代谢调节生物化学

第十一章物质代谢调节生命存在的三大要素物质代谢能量代谢代谢调节物质代谢的特点TheSpecialtyofMetabolism第一节一、整体性

糖类

脂类蛋白质水无机盐维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存。

消化吸收中间代谢废物排泄二、代谢调节机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度内外环境不断变化影响机体代谢适应环境的变化三、各组织、器官物质代谢各具特色结构不同酶系的种类、含量不同不同的组织、器官代谢途径不同、功能各异四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池例如各种组织

消化吸收的糖

肝糖原分解糖异生血糖五、ATP是机体能量利用的共同形式营养物分解释放能量ADP+PiATP直接供能六、NADPH是合成代谢所需的还原当量例如乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships第二节一、在能量代谢上的相互联系三大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。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。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）例如饥饿时

肝糖原分解

，肌糖原分解

肝糖异生，蛋白质分解以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低1~2天3~4周（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

二、糖、脂和蛋白质之间的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）2.脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡萄糖3.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（二）糖与氨基酸代谢的相互联系例如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，生成相应的α-酮酸，可转变为糖。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α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸氨基酸乙酰CoA脂肪

1.蛋白质可以转变为脂肪

2.氨基酸可作为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）脂类与氨基酸代谢的相互联系——

但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸

其他α-酮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（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系

1.氨基酸是体内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葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸目录组织、器官的代谢特点及联系MetabolicSpecialtyandInterrelationshipsofTissuesandApparatus第三节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。肝合成、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糖代谢中的作用如——肝在维持血糖稳定中起重要作用。酮体乳酸

游离脂酸葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能为主。心脏耗能大，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。

脑合成、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。肌肉能量主要来自糖酵解。红细胞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。

脂肪组织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。肾脏代谢调节TheRegulationofMetabolism第四节代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。单细胞生物高等生物——

三级水平代谢调节细胞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。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，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。

一、细胞水平的代谢调节•细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。•细胞内酶呈隔离分布。•代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(keyenzyme)的活性决定。•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。细胞内酶的隔离分布一、酶在细胞内的分隔分布催化不同代谢的酶分隔分布在不同的亚细胞结构中但个代谢途径又相互联系

酶的隔离分布的意义

——避免了各种代谢途径互相干扰。多酶体系在细胞内的分布二、代谢调节作用点

—限速酶、关键酶限速酶（rate-limitingenzyme)体内代谢是一系列酶促反应的总和，整个代谢途径速度取决于多酶体系中催化活力最低、米氏常数最大、催化反应速度最慢的酶此酶起着限速作用，代谢调节的作用点。限速酶关键酶（keyenzyme)几条代谢途径有交叉/共同的代谢中间物丙酮酸6-磷酸葡萄糖乙酰CoAα-酮戊二酸6-磷酸葡萄糖脂肪酸酮体胆固醇糖酵解酮体脂肪酸乙酰CoA的来源和去路葡萄糖脂肪酸酮体氨基酸乙酰CoA胆固醇三羧酸循环酮体脂肪酸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(limitingvelocityenzymes)。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。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，其速度及方向由其中的关键酶决定。例：糖代谢的关键酶关键酶的活力调节酶活性调节方式别构调节化学修饰调节酶含量调节方式诱导阻遏

快速代谢

迟缓代谢数秒、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(allostericregulation)化学修饰调节(chemicalmodification)•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。三、酶的别构调节1、概念酶（别构酶,四级结构）分子因受某些物质（别构剂:激活剂/抑制剂）的影响,在调节亚基部位非共价结合,而发生轻微的构象变化(疏松/紧密)，从而影响酶的活性。被调节的酶称为变构酶或别构酶(allostericenzyme)使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allostericeffector)

•变构激活剂allostericeffector——引起酶活性增加的变构效应剂。•变构抑制剂allostericeffector

——引起酶活性降低的变构效应剂。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）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化RRCCRRRRCCCC酶活性增加/降低--生理小分子物质：代谢产物、底物、其他和调节基团非共价、可逆结合

酶的别构调节酶分子RRCCRRRRCCCC酶活性增加/降低--生理小分子物质：代谢产物、底物、其他和调节基团非共价、可逆结合

酶的别构调节酶分子2.变构调节的机制变构酶催化亚基调节亚基变构效应剂：底物、终产物其他小分子代谢物3.变构调节的生理意义①

代谢终产物反馈抑制(feedbackinhibition)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。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③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

促进脂酸的合成四、酶的化学修饰调节1、概念酶蛋白多肽链上某些基团可在另一酶的催化下发生可逆地共价修饰，如：酶蛋白上的-OH基团可磷酸化或去磷酸化，或者是某些基团的乙酰化，去乙酰化的互变等，而导致酶活性的改变，受这类作用影响的酶称为修饰酶，这种作用称为酶的化学修饰。为酶活性的快调节。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-OH酶活性增加/降低--磷酸基团、乙酰基、甲基等，和调节基团共价、可逆结合

酶的化学修饰（共价修饰）调节酶分子酶ATPADP-OH-OH-OHPP酶活性增加/降低--磷酸基团、乙酰基、甲基等，和调节基团共价、可逆结合

酶的化学修饰（共价修饰）调节酶分子磷酸酶ATPADP-OHP-OH-OH-OHP3.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。酶别构调节与化学修饰调节的比较某些酶同时存在两种调节方式别构调节是细胞的基本调节方式化学修饰调节是高效的调节方式六、酶含量的调节1、酶蛋白生物合成的诱导与阻遏诱导（induction）-使蛋白质合成增加阻遏（repression）-使蛋白质合成减少诱导与阻遏转录/翻译过程是迟缓调节诱导底物诱导

Trp诱导色氨酸吡咯酶的合成激素诱导糖皮质激素药物药物诱导安眠药苯巴比妥阻遏产物阻遏高胆固醇抑制HMG-CoA还原酶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。第二节激素水平的调节

制造分泌血液内分泌细胞激素靶细胞生物学效应（第一信使）（受体）激素作用特点量小作用大有特异性作用迅速激素的受体（receptor）化学本质存在部位蛋白质靶细胞质膜靶细胞内靶细胞质膜和靶细胞内

特点（1）高度的特异性（2）高度的亲和（3）结合的可逆性（4）生物学效应激素1-受体1非共价键结合（可逆）和结合量成正比

1.血中激素的量

2.靶细胞上的受体的量

3.激素与受体的亲和力激素的受体（receptor）胰岛素主要通过靶细胞膜受体发挥作用胰岛素抵抗的异质性胰岛素抗性蛋白举例：胰岛素调节代谢的作用机制激素分类

Ι

膜受体激素Ⅱ胞内受体激素按激素受体在细胞的部位不同，分为：1.膜受体激素的作用方式激素作用方式2.胞内受体激素的作用方式（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1.短期饥饿（1～3天）三、整体水平的代谢调节

（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，酮体生成增多整体调节=神经-体液调节神经系统协调调节几种激素多种激素共同协调调节一、饥饿时的代谢调节饥饿：正常生活、工作病理情况：昏迷、胃肠道手