物质代谢的联系与调节(2).ppt

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1、第10章 物质代谢的联系与调节 Metabolic Interrelationships and 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 某些组织、器官的代谢特点第四节 代谢调节第一节 物质代谢的特点the Specialty of Metabolismq整体性q物质代谢与能量代谢偶联q代谢途径的多样性q代谢调节q各组织、器官物质代谢各具特色q各种代谢物均具有各自共同的代谢池qATP是机体能量利用的共同形式qNADPH是合成代谢所需的还原当量（一）（一）整体性整体性 体内各种物质包括糖、脂、蛋白质、水、无机盐、维生素等的代谢不是彼此孤立各自为政，而是同时进行

2、的，而且彼此互相联系，或相互转变，或相互依存，构成统一的整体。（二）物质代谢与能量代谢偶联（二）物质代谢与能量代谢偶联 同化作用:获取营养物质；储存能量 异化作用：分解自身物质；释放能量（三）（三）代谢途径的多样性代谢途径的多样性 直线反应：核苷酸合成 分支反应：丙酮酸代谢 循环反应：三羧酸循环 （四）（四）代谢调节代谢调节 在正常情况下，机体各种物质代谢能适应内外环境不断的变化，有条不紊地进行，是由于机体存在精细的调节机制，不断调节各种物质代谢的强度、方向和速度以适应内外环境的变化。（五）（五）各组织、器官物质代谢各具特色各组织、器官物质代谢各具特色 由于各组织器官的结构不同，所含有酶系的种

3、类和含量各不相同，因而代谢途径及功能各异，各具特色。（六）六）各种代谢物均具有各自共同的代谢池各种代谢物均具有各自共同的代谢池 无论是体外摄入的营养物或体内各组织细胞的代谢物，只要是同一化学结构的物质在进行中间代谢时，不分彼此，参加到共同的代谢池中参与代谢。（七）（七）ATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式 ATP是生命活动所涉及的蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的合成、肌收缩、神经冲动的传导、细胞渗透压及形态的维持的直接利用能量。（八）（八）NADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量 参与还原合成代谢的还原酶多以NADPH为辅酶，提供还原当量。第二节 物质代谢的

4、相互联系Metabolic Interrelationships一、在能量代谢上的相互联系二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系在能量代谢上的相互联系v 乙酰辅酶A是三大营养物共同的中间代谢物，三羧酸循环是糖、脂、蛋白质最后分解的共同代谢途径，释放出的能量均以ATP形式储存。v 从能量供应的角度看，这三大营养物可以相互代替、并相互制约。一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。疾病或饥饿时，糖异生增强，蛋白质分解加强。脂肪分解脂肪分解增强增强ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制（糖分解代谢限速酶之一）（

5、糖分解代谢限速酶之一）饥饿时饥饿时肝糖原分解肝糖原分解 ，肌糖原分解肌糖原分解 肝糖异生肝糖异生 ，蛋白质分解蛋白质分解 以脂酸、酮体分解供能以脂酸、酮体分解供能为主为主,蛋白质分解明显降低蛋白质分解明显降低1 2 天天3 4 周周糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系糖代谢、脂代谢之间的相互联系 乙酰辅酶A和三羧酸循环是中间枢纽。糖代谢、氨基酸代谢之间的相互联系 氨基酸的脱氨基作用和糖异生是中间枢纽。脂代谢、氨基酸代谢之间的相互联系 生糖氨基酸（其它14种）生酮氨基酸（Leu、Lys）生酮兼生糖氨基酸（Ile、Phe、Trp、Tyr、Thr）核酸与氨基酸代谢之间的相互联系 磷酸戊糖途径和一碳单位代

6、谢是重要的。1.1.摄入的糖量超过能量消耗时摄入的糖量超过能量消耗时 葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪（脂肪组织）（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉）2.2.脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸-甘油甘油葡葡萄萄糖糖3.3.脂肪的分解代谢受糖代谢的影响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饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对不足相对不足糖不足糖不足脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加

7、氧化氧化受阻受阻丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脱氨基糖异生葡萄糖葡萄糖1.1.大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转酮酸，可转变为糖。变为糖。糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸2.2.糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA 胡延索酸胡延索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸PEP磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯

8、乙酰乙酰乙酰乙酰CoAIleLeuTrpAsp AsnPhe TyrIle Met Ser Thr Val酮体酮体Leu Lys Try Trp Phe CO2CO2T A CAlaCysSerThrTrpGluArg Gln His Val氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪1.1.蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪2.2.氨基酸可作为合成磷脂的原料氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胆胺胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂 但不能说，脂类可转变为氨基酸。但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他

