变关键酶构象对酶活性变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 effector引起酶活性增加的变构效应剂。变构抑制剂allosteric effector 引起酶活性降低的变构效应剂。共四十七页代谢途径变构酶变构激活剂变构抑制剂糖酵解己糖激酶AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶-1FDP柠檬酸丙酮酸激酶ATP，乙酰CoA三羧酸循环柠檬酸合酶AMPATP，长链脂酰CoA异柠檬酸

16、脱氢酶AMP，ADPATP糖异生丙酮酸羧化酶乙酰CoA，ATPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP，G-1-P，PiATP，G-6-P脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶柠檬酸，异柠檬酸长链脂酰CoA氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶ADP，亮氨酸，蛋氨酸GTP，ATP，NADH嘌呤合成谷氨酰胺PRPP酰胺转移酶AMP，GMP嘧啶合成天冬氨酸转甲酰酶CTP，UTP核酸合成脱氧胸苷激酶dCTP，dATPdTTP一些代谢(dixi)途径中的变构酶及其变构效应剂 共四十七页2代谢途径的起始(q sh)物或产物通过变构调节影响代谢途径 变构效应(xioyng)剂：底物、终产物、其他小分子代谢物重要代谢途径的关键酶变构效应剂 + 酶

17、的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制 ）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化共四十七页3. 变构调节的生理(shngl)意义 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致(bzh)生成过多。乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA长链脂酰CoA重要代谢途径的关键酶 变构调节使能量得以有 效利用，不致浪费。G-6-P+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促进糖的储存变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化 乙酰辅酶A 羧化酶 促进脂酸的合成共四十七页1通过对酶蛋白的化学修饰调节代谢(dixi)途径关键酶活性酶

18、蛋白(dnbi)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。（三）关键酶活性可由酶的化学修饰调节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 互变共四十七页酶化学修饰类型酶活性改变糖原磷酸化酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制糖原合酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活丙酮酸脱羧酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活磷酸果糖激酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活丙酮酸脱氢酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活HMG-Co

19、A还原酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活HMG-CoA还原酶激酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活脂肪细胞甘油三酯脂肪酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制黄嘌呤氧化脱氢酶SH/-S-S-脱氢酶/氧化酶酶促化学修饰对酶活性的调节(tioji) 共四十七页酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白化学修饰调节(tioji)的位点共四十七页2酶促化学修饰的特点(tdin) ：酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用(zuyng)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

20、可受调节因素如激素的调控。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。 同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。（三）关键酶活性可由酶的化学修饰调节糖原磷酸化酶共四十七页1调节酶蛋白含量可通过诱导或阻遏酶蛋白基因的表达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)（四）改变(gibin)细胞内酶的含量可调节酶的活性、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 单加氧酶常见的诱导(yudo)或阻遏方式: 2调节细胞酶含量也可通过改变酶蛋白降解速度通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶

21、的含量。共四十七页内、外环境改变机体相关组织分泌激素激素与靶细胞上的受体结合靶细胞产生生物学效应，适应内外环境改变激素(j s)作用机制：二、激素通过作用特异受体调节代谢(dixi)过程激素分类： 膜受体激素 胞内受体激素共四十七页1膜受体激素(j s)信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢激素作用(zuyng)方式：膜受体激素第二信使cAMPCa2+IP3（1,4,5-三磷酸肌醇）DAG（1,2-二酯酰甘油）NO（一种新型生物信使分子，人体内广泛存在着以NO为递质的神经系统 ）胰岛素、生长激素、促甲状腺激素、生长因子等亲水性激素共四十七页 2激素-胞内受体复合物可影响基因(jyn)转录调节细胞代谢

22、胞内受体激素(j s)类固醇激素、甲状腺素、维生素D3扥脂溶性激素。共四十七页（一）糖、脂和蛋白质代谢在不同饥饿(j )状态有不同改变糖原(tn yun)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.短期饥饿时脂肪动员增加而减少糖的利用 三、机体通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢共四十七页 （1）脂代谢(dixi)变化脂肪(zhfng)动员加强，酮体生成增多（2）糖代谢变化 糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低（3）蛋白质代谢变化肌蛋白质分解加强，氨基酸异生成糖糖、脂、蛋白饥饿时的变化2长期饥饿时各组织发生与短期饥饿不同的代谢改变 ：（1）蛋白质代谢变化

23、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1.短期饥饿时脂肪动员增加而减少糖的利用 共四十七页（二）应激增加(zngji)糖、脂和蛋白质分解的能源供应，限制能源存积概念(ginin)：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 ”。三、机体通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢机体整体反应：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共四十七页代谢(dix

24、i)改变：1. 血糖(xutng)升高2. 脂肪动员增强3. 蛋白质分解加强这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。 为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。 肌释出丙氨酸等氨基酸增加。 应激引起的代谢的改变共四十七页内分泌腺或组织代谢改变血中含量胰腺-细胞、-细胞胰高血糖素分泌增加、胰岛素分泌抑制胰高血糖素胰岛素肾上腺髓质、皮质去甲肾上腺素及肾上腺素分泌增加、皮质醇分泌增加肾上腺素皮质醇肝糖原分解增加、糖原合成减少、糖异生增强、脂酸氧化增加、酮体生成增加葡萄糖酮体肌糖原分解增加、葡萄糖的摄取利用减少、蛋白质分解增加、脂酸-氧化增强乳酸葡萄糖氨基酸脂肪组织脂肪分解增强、葡萄糖摄取及利用减少、脂肪合成减少游

25、离脂酸甘油应激时机体(jt)的代谢改变 共四十七页代谢综合征(Metabolic Syndrome, MS) ：以肥胖、高血压、糖代谢及血脂异常等为主要临床表现的症候群 。表现为心脑血管病的多种代谢危险因素在同一个体内集结(jji)的状态。而超重和肥胖在MS发生、发展中起着决定性的作用。 （三）肥胖(fipng)是多种因素引起的进食行为和能量代谢调节的紊乱三、机体通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢共四十七页1肥胖者增加脂肪(zhfng)储存有不同类型体质性肥胖 ：青少年期多见的肥胖，主要由于脂肪细胞数量增加所致。获得性肥胖：成人因营养过剩引起的肥胖，主要由于脂肪细胞体积增加，也有

26、数量增加。单纯性肥胖继发性肥胖症 某些神经、内分泌疾病引起。脂肪(zhfng)储存的不同类型肥胖诊断常用标准是体重指数（body mass index, BMI, BMI=体重 (kg)/身高2 (m2)。如体重超过标准体重的20%，或体重指数30即为肥胖。 共四十七页2正常食欲、进食和能量消耗的平衡(pnghng)受到神经、内分泌系统复杂调节短期进食调节激素主要包括(boku)生长激素释放肽(ghrelin)和胆囊收缩素(cholecystokinin, CCK) 。参与食欲、进食长期调节的激素包括胰岛素和瘦蛋白（leptin）。三、机体通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢3肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱高胰岛素血症是肥胖的重要特征，也是促进肥胖形成的重要因素。肥胖者常可表现胰岛素抵