【教学课件】第九章物质代谢的联系与调节.ppt

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1、第九章第九章 物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节第九章第九章 物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节教学要求教学要求:熟悉体内物质代谢之间的相互联系；熟悉体内物质代谢之间的相互联系；掌握体内代谢调节的共同规律。掌握体内代谢调节的共同规律。第十章第十章 物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节第一节第一节 物质代谢的特点物质代谢的特点第二节第二节 物质代谢的相互联系物质代谢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第四节第四节 代谢调节代谢调节第一节第一节 物质代谢的特点物质代谢的特点 整体性整体性 代谢调节代谢调节 各组织、器官物质代谢各具特色各组织、

2、器官物质代谢各具特色 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 ATP 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 NADPH 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第二节第二节 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系一、在能量代谢上的相互联系一、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二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系一、在能量代谢上的相互联系一、在能量代谢上的相互联系1.1.糖、脂、蛋白质糖、脂、蛋白质均可氧化供能均可氧化供能 乙酰CoA 三羧酸循环 ATP2.2.在在能量供应能量供应方面，糖、脂、蛋白质可以方面，糖

3、、脂、蛋白质可以互相替代，互相制约互相替代，互相制约。3.3.一般情况，机体一般情况，机体供能以糖、脂为主供能以糖、脂为主;短期饥饿，蛋白质分解加强，短期饥饿，蛋白质分解加强，长期饥饿，蛋白质分解明显降低长期饥饿，蛋白质分解明显降低二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系 糖代谢与脂代谢的相互联系糖代谢与脂代谢的相互联系 糖代谢与氨基酸代谢的相互联系糖代谢与氨基酸代谢的相互联系 脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系 核酸代谢与氨基酸代谢的相互联系核酸代谢与氨基酸代谢的相互联系 糖代谢与脂代谢的相互联系糖代谢与脂代谢的相互联系1.1.糖可能

4、转变为脂肪糖可能转变为脂肪2.2.脂肪绝大部分不能转变为糖脂肪绝大部分不能转变为糖3.3.脂肪分解代谢的强度及顺利进行，有赖于脂肪分解代谢的强度及顺利进行，有赖于糖代谢的正常进行。糖代谢的正常进行。糖代谢与氨基酸代谢的相互联系糖代谢与氨基酸代谢的相互联系1.1.大多数氨基酸（生酮大多数氨基酸（生酮 AA AA除外）可以除外）可以转变为糖转变为糖2.2.糖代谢的中间产物仅能转变为糖代谢的中间产物仅能转变为1212种非种非必需氨基酸。必需氨基酸。食物中的蛋白质不能为糖、脂所替代食物中的蛋白质不能为糖、脂所替代 脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系1.1.蛋白质可以转变为脂类

5、：蛋白质可以转变为脂类：各种氨基酸分解后均可合成脂酸进而合成脂肪；也可合成胆固醇，氨基酸也是合成磷脂的原料。2.2.脂类不能转变为氨基酸。脂类不能转变为氨基酸。（仅甘油可转变为某些非必需氨基酸）核酸代谢与氨基酸代谢的相互联系核酸代谢与氨基酸代谢的相互联系一些氨基酸参与核苷酸的合成一些氨基酸参与核苷酸的合成磷酸戊糖也是合成核苷酸的原料磷酸戊糖也是合成核苷酸的原料T10-1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肝肝 心脏心脏 脑脑 肌肉肌肉 红细胞红细胞 脂肪组织脂肪组织 肾肾组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系肝肝肝是机体物质代谢的枢纽肝是机体物质代谢

6、的枢纽,是人体的中心生化工厂是人体的中心生化工厂 肝耗氧量占全身的肝耗氧量占全身的20%；肝在糖、脂、蛋；肝在糖、脂、蛋白质、水盐、维生素代谢中均具重要作用。白质、水盐、维生素代谢中均具重要作用。肝是糖原合成及储存的主要部位肝是糖原合成及储存的主要部位肝可通过糖异生作用补充血糖肝可通过糖异生作用补充血糖肝能进行糖原分解补充血糖肝能进行糖原分解补充血糖组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系心脏心脏 依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖为耗用的能源物质，并以有氧氧化为主。为耗用的能源物质，并以有氧氧化为主。故能确保故能确保ATP的供应。的供应。组织、器

