第09章物质代谢的联系与调节(11采用)

第9章物质代谢的联系与调节MetabolicInterrelationships&Regulation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体内重要组织、器官的代谢特点及联系第四节代谢调节方式物质代谢的特点TheSpecialtyofMetabolism第一节一、体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体

糖类脂类蛋白质水

无机盐维生素

消化吸收中间代谢废物排泄

体内各种物质的代谢不是孤立进行的，是同时的，相互联系，相互转变，相互依存，构成统一的整体。糖、脂能AA合成代谢分解代谢蛋白整体性例：（E,H）二、机体物质代谢不断受到精细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是机体储存能量和消耗能量的共同形式营养物分解释放能量ADP+PiATP直接供能六、NADPH提供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体内重要组织、器官的代谢特点及联系第四节代谢调节方式物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships第二节一、各种能量物质的代谢相互联系相互制约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，机体优先利用燃料的次序是糖原、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。

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周二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系

（一）糖代谢与脂代谢（二）糖代谢与氨基酸代谢糖脂氨基酸核酸（三）脂代谢与氨基酸代谢（四）核酸与氨基酸代谢碱基核糖糖：不能生成必需氨基酸氨基酸：可异生成糖

（除Leu,lys）3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体内重要组织、器官的代谢特点及联系第四节代谢调节方式体内重要组织、器官的代谢特点及联系MetabolicSpecialty&InterrelationshipsofImportantTissues&ApparatusintheBody第三节结构不同，功能各异酶系组成、含量不同血液循环

CNS统一整体各具特色4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例如：——肝在维持血糖稳定中起重要作用。一、肝是人体最重要的物质代谢中心和枢纽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。

二、心可利用多种能源物质，以有氧氧化为主耗能大，耗氧多。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。

三、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大合成、储存肌糖原；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。四、肌肉主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸五、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。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。

六、脂肪组织是合成、储存脂肪的重要组织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。七、肾是可进行糖异生和生成酮体两种代谢的器官器官组织特有的酶功能主要代谢途径主要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β-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器官及组织氧化供能的特点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体内重要组织、器官的代谢特点及联系第四节代谢调节方式代谢调节方式TheWayforRegulationofMetabolism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主要调节关键酶活性•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。（一）细胞酶系有特定细胞和亚细胞区域的隔离分布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。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糖异生胞液脂酸合成胞液脂酸β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在细胞内的分布

乙酰CoAFA合成酶系

FA无意义循环例：ATP脂酰CoAβ-[O]乙酰CoA线粒体胞液6有氧氧化糖不足糖充足Glc酶隔离分布的意义: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。关键步骤关键酶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。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还原酶某些重要代谢途径的关键酶①快速代谢

②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。1．代谢途径关键酶多数受到变构调节

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，引起酶蛋白分子构象变化，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。（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(allostericenzyme)。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。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一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂2．代谢途径的起始物或产物通过变构调节影响代谢途径（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关键酶

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（三）关键酶活性可由酶的化学修饰调节1．通过对酶蛋白的化学修饰调节代谢途径关键酶活性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(covalentmodification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。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-CoA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2．酶促化学修饰的特点

：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。磷酸化酶b的瀑布式酶促修饰反应肾上腺素磷酸化酶a磷酸化酶b活性磷酸化酶b激酶（磷酸化）无活性磷酸化酶b激酶（脱磷酸）活性蛋白激酶腺苷酸环化酶无活性蛋白激酶胰高血糖素+ADPATPADPATPcAMPATP+同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。例：二聚体糖原磷酸化酶存在磷酸化位点，且每个亚基都有催化部位和调节部位，因此，在受化学修饰的同时也可由AMP变构激活，并受ATP变构抑制

化学修饰和变构双重调节的意义：变构调节是细胞的一种基本调节机制，效应剂浓度过低，难以发挥应急效应。当在应激状态下，随着肾上腺素的释放，通过cAMP,启动一系列的级联酶促化学修饰反应，迅速有效地满足机体的急需。（四）改变细胞内酶的含量可调节酶的活性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)常见的诱导或阻遏方式:Ⅰ底物对酶合成的诱导和阻遏Ⅱ产物对酶合成的阻遏Ⅲ激素对酶合成的诱导Ⅳ药物对酶合成的诱导2．调节细胞酶含量也可通过改变酶蛋白降解速度溶酶体蛋白酶体——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。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作用机制：二、激素通过作用特异受体调节代谢过程（体液调节）组织特异性和效应特异性∵特异性激素受体特点receptor（一）膜受体激素（二）胞内受体激素膜受体蛋白质类、肽类、儿茶酚胺类亲水难以越过脂质双层----与膜受体结合通过第二信使发挥作用细胞表面脂膜上的跨膜糖蛋白类固醇类、甲状腺素、视黄酸等疏水可越过脂质双层----与胞内受体结合激素-受体复合物-----DNA激素反应元件10化学修饰调节

膜受体激素胞内受体激素第二信使E酶含量调节激素受体示意图细胞膜细胞核膜受体11HRE胞内受体三、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内外环境变化神经体液调节适应环境维持内环境相对恒定NS物质代谢（激素）（一）饥饿（二）应激主要矛盾:血糖↓

增加来源：糖异生↑

减少去路：葡萄糖利用↓

其他能源利用↑主要调节激素：

胰岛素、胰高血糖素代谢综合征(MetabolicSyndrome,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）肥胖是多种因素引起的进食行为和能量代谢调节的紊乱体质性肥胖：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，也有数量增加。1．肥胖者增加脂肪储存有