9、-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸3.3.脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸一碳单位谷氨酰胺甘氨酸天冬氨酸 R P磷酸核糖 磷酸戊糖途径葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸3-P-甘油醛甘油醛丙氨酸磷酸戊糖途径葡萄糖有氧氧化乙酰CoA 脂肪合成G-6-P G-1-P 糖原酵解 乳酸CO2、H2O甘油胆固醇胆固醇

10、酮体酮体脂肪酸脂肪酸乙酰CoA葡萄糖葡萄糖三三羧酸循环羧酸循环-酮戊二酸酮戊二酸生酮氨基酸生酮氨基酸第三节 某些组织、器官的代谢特点1、肝脏：肝脏：是机体物质代谢的枢纽，是人体的中心生化工厂。在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均有独特而重要的作用。2、心脏：、心脏：依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖为耗能物质并以有氧氧化途径为主。3、脑：、脑：是机体耗能大的主要器官，耗O2量占全身耗O2的20%-25%，几乎以葡萄糖为唯一供能物质。4、肌肉组织：、肌肉组织：通常以氧化脂酸为主，无氧时以糖酵解为主。5、红细胞：、红细胞：能量主要来自葡萄糖的酵解途径。6、脂肪组织：、脂肪组织：是合成及储存脂肪

11、的重要组织。7、肾：、肾：可进行糖异生和生成酮体，它是除肝脏以外唯一可进行此两种代谢的器官。1 1、耗能大，耗氧多耗能大，耗氧多2 2、葡萄糖为主要能源葡萄糖为主要能源3 3、不能利用脂酸，葡萄糖供应不能利用脂酸，葡萄糖供应 不足时，利用酮体。不足时，利用酮体。脑脑酮体酮体乳酸乳酸 游离游离脂酸脂酸葡萄糖葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能为主。以葡萄糖有氧氧化供能为主。心心 脏脏也可进行糖异生和生成酮体；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。脂酸、酮体有氧氧化供能。肾肾 脏脏第四节 代谢调节 The Regulatio

12、n of Metabolism一、细胞水平的代谢调节：一、细胞水平的代谢调节：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。二、激素水平的代谢调节：二、激素水平的代谢调节：器官及细胞分泌的激素可对其它细胞发挥代谢调节作用。三、整体水平的代谢调节三、整体水平的代谢调节：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，并通过各种激素的相互协调而对机体代谢进行综合调节。机体生物学功能的变化细胞代谢的变化代谢过程中关键酶的活性变化激素调控神经调控一、细胞水平的代谢调节（一）细胞内酶的隔离分布（二）关键酶的变构调节-（三）酶

13、的化学修饰调节-（四）酶量的调节-快速调节迟缓调节二、激素水平的代谢调节、膜受体激素、胞内受体激素 种 类 信息物质 受体 细胞内的变化神经递质 乙酰胆碱、Glu、GABA 质膜受体 影响离子通道开闭生长因子 EGF、IGF-1、PDGF、质膜受体 引起酶蛋白和功能 FGF 蛋白的磷酸化和去 磷酸化，改变细胞 的代谢和基因表达 激 素 蛋白质、多肽、氨基酸衍 质膜受体 同 上 生物类激素 类固醇激素、胞内受体 影响转录 甲状腺素 三、整体调节（一）饥饿 、短期饥饿 、长期饥饿（二）应激调节酶（关键酶）的特点v 它催化的反应速度最慢，它的活性决定整 个代谢途径的总速度。v 这类酶催化单向反应，或

14、非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。v 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。代谢途径代谢途径 关关 键键 酶酶 糖原降解 磷酸化酶 糖原合成 糖原合成酶 糖酵解 己糖激酶 磷酸果糖激酶 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1，6二磷酸酶 脂肪酸合成 乙酰辅酶A羧化酶 胆固醇合成 HMG辅酶A还原酶 关键酶的变构调节 概念概念(allosteric regulation)：小分子化合物与酶蛋白分子活化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。机制：机制：变构酶