7、官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系脑脑 脑耗氧量占全身的脑耗氧量占全身的20-25%脑无糖原储存，平时依靠血糖供能：脑无糖原储存，平时依靠血糖供能：100g/日；日；长期饥饿时则主要利用酮体为能源：长期饥饿时则主要利用酮体为能源：50-100g/日日组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系肌肉肌肉 肌肉通常以氧化脂酸供能为主，剧烈运肌肉通常以氧化脂酸供能为主，剧烈运动时则以糖的无氧酵解为主。肌糖原不能直动时则以糖的无氧酵解为主。肌糖原不能直接补充血糖。接补充血糖。组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系红细胞红细胞 红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解。红细胞能量主

8、要来自葡萄糖的酵解。30g/日日 成熟红细胞无线粒体，故不能进行糖的有氧成熟红细胞无线粒体，故不能进行糖的有氧化氧化，也不能利用脂酸及其它非糖物质供能。化氧化，也不能利用脂酸及其它非糖物质供能。组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系脂肪组织脂肪组织 脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。脂肪组织通过脂肪动员将储存的脂肪分解脂肪组织通过脂肪动员将储存的脂肪分解为脂酸和甘油释放入血以供其它组织摄取利为脂酸和甘油释放入血以供其它组织摄取利用。用。组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系肾肾 肾也可进行糖异生和生成酮体，它是除肾也可进行糖异生

9、和生成酮体，它是除肝外唯一可进行这两种代谢的器官。肝外唯一可进行这两种代谢的器官。表表10-1 重要器官及组织氧化供能特点重要器官及组织氧化供能特点器官组织器官组织 特有的酶特有的酶 功能功能 主要代谢途径主要代谢途径 主要代谢物主要代谢物 主要代谢产物主要代谢产物 肝肝 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 代代 糖异生糖异生 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡糖葡糖-6-磷酸酶磷酸酶 谢谢 脂酸氧化脂酸氧化 脂酸脂酸 VLDL 甘油激酶甘油激酶 枢枢 糖有氧氧化糖有氧氧化 乳酸乳酸 HDL PEP羧激酶羧激酶 纽纽 甘油甘油 酮体酮体 氨基酸氨基酸 脑脑 神神 糖有氧氧化糖有氧氧化 葡萄糖葡萄糖 乳酸乳酸 经

10、经 糖酵解糖酵解 氨基酸氨基酸 CO2 中中 氨基酸代谢氨基酸代谢 酮体酮体 H2O 枢枢 脂酸脂酸 表表10-1 重要器官及组织氧化供能特点重要器官及组织氧化供能特点器官组织器官组织 特有的酶特有的酶 功能功能 主要代谢途径主要代谢途径 主要代谢物主要代谢物 主要代谢产物主要代谢产物 心心 脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶 泵出泵出 有氧氧化有氧氧化 乳酸乳酸 CO2、呼吸链丰富呼吸链丰富 血液血液 葡萄糖葡萄糖 H2O VLDL 脂肪脂肪 脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶 储存储存 酯化脂酸酯化脂酸 VLDL 游离脂酸游离脂酸组织组织 激素敏感激素敏感 动员动员 脂解脂解 CM 甘油甘油 脂肪酶脂肪酶 脂肪脂肪

11、表表10-1 重要器官及组织氧化供能特点重要器官及组织氧化供能特点器官组织器官组织 特有的酶特有的酶 功能功能 主要代谢途径主要代谢途径 主要代谢物主要代谢物 主要代谢产物主要代谢产物肌肉肌肉 脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶 收收 糖酵解糖酵解 脂酸脂酸 乳酸乳酸 呼吸链丰富呼吸链丰富 缩缩 有氧氧化有氧氧化 葡萄糖葡萄糖 CO2 酮体酮体 H2O 肾肾 甘油激酶甘油激酶 排尿排尿 糖异生糖异生 脂酸脂酸 葡萄糖葡萄糖 PEP羧激酶羧激酶 糖异生糖异生 糖酵解糖酵解 葡萄糖葡萄糖 酮体生成酮体生成 乳酸乳酸 甘油甘油红细胞红细胞 无线粒体无线粒体 运氧运氧 糖酵解糖酵解 葡萄糖葡萄糖 乳酸乳酸 第四节第

