物质代谢联系与调控

关于物质代谢联系与调控一、物质代谢的概念1、新陈代谢（metabolism）是机体与外界环境不断进行物质交换的过程。2、基础代谢（basalmetabolism）是指人体在清醒而安静的状态中，同时又没有食物的消化与吸收作用的情况下，并处于适宜温度，所消耗的能量。第一节物质代谢概念与特点第2页,共67页，2024年2月25日，星期天3、研究方法（1）同位素示踪法：

常用同位素的放射性及其半衰期同位素放射性半衰期同位素放射性半衰期3H14C45Ca32Pβ-β-β-β-12.3年5760年153天14天35S131I125I59Feβ-β-，γγβ-，γ87天

8天60天46.3天第3页,共67页，2024年2月25日，星期天（2）致突变法：第4页,共67页，2024年2月25日，星期天二物质代谢的特点

体内各种物质（糖、脂、蛋白质、水、无机盐和维生素等）的代谢构成一个统一的整体彼此相互联系或相互转化或相互依存（一）整体性第5页,共67页，2024年2月25日，星期天

机体存在精细的调节机制，使各种物质代谢能适应内外环境的变化。调节各种物质代谢的强度调节各种物质代谢的方向调节各种物质代谢的速度（二）代谢调节第6页,共67页，2024年2月25日，星期天

各组织、器官所含酶系不同，因而代谢途径及功能各异。肝脏含糖、脂、蛋白质代谢的各种酶系，是物质代谢的总枢纽脂肪组织含激素敏感脂肪酶，能进行脂肪的储存与动员脑组织、红细胞有糖代谢酶系，能利用糖氧化供能（三）各组织、器官物质代谢各具特色第7页,共67页，2024年2月25日，星期天

各种代谢池（如氨基酸代谢池、血糖代谢池）；同一种代谢物共同参加到同一代谢池中代谢（如各种来源的血糖均通过血糖代谢池参与各种组织的代谢）。（四）各种代谢物均具各自的代谢池第8页,共67页，2024年2月25日，星期天（五）ATP是体内能量利用的共同形式（六）NADPH是体内各种合成代谢所需的还原当量生物大分子的合成、肌肉收缩、神经冲动的传导、细胞渗透压及形态的维持等乙酰辅酶A合成脂酸、合成固醇等第9页,共67页，2024年2月25日，星期天本章目录第一节物质代谢概念与特点第二节物质代谢的相互联系第三节组织器官的代谢特点及联系第四节代谢调节

第10页,共67页，2024年2月25日，星期天第二节物质代谢的相互联系乙酰辅酶A是三大营养物质代谢共同的中间代谢物；三羧酸循环是三大营养物质分解代谢共同的最后代谢途径；分解代谢释放的能量均以ATP的形式储存；从能量供应角度看，三大营养素可以相互代替，并相互制约。一、在能量代谢上的相互联系第11页,共67页，2024年2月25日，星期天二、三大代谢之间的相互联系

（一）糖代谢与脂代谢的相互联系糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解从头合成脂肪甘油磷酸二羟丙酮糖代谢脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循环

-氧化糖异生TCA第12页,共67页，2024年2月25日，星期天糖代谢和脂肪代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸

氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物第13页,共67页，2024年2月25日，星期天二、三大代谢之间的相互联系（一）糖代谢与脂代谢的相互联系糖变脂摄糖过多→柠檬酸↑ATP↑变构+乙酰辅酶A羧化酶↑乙酰辅酶A

↑合成脂肪酸↑储脂↑肥胖及血TG

↑第14页,共67页，2024年2月25日，星期天脂肪酸不能转变为糖脂肪脂肪酸↑动员甘油↑糖

↑（少）α-磷酸甘油↑

（少）乙酰CoA↑↑（多）

脂肪分解代谢有赖于糖代谢：糖代谢

草酰乙酸

三羧酸循环糖异生高酮血症第15页,共67页，2024年2月25日，星期天

除生酮aa外，其余aa均可生成

-酮酸，并循糖异生途径转变为糖糖代谢中间产物可氨基化转变为非必需aa（但不能转变成8种必需aa）食物中蛋白质能代替糖、脂供能但食物中糖、脂不能代替蛋白质（二）糖代谢与氨基酸代谢的相互联系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白质

NH3蛋白质氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）第16页,共67页，2024年2月25日，星期天