15、分子包括催化亚基和调节亚基。变构效应剂可以是酶的底物，也可以是酶体系的终产物或其它小分子代谢物。变构效应剂是通过非共价键与调节亚基结合，引起酶的构象改变，从而影响酶与底物的结合，使酶的活性受到抑制或激活。生理意义生理意义：1、常见的快速调节 2、常见于反馈抑制 3、有效利用能量 4、可使不同代谢途径相互协调。变构效应剂变构效应剂 (allostericallosteric effectoreffector)变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂变构调节变构调节 (allostericallosteric regulation)regulation)变构酶变构酶 (allostericallo

16、steric enzyme)enzyme)变构部位变构部位 (allostericallosteric site)site)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶酶构构象象改改变变，从从而而改改变变酶酶的的催催化化活活性性，此种调节方式称变构调节。此种调节方式称变构调节。变构调节的生理意义变构调节的生理意义 代谢终产物反馈抑制代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition)反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰

17、CoA长链脂酰长链脂酰CoA 变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P+糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合酶糖原合酶促进糖的储存促进糖的储存变构调节使不同的代谢途径相互协调。变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸柠檬酸+6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化乙酰辅酶乙酰辅酶A 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成 维持代谢物的动态水平维持代谢物的动态水平ATP+6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶1抑制糖的氧化抑制糖的氧化丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶果糖果糖1,6二磷酸酶二磷酸酶促进糖异生促进糖异生维持血糖水平维持

18、血糖水平酶的化学修饰调节概念概念(chemical modification)：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(covalent modification)，从而引起酶活性改变。类型：类型：磷酸化与脱磷酸 乙酰化与脱乙酰 甲基化与去甲基 腺苷化与脱腺苷 SH与SS互变酶促化学修饰的特点绝大多数属于这类调节方式的酶都具有无活性（或底活性）和有活性（或高活性）两种形式。它们之间在两种不同酶的催化下发生共价修饰，可以相互转变。催化互变反应的酶在体内受调节因素的控制。和变构调节不同，化学修饰是由酶催化引起的共价键的变化，因起是酶促反应，故有放大效应。催化效率常较变构调节高。磷酸化与

19、脱磷酸是最常见的酶促化学修饰反应。糖原磷酸化酶的激活与失活糖原磷酸化酶的激活与失活v 变构调节与化学修饰调节只是调节酶活性的两种变构调节与化学修饰调节只是调节酶活性的两种不同方式而对某一具体酶而言，它可同时受这两种方式不同方式而对某一具体酶而言，它可同时受这两种方式的调节。的调节。v 变构调节是细胞的一种基本调节基制，对维持细胞变构调节是细胞的一种基本调节基制，对维持细胞代谢物及能量平衡具有重要作用，然而当效应剂浓度过代谢物及能量平衡具有重要作用，然而当效应剂浓度过底，不足以与酶分子全部调节亚基或部位结合时，就不底，不足以与酶分子全部调节亚基或部位结合时，就不能使所有酶发挥作用，故难以应急。当

20、在应急情况下，能使所有酶发挥作用，故难以应急。当在应急情况下，少量激素的释放，即可通过一系列级联酶促化学修饰反少量激素的释放，即可通过一系列级联酶促化学修饰反应，迅速引起关键酶活性的级联放大及生理效应，以适应，迅速引起关键酶活性的级联放大及生理效应，以适应应激的需要。应应激的需要。酶量的调节 酶量调节属迟缓调节酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白的降解 溶酶体 蛋白酶体主要是泛素酶蛋白合成的诱导与阻遏底物对酶合成的诱导和阻遏 普遍存在于生物界，如lac。产物对酶合成的和阻遏 产物不仅可变构抑制或反馈抑制关键酶或催化起始反应酶的活性，而且还可以阻遏这些酶的合成。激素对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导 体内

21、蛋白质的降解 降解机制：蛋白酶、肽酶 降解途径：（1）溶酶体途径：不依赖ATP，降解细胞外来源的蛋白质、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白 （2）泛素蛋白酶体途径：依赖ATP和泛素，降解异常蛋白和短寿命的蛋白质膜受体激素：膜受体激素：这类激素包括胰岛素、生长激素、促性腺激素、促甲状腺激素、甲状旁腺激素、生长因子、肾上腺素等。胞内受体激素：胞内受体激素：类固醇激素 前列腺素 甲状腺素 1、25（OH）-vitD3 视黄酸等。1.1.膜受体激素的作用方式膜受体激素的作用方式2 2、胞胞内内受受体体激激素素的的作作用用方方式式（一）饥饿一）饥饿 1、短期饥饿、短期饥饿 （1）肌肉蛋白质分解加强 （2）糖异生

