第 九 章,物质代谢的联系与调节 Metabolic Interrelationships and Regulation,物质代谢的特点 The Specialty of Metabolism,第 一 节,第一节 物质代谢的特点, 整体性 代谢调节 各组织、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 ATP是机体能量利用的共同形式 NADPH是合成代谢所需的还原当量,一、整体性,各种物质代谢之间互有联系，相互依存。,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,五、ATP是机体能量利用的共同形式,营养物分 解,六、NADPH是合成代谢所需的还原当量,例如,乙酰CoA,NADPH + H+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,物质代谢的相互联系 Metabolic Interrelationships,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,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。,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。,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,短期饥饿，蛋白质分解加强， 长期饥饿，蛋白质分解明显降低,（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,2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖,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,脂肪代谢和糖代谢的关系,琥珀酸,草酰乙酸,3-磷酸甘油,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸, 糖代谢与脂代谢的相互联系,1.糖可能转变为脂肪,2.脂肪绝大部分不能转变为糖,3.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。,（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-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,-酮戊二酸,葡萄糖或糖原 磷酸丙糖 磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸 乳酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 草酰乙酸 柠檬酸 延胡索酸 a酮戊二酸 谷氨酸 琥珀酸单酰CoA,糖,脂肪,丙氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,亮氨酸 异亮氨酸 色氨酸,天冬氨酸 天冬酰胺,苯丙氨酸 酪氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,糖与氨基酸代谢的联系,乙醛酸,TCA, 糖代谢与氨基酸代谢的相互联系,1.大多数氨基酸（生酮 AA除外）可以转变为糖,2.糖代谢的中间产物仅能转变为12种非必需氨基酸。,食物中的蛋白质不能为糖、脂所替代,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,（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。,3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸, 脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系,1.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.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）,（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,2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供, 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 磷酸戊糖也是合成核苷酸的原料,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,目 录,组织、器官的代谢特点及联系,Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus,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,肝在维持血糖稳定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供能为主。,心脏,耗能大，耗氧多。 脑耗氧量占全身的20-25% 葡萄糖为主要能源。 脑无糖原储存，平时依靠血糖供能：100g/日 不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。 长期饥饿时则主要利用酮体为能源：50-100g/日,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,红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解。30g/日,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 The Regulation of Metabolism,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,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(key enzyme)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）细胞内酶的隔离分布,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 。,多酶体系在细胞内的分布,酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。, 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(limiting velocity enzymes)。, 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。, 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 。,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 代谢途径 关键酶 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,快速代谢,迟缓代谢, 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,1. 变构调节的概念,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）关键酶的变构调节,被调节的酶称为变构酶或别构酶 (allosteric enzyme) 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allosteric effector 引起酶活性增加的变构效应剂。 变构抑制剂allosteric effector 引起酶活性降低的变构效应剂。,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,变构效应剂 + 酶的调节亚基,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 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,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,3. 变构调节的生理意义, 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。,变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,（三）酶的化学修饰调节,1. 化学修饰的概念,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，这种调节称为酶的化学修饰。,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,3. 化学修饰的特点,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。 具有放大效应，效率较变构调节高。 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。,（四）酶量的调节,1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏,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, 底物对酶合成的诱导和阻遏, 产物对酶合成的阻遏, 激素对酶合成的诱导, 药物对酶合成的诱导,2. 酶蛋白降解,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,激素作用机制,二、激素水平的代谢调节,激素分类, 膜受体激素 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（13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,2. 长期饥饿,（1）蛋白质代谢变化,蛋白质分解减少,（2）糖代谢变化,肝肾糖异生增强 肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸,（3）脂代谢变化,脂肪动员进一步加强 脑组织利用酮体增加,（二）应 激,1. 概念,应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的“ 紧张状态 ”。,2. 机体整体反应,交感神经兴奋 肾上腺髓质及皮质激素分泌增多 胰高血糖素、生长激素增加，胰岛素分泌减少,3. 代谢改变,（1） 血糖升高,（2） 脂肪动员增强,（3）蛋白质分解加强,作业,1、论述糖类、蛋白质、脂类