所有aa均分解能生成乙酰CoA，用于脂肪、胆固醇合成aa（如Ser）亦可作为磷脂合成原料仅脂肪动员的甘油可进入糖酵解途径并转变为非必需aa（但不能转变成8种必需aa）（三）脂代谢与氨基酸代谢的相互联系脂肪甘油磷酸二羟丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白质蛋白质氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）第17页,共67页，2024年2月25日，星期天Gly（甘）、Asp（天冬）、Gln（谷氨酰胺）及一碳单位是合成嘌呤的原料Asp、Gln及一碳单位是合成嘧啶的原料（四）核酸与氨基酸代谢的相互关系第18页,共67页，2024年2月25日，星期天糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸丝氨酰苏氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖第19页,共67页，2024年2月25日，星期天本章目录第一节物质代谢概念与特点第二节物质代谢的相互联系第三节组织器官的代谢特点及联系第四节代谢调节

第20页,共67页，2024年2月25日，星期天第三节组织器官的代谢特点及联系1.肝机体物质代谢的总枢纽,是人体的中心生化工厂2.心脏依次以酮体、乳酸、FFA和糖氧化供能（有氧氧化为主）（了解，自学）第21页,共67页，2024年2月25日，星期天

3.脑机体耗能的主要器官（耗氧20%~25%）；几乎以血糖来源的葡萄糖为唯一能源（每天~100g）；长期饥饿时亦可氧化酮体供能。4.肌肉组织以氧化脂酸为主；剧烈运动时进行无氧酵解生成乳酸；肌糖原对血糖无贡献（无葡萄糖-6-磷酸酶活性）。第22页,共67页，2024年2月25日，星期天5.红细胞

由糖酵解供能，每天耗~30g葡萄糖，不能利用脂肪酸酮体氧化供能（无线粒体）6.脂肪组织

储存脂肪；脂肪动员7.肾

能进行糖异生（与肝相当），并能储存糖原；亦能利用酮体氧化供能；肾髓质无线粒体，只能通过糖酵解供能。第23页,共67页，2024年2月25日，星期天本章目录第一节物质代谢概念与特点第二节物质代谢的相互联系第三节组织器官的代谢特点及联系第四节代谢调节

第24页,共67页，2024年2月25日，星期天第四节代谢调节（重点与难点）代谢调节作用的三个水平：细胞水平的代谢调节（酶活性和酶量，代谢物浓度，区室化）---本章重点

激素水平的代谢调节（内分泌细胞→激素→细胞内代谢）

整体水平的代谢调节（中枢神经→神经递质→效应器→激素分泌→细胞内代谢）第25页,共67页，2024年2月25日，星期天（一）酶在细胞内隔离分布（区室化）

各代谢途径的有关酶类，常组成酶体系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同的代谢途径在细胞不同区域内进行。胞液：糖酵解、糖原合成与分解、糖异生、磷酸戊糖途径、脂酸合成酶系线粒体：三羧酸循环、氧化磷酸化、呼吸链、脂酸氧化酶系胞核：核酸合成酶系一、细胞水平的代谢调节第26页,共67页，2024年2月25日，星期天调节酶（关键酶、限速酶）的概念

一个代谢途径的速度和方向，常由一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定。这些调节代谢的酶称调节酶（regulatoryenzyme）或关键酶（keyenzyme）第27页,共67页，2024年2月25日，星期天1.所催化的反应速度最慢，故又称限速酶；关键酶的特点2.催化单向反应或非平衡反应，故能决定整个代谢途径的方向；3.酶活性除受底物影响外，还受多种代谢物或效应剂的调节。第28页,共67页，2024年2月25日，星期天糖原分解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖酵解

己糖激酶，PFK-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,α酮戊二酸脱氢酶系糖异生

丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,果糖1,6-二磷酸酶,葡萄糖-6-磷酸酶脂酸合成

乙酰CoA羧化酶胆固醇合成HMGCoA还原酶

某些重要代谢途径的关键酶代谢途径关键酶第29页,共67页，2024年2月25日，星期天变构调节共价(化学)修饰调节代谢调节主要通过对关键酶活性的调节实现快速调节(数秒~数分)迟缓调节(数小时~数天)酶的代谢调节酶量的调节酶蛋白的合成酶蛋白的降解酶活性调节第30页,共67页，2024年2月25日，星期天(二)关键酶的变构调节1.变构调节(别构调节)allostericregulation