12、四节 代谢调节代谢调节一、细胞水平的代谢调节一、细胞水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节三、整体调节三、整体调节一、细胞水平的代谢调节一、细胞水平的代谢调节 细胞内酶的隔离分布细胞内酶的隔离分布 关键酶的变构调节关键酶的变构调节 酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节 酶量的调节酶量的调节 细胞内酶的隔离分布细胞内酶的隔离分布 酶在细胞内的隔离分布使有关代谢途径分酶在细胞内的隔离分布使有关代谢途径分别在细胞不同区域进行，别在细胞不同区域进行，各种代谢途径不致互各种代谢途径不致互相干扰相干扰。主要代谢途径（多酶体系）在细胞内的分布主要代谢途径（多酶体系）在细胞内的分布 多酶体系多

13、酶体系 分布分布DNADNA及及RNARNA合成合成 细胞核细胞核蛋白质合成蛋白质合成 内质网，胞液内质网，胞液糖原合成糖原合成 胞液胞液脂酸合成脂酸合成 胞液胞液胆固醇合成胆固醇合成 内质网，胞液内质网，胞液磷脂合成磷脂合成 内质网内质网血红素合成血红素合成 胞液，线粒体胞液，线粒体尿素合成尿素合成 胞液，线粒体胞液，线粒体 主要代谢途径（多酶体系）在细胞内的分布主要代谢途径（多酶体系）在细胞内的分布 多酶体系多酶体系 分布分布糖酵解糖酵解 胞液胞液磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 胞液胞液糖异生糖异生 胞液胞液脂酸脂酸-氧化氧化 线粒体线粒体多种水解酶多种水解酶 溶酶体溶酶体三羧酸循环三羧酸循环

14、线粒体线粒体氧化磷酸化氧化磷酸化 线粒体线粒体呼吸链呼吸链 线粒体线粒体 细胞内酶的隔离分布细胞内酶的隔离分布关键酶（限速酶、调节酶）关键酶（限速酶、调节酶）决定某一代谢途径的速度和方向的某一个决定某一代谢途径的速度和方向的某一个或少数几个具调节作用的酶或少数几个具调节作用的酶。关键酶具以下几个特点：关键酶具以下几个特点：催化的反应速度最慢催化的反应速度最慢 酶活决定整个代谢途径总速度酶活决定整个代谢途径总速度催化的反应为单向反应或非平衡反应催化的反应为单向反应或非平衡反应 酶活决定整个代谢途径方向酶活决定整个代谢途径方向酶活除受底物浓度调节外，还受多种代谢物酶活除受底物浓度调节外，还受多种代

15、谢物或效应物调节或效应物调节 某些重要代谢途径的关键酶某些重要代谢途径的关键酶代谢途径 关键酶糖原合成 磷酸化酶 糖原分解 糖原合成酶糖酵解 已糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶糖有氧氧化 丙酮酸脱氢酶系、TAC 柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系 某些重要代谢途径的关键酶某些重要代谢途径的关键酶代谢途径 关键酶糖异生 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激 酶、果糖二磷酸酶-1、葡萄糖-6-磷酸酶脂肪动员 甘油三酯脂肪酶脂酸合成 乙酰CoA羧化酶胆固醇合成 HMGCoA还原酶嘌呤合成 谷氨酰胺PRPP酰胺转移酶代谢调节主要通过对关键酶活性的调节来实现代谢调节主要通过对关键酶活性的

16、调节来实现快速调节快速调节迟缓调节迟缓调节变构调节变构调节化学修饰调节化学修饰调节酶含量的调节酶含量的调节 关键酶的变构调节关键酶的变构调节变构调节（别构调节）变构调节（别构调节）小分子化合物与酶蛋白分子活性中小分子化合物与酶蛋白分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而是改变酶的活性。白分子构象变化，从而是改变酶的活性。变构酶（别构酶）变构酶（别构酶）变构效应剂，变构激活剂、变构抑制剂变构效应剂，变构激活剂、变构抑制剂1.1.概念概念 一些代谢途径中的变构酶及其效应剂一些代谢途径中的变构酶及其效应剂代谢途径 变构酶 变构激活剂 变构抑制