22、作用增强 （3）脂肪动员加强、酮体生成增多 （4）组织对葡萄糖的利用降底 2、长期饥饿、长期饥饿 （1）脂肪动员进一步加强、肝生成大量酮体脑组织利用酮体增加。（2）肌肉以脂酸为主要能源。（3）肌肉蛋白质分解减少，乳酸和丙酮酸成为肝糖异生的主要来源。（4）肾糖异生作用明显增强 （5）因肌肉蛋白分解减少，负氮平衡有所改善。（二）应激 应激是人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、缺氧、中毒、感染等所作出的一系列反应的“紧张状态”。1、血糖升高 2、脂肪动员增强，血浆游离脂酸升高 3、蛋白质分解加强，呈负氮平衡第一节 物质代谢的特点q整体性q代谢调节q各组织、器官物质代谢各具特色q各种代谢物均具有

23、各自共同的代谢池qATP是机体能量利用的共同形式qNADPH是合成代谢所需的还原当量第二节 物质代谢的相互联系一、在能量代谢上的相互联系二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系第三节第三节 组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系1 1、肝脏：、肝脏：是机体物质代谢的枢纽，是人体的中心生化工厂。在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均有独特而重要的作用。2 2、心脏：、心脏：依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖为耗能物质并以有氧氧化途径为主。3 3、脑：、脑：是机体耗能大的主要器官，耗O2量占全身耗O2的20%-25%，几乎以葡萄糖为唯一供能物质。4 4、肌肉组织：、肌肉组织：通常以氧化

24、脂酸为主，无氧时以糖酵解为主。5 5、红细胞：、红细胞：能量主要来自葡萄糖的酵解途径。6 6、脂肪组织：、脂肪组织：是合成及储存脂肪的重要组织。7 7、肾：、肾：可进行糖异生和生成酮体，它是除肝脏以外唯一可进行此两种代谢的器官。第四节 代谢调节一、细胞水平的代谢调节：一、细胞水平的代谢调节：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。二、激素水平的代谢调节：二、激素水平的代谢调节：器官及细胞分泌的激素可对其它细胞发挥代谢调节作用。三、整体水平的代谢调节：三、整体水平的代谢调节：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

25、代谢及功能，并通过各种激素的相互协调而对机体代谢进行综合调节。各种物质代谢之间互有联系，相互依存。各种物质代谢之间互有联系，相互依存。糖类糖类脂类脂类蛋白质蛋白质水水无机盐无机盐维生素维生素消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄丙酮酸代谢分支反应示意图丙酮酸代谢分支反应示意图氨基酸氨基酸代谢库代谢库食物蛋白质食物蛋白质消化吸收消化吸收 组织组织蛋白质蛋白质分解分解 体内合成氨基酸体内合成氨基酸(非必需氨基酸非必需氨基酸)-酮酸酮酸 脱氨基作用脱氨基作用 酮酮 体体氧化供能氧化供能糖糖胺胺 类类脱羧基作用脱羧基作用氨氨 尿素尿素代谢转变代谢转变其它含氮化合物其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等

26、嘌呤、嘧啶等)合成合成 血血糖糖食食 物物 糖糖 消化，消化，吸收吸收 肝糖原肝糖原 分解分解 非糖物质非糖物质 糖异生糖异生 氧化氧化分解分解 CO2+H2O 糖原合成糖原合成 肝（肌）糖原肝（肌）糖原 磷酸戊糖途径等磷酸戊糖途径等 其它糖其它糖 脂类、氨基酸合成代谢脂类、氨基酸合成代谢 脂肪、氨基酸脂肪、氨基酸 糖异生活跃有葡萄糖-6磷酸酶【】肝肝 肌肉肌肉 乳酸循环乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环循环）葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 酵酵解解途途径径 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 NADH NAD+乳酸乳酸 乳酸乳酸 NAD+NADH 丙酮酸丙酮酸 糖糖异异生生途途径径 血液血液 糖异生低下没有葡萄糖-6磷酸酶酶【】乙酰乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径代谢途径中的各种有关酶常常组成酶体系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中。酶在细胞内的隔离分布使代谢途径在细胞不同区域进行，不致使各种代谢途径互相干扰。机体有精细的调节机体有精细的调节机制，调节代谢的机制，调节代谢的强度、方向和速度强度、方向和速度内外环境内外环境不断变化不断变化影响机体代谢影响机体代谢适应环境适应环境的变化的变化膜受体激素激活酶调节物质代谢