小分子物质与酶蛋白分子活性中心以外的部位非共价键结合，使酶蛋白构象发生变化，从而增强或减弱酶的活性。这种调节方式称~第31页,共67页，2024年2月25日，星期天变构部位(别构部位)

allostericsite

与变构效应剂结合的部位变构酶(别构酶)allostericenzyme

被变构调节的酶变构效应剂allostericeffector

使酶发生变构效应的物质第32页,共67页，2024年2月25日，星期天2.变构调节的机制变构酶(寡聚酶)催化亚基调节亚基与底物结合起催化作用与变构效应剂非共价结合起调节作用变构效应剂的种类：底物，代谢终产物，代谢中间产物，其他小分子代谢物第33页,共67页，2024年2月25日，星期天酶活性的变构调节示意图变构剂酶底物活性中心变构中心变构抑制第34页,共67页，2024年2月25日，星期天A→B→C→D→E→……→Z

F→G→……→

Z(-)(-)(-)(-)3.变构调节的生理意义:

反馈调节feedbackA→B→CD→E→……→

Y

第35页,共67页，2024年2月25日，星期天糖酵解

己糖激酶AMP,ADP,FDP,PiG-6-P,ATPPFK-1FDP

柠檬酸丙酮酸激酶ATP,乙酰CoATAC

柠檬酸合酶

AMP

ATP,长链脂酰CoA

异柠檬酸脱氢酶

AMP,ADP

ATP糖异生

丙酮酸羧化酶乙酰CoA,ATP

AMP糖原分解磷酸化酶b

AMP,G-1-P,PiATP,G-6-P脂酸合成

乙酰CoA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

Gln-PRPP酰胺转移酶AMP,GMP嘧啶合成

Asp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剂(了解)代谢途径变构酶变构激活剂变构抑制剂第36页,共67页，2024年2月25日，星期天（三）酶的共价修饰调节概念一种酶在另一种酶的催化下，通过共价键的断裂与生成，结合或移去某基团，使酶活性改变，这种调节称酶的共价修饰调节

covalentmodificationregulation

或化学修饰调节

chemicalmodificationregulation第37页,共67页，2024年2月25日，星期天属快速调节，包括:（三）酶的共价修饰调节磷酸化/脱（去）磷酸化(最常见)乙酰化/脱乙酰化甲基化/去甲基化腺苷化与脱腺苷SH/-S-S-第38页,共67页，2024年2月25日，星期天酶的磷酸化与脱磷酸化酶蛋白磷蛋白磷酸酶PiH2O蛋白激酶ATPADPMg2+酶蛋白ThrSerTyr—OHThrSerTyr—O-PO32-第39页,共67页，2024年2月25日，星期天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HMGCoA还原酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活HMGCoA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/氧化酶酶化学修饰类型酶活性改变

表10-5酶促化学修饰对酶活性的调节第40页,共67页，2024年2月25日，星期天2.酶促化学修饰的特点(1)化学修饰酶一般都具有无活性（低活性）和有活性（高活性）两种形式，它们之间在不同的酶催化下可相互转变。酶受激素的调节。（可控）(2)化学修饰由酶催化引起共价键的变化，酶促反应具有级联放大效应。（效率高）(3)磷酸化与脱磷酸是最常见的。(经济有效)(4)许多化学修饰酶也同时受到变构调节，酶的化学修饰和变构调节两者相辅相成。（完善）第41页,共67页，2024年2月25日，星期天（四）酶含量的调节概念：通过调节酶的含量（即通过控制酶蛋白的合成与分解的速度）来实现对代谢反应速度和强度的调节。特点：酶蛋白的合成或降解所需时间较长，消耗ATP较多，属迟缓调节，作用慢（几小时~几天）、持续时间长。第42页,共67页，2024年2月25日，星期天1.酶蛋白合成的诱导与阻遏酶的底物、激素或药物能在转录水平增加酶的合成。诱导剂——加速酶蛋白合成的化合物阻遏剂——减少酶蛋白合成的化合物1）底物对酶合成的诱导与阻遏例：酪蛋白（饲料）精氨酸酶量（鼠肝）+第43页,共67页，2024年2月25日，星期天2）产物对酶合成的阻遏例：胆固醇

—HMG-CoA还原酶量（肝）

3）激素对酶合成的诱导例：糖皮质激素糖异生4种限速酶量+4）药物对酶合成的诱导血游离胆红素(新生儿黄疸)苯巴比妥葡萄糖醛酸基转移酶（肝微粒体）+第44页,共67页，2024年2月25日，星期天2.酶蛋白的降解细胞内酶蛋白的降解由蛋白水解酶类催化。有：1）溶酶体中的蛋白水解酶2）蛋白酶体由多种蛋白水解酶组成，需要泛素参与。第45页,共67页，2024年2月25日，星期天泛素:由76个aa组成，分子量8.5kD,