17、剂糖酵解 已糖激酶 AMP,ADP,FDP,Pi G-6-P 磷酸果糖激酶-1 FDP 柠檬酸 丙酮酸激酶 ATP,乙酰CoA三羧酸循环 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,G1P,Pi ATP,G6P 关键酶的变构调节关键酶的变构调节 一些代谢途径中的变构酶及其效应剂一些代谢途径中的变构酶及其效应剂代谢途径 变构酶 变构激活剂 变构抑制剂脂酸合成 乙酰CoA羧化酶 柠檬酸，长链脂酰CoA 异柠檬酸氨基酸代谢 谷氨酸脱氢酶 ADP,亮，蛋 GTP,ATP,NADH嘌呤合

18、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,dARP dTTP 关键酶的变构调节关键酶的变构调节 关键酶的变构调节关键酶的变构调节2.2.机制机制3.3.生理意义生理意义结构：催化亚基，调节亚基变构效应剂：终产物或其它小分子代谢物酶构象改变：亚基聚合，亚基解聚，原聚体变多聚体 代谢物生成不致过多；能量得以有效利用；不同代谢途径相互协调 酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节1.1.概念概念 酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下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，从而引起酶活性改发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性

19、改变，这种调节称为变，这种调节称为酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节。酶的化学修饰主要有酶的化学修饰主要有磷酸化与脱磷酸磷酸化与脱磷酸，乙酰化与脱乙酰，甲基化与脱甲基，腺苷化乙酰化与脱乙酰，甲基化与脱甲基，腺苷化与脱腺苷，与脱腺苷，SHSH与与-S-S-S-S-互变等。互变等。酶促化学修饰对酶活性的调节酶促化学修饰对酶活性的调节 酶 化学修饰类型 酶活性改变 糖原磷酸化酶 磷酸化/脱磷酸化 激活/抑制 磷酸化酶b激酶 磷酸化/脱磷酸化 激活/抑制 糖原合成酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活丙酮酸脱羧酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活磷酸果糖激酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活丙酮酸脱氢酶 磷酸化/脱磷

20、酸化 抑制/激活HMGCoA还原酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活HMGCoA还原酶激酶 磷酸化/脱磷酸化 激活/抑制 乙酰CoA羧化酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活脂肪细胞甘油三酯脂肪酶 磷酸化/脱磷酸化 激活/抑制 黄嘌呤氧化脱氢酶 SH/-S-S-脱氢酶/氧化酶 酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节2.2.酶促化学修饰的特点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绝大多数属于这类调节方式的酶都具有 无活性（低活性）无活性（低活性）有活性（高活性）有活性（高活性）由酶催化引起共价键变化；因是酶促反应，由酶催化引起共价键变化；因是酶促反应，故有放大效应。故有放大效应。磷酸化与脱磷酸为

21、最常见。耗能少，作用磷酸化与脱磷酸为最常见。耗能少，作用快。故经济而有效。快。故经济而有效。酶量的调节酶量的调节1.1.酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏 底物对酶合成的底物对酶合成的诱导与阻遏诱导与阻遏 产物对酶合成的产物对酶合成的阻遏阻遏 激素激素对酶合成的对酶合成的诱导诱导 药物对药物对酶合成的酶合成的诱导诱导 酶量的调节酶量的调节2.2.酶蛋白的降解酶蛋白的降解改变蛋白水解酶活性改变蛋白水解酶活性影响蛋白酶从溶酶体释出速度影响蛋白酶从溶酶体释出速度影响酶蛋白降解速度影响酶蛋白降解速度调节细胞内酶含量调节细胞内酶含量在溶酶体中进行的不依赖ATP的过程 酶量的调节酶量的调节2.2

22、.酶蛋白的降解酶蛋白的降解在胞液中进行的依赖ATP和泛素的过程蛋白酶体蛋白酶体 泛素泛素蛋白质蛋白质（如细胞周期蛋白）（如细胞周期蛋白）降解降解二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节 激素的代谢调节通过其与靶细胞受体特激素的代谢调节通过其与靶细胞受体特异结合，将激素信号转化为细胞内一系列化异结合，将激素信号转化为细胞内一系列化学反应，最终表现出激素的生物学效应。学反应，最终表现出激素的生物学效应。1.1.膜受体激素膜受体激素2.2.胞内受体激素胞内受体激素二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节1.1.膜受体激素膜受体激素（属亲水性激素）包括胰岛素、生长激素、促性腺激素、促甲状腺素，