待降解的蛋白质与泛素结合（即泛素化）后，可迅速被酶降解。

这种降解作用与细胞周期性调节蛋白（cyclin）的降解有关，故泛素参与细胞周期的调控第46页,共67页，2024年2月25日，星期天二、激素水平的调节激素(hormone)概念及作用方式内分泌细胞生物效应分泌激素血液受体或靶细胞第47页,共67页，2024年2月25日，星期天受体作用方式能识别相应的激素并特异地与之结合，从而将激素信号转变为细胞内一系列的化学反应，最后表现出激素的生物学效应。受体（receptor)概念

分布于靶细胞膜或细胞内的特异蛋白质(糖蛋白或脂蛋白)。第48页,共67页，2024年2月25日，星期天1.膜受体激素激素分为膜受体激素和细胞内受体激素膜受体是细胞表面质膜上的跨膜糖蛋白。这类激素都是亲水的，包括：胰岛素、生长激素、促性腺激素、促甲状腺激素等蛋白类激素；生长因子等肽类激素；及肾上腺素等儿茶酚胺类激素。第49页,共67页，2024年2月25日，星期天

激素作为第一信使与靶细胞膜上的受体结合，通过跨膜信息传递，转变为细胞内的第二信使信号，并通过级联放大，产生细胞生物学效应。作用第50页,共67页，2024年2月25日，星期天2.细胞内受体激素

有类固醇激素、甲状腺素、前列腺素、1,25(OH)2-D3及视黄酸等疏水性激素，均为分子量较小的脂溶性激素。第51页,共67页，2024年2月25日，星期天

激素易透过细胞膜，并与胞内特异性受体结合，形成激素-受体复合物作用于染色质特定序列（激素作用元件），调节特异性mRNA的转录及蛋白质的合成而发挥生理作用。作用：第52页,共67页，2024年2月25日，星期天酶级联系统调控示意图意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456第53页,共67页，2024年2月25日，星期天三、整体调节

在不同生理和病理状况下，机体的神经系统的活动、激素的分泌和各代谢途径中的酶(三个调节水平)均发生相应的变化，使各种物质代谢的速度与同外环境的变化相适应，以保证机体的能量需要和内环境的相对恒定。例如：在饥饿和应激状态下的物质代谢调节。第54页,共67页，2024年2月25日，星期天（一）饥饿代谢变化的基本规律：

在饥饿状态下，机体发生一系列生理和代谢变化。

基本表现为各个组织细胞从依赖食物提供葡萄糖，逐步转变并适应以自身储脂为主要能量来源的过程；蛋白质分解提供能量也明显增加；氮平衡转向负氮平衡。第55页,共67页，2024年2月25日，星期天饥饿分期短期饥饿(1~2周)长期饥饿(2周以上)又称糖异生期。主要靠肝脏糖异生葡萄糖和肝外组织节省葡萄糖的利用维持血糖水平，以满足脑组织对糖的需求。又称蛋白保存期。体内各个组织包括脑组织都以脂肪酸和酮体作为主要能源。第56页,共67页，2024年2月25日，星期天1.短期饥饿血糖的维持：饥饿头2天，主要靠肝糖原分解维持血糖水平；2天后则主要依靠肝糖异生维持血糖水平。能源:

饥饿时主要能源是储脂（占85%）和蛋白质。第57页,共67页，2024年2月25日，星期天激素分泌的变化：饥饿时血糖水平下降到一定程度后，剌激胰岛α-细胞分泌胰高血糖素，抑制β-细胞分泌胰岛素。使胰岛素/胰高血糖素比值降低，此比值在整个饥饿期间发挥至关重要的作用。1.短期饥饿第58页,共67页，2024年2月25日，星期天代谢变化：1）肝糖原分解作用加强饥饿胰岛素/胰高血糖素比值↓肝细胞腺苷酸环化酶↑级联放大系统糖原磷酸化酶↑糖原合酶↓肝糖原分解作用↑第59页,共67页，2024年2月25日，星期天2）肌肉蛋白分解加强肌肉蛋白质分解加强，氨基酸以丙氨酸和谷氨酰胺形式进入血循环；饥饿2天后，肝糖元耗尽；进入肝脏后作为糖异生的原料。第60页,共67页，2024年2