23、甲状旁腺素等蛋白质类激素，生长因子等肽类激素和肾上腺素等儿茶酚胺类激素。H+R（膜受体）信息跨膜传递到胞内第二信使将信号逐级放大产生显著代谢效应二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节2.2.胞内受体激素胞内受体激素H+R（胞内或核内受体）H-R活性复合物与DNA特定区域结合诱导转录特异mRNA指导翻译特定蛋白质表现生物效应 包括类固醇激素，前列腺素、甲状腺素，1,25-(OH)2-VitD3及视黄酸等疏水性激素。三、整体调节三、整体调节 饥饿饥饿-1.-1.短期饥饿短期饥饿肌肉蛋白质分解加强肌肉蛋白质分解加强糖异生作用增强糖异生作用增强脂肪动员加强脂肪动员加强组织对葡萄糖的利用降低组织对

24、葡萄糖的利用降低 不能进食不能进食1-31-3天后，肝糖原显著减少。天后，肝糖原显著减少。血糖趋于降低，引起胰岛素分泌减少和胰高血糖趋于降低，引起胰岛素分泌减少和胰高血糖素分泌增加，进而引起：血糖素分泌增加，进而引起：三、整体调节三、整体调节 饥饿饥饿-2.-2.长期饥饿长期饥饿 脂肪动员进一步加强，肝生成大量酮体，脑利用酮体增加。肌肉主要利用脂酸，以保证酮体优先供应脑组织。肌肉蛋白质分解减少，乳酸和丙酮酸成为肝糖异生的主要原料。肾糖异生作用明显加强，几乎与肝相同。因肌肉蛋白分解减少，负氮平衡有所改善。三、整体调节三、整体调节 应激应激 应激是人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺

25、氧、中毒、感染以及剧烈情绪激动等所作出一系列反应的“紧张状态”。应激状态时，交感神经兴奋。肾上腺应激状态时，交感神经兴奋。肾上腺髓质及皮质激素分泌增多，血浆胰高血糖髓质及皮质激素分泌增多，血浆胰高血糖素及生长激素水平增加，而胰岛素分泌减素及生长激素水平增加，而胰岛素分泌减少，引起一系列代谢改变。少，引起一系列代谢改变。应激时机体的代谢改变应激时机体的代谢改变内分泌腺或组织内分泌腺或组织 代谢改变代谢改变 血中含量血中含量 垂体前叶垂体前叶 ACTH ACTH分泌分泌 ACTH ACTH 生长素分泌生长素分泌 生长素生长素 胰腺胰腺细胞细胞 胰高血糖素分泌胰高血糖素分泌 胰高血糖素胰高血糖素 细

26、胞细胞 胰岛素分泌胰岛素分泌 胰岛素胰岛素 肾上腺髓质肾上腺髓质 肾上腺素分泌肾上腺素分泌 肾上腺素肾上腺素 皮质皮质 皮质醇分泌皮质醇分泌 皮质醇皮质醇 应激应激 应激时机体的代谢改变应激时机体的代谢改变内分泌腺或组织内分泌腺或组织 代谢改变代谢改变 血中含量血中含量 肝肝 糖原分解糖原分解 葡萄糖葡萄糖 糖原合成糖原合成 糖异生糖异生 脂酸脂酸氧化氧化 酮体生成酮体生成 酮体酮体 应激应激 应激时机体的代谢改变应激时机体的代谢改变内分泌腺或组织内分泌腺或组织 代谢改变代谢改变 血中含量血中含量 肌肉肌肉 糖原氧化分解糖原氧化分解 乳酸乳酸 葡萄糖摄取利用葡萄糖摄取利用 葡萄糖葡萄糖 蛋白质分解蛋白质分解 氨基酸氨基酸 脂酸脂酸氧化氧化 脂肪组织脂肪组织 脂肪分解脂肪分解 游离脂酸游离脂酸 葡萄糖摄取利用葡萄糖摄取利用 甘油甘油 脂肪肪合成脂肪肪合成 应激应激 应激应激总之，应激时糖、脂、蛋白质代谢特点是：总之，应激时糖、脂、蛋白质代谢特点是：分解分解代谢代谢增强增强，合成合成代谢代谢受抑受抑；血液中血液中分解代谢产物分解代谢产物葡萄糖、氨基酸、游葡萄糖、氨基酸、游离脂酸、甘油、乳酸、酮体、尿素等含量离脂酸、甘油、乳酸、酮体、尿素等含量增加增加。复习思考题总结各代谢途径调节的规律总结各代谢途径调节的规律（区域化、关键酶）（区域化、关键酶）