第 十一 章物质代谢的相互联系及 其调节Metabolic Interrelationships and Regulation1 1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 组织器官的代谢特点及联系第四节 代谢调节2 2物质代谢的特点The Specialty of Metabolism第 一 节3 3物质代谢是生物体实现与外界环境的物质交换、自我 更新以及机体内环境相对稳定，保证各种生命现象和 生理功能的化学基础，是生命的基本特征。物质代谢包括合成代谢与分解代谢两方面，并处于动 态平衡。物质代谢的正常进行，是生命活动的保证；而物质代谢的紊乱则往往是一些疾病的重要原因；4 4 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l彼此相互联系l或相互转化l或相互依存一、整体性5 5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。l调节各种物质代谢的强度l调节各种物质代谢的方向l调节各种物质代谢的速度二、代谢调节6 6三、各组织、器官物质代谢各具特色不同的组织、器 官（肝、脂肪组 织、脑）结构不同酶系的种类、 含量不同代谢途径不同、 功能各异7 7四、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8 8五、ATP是机体能量利用的共同形式物质分解释放 能量ADP+PiATP直 接 供 能生物大分子的合成、肌肉收缩、神经冲动 的传导、细胞渗透压及形态的维持等都需 要ATP的参与9 9六、NADPH是合成代谢所需的还原当量例如乙酰CoA脂酸、胆固醇NADPH + H+磷酸戊糖途径1010物质代谢的相互联系Metabolic Interrelationships第 二 节1111一、在能量代谢上的相互联系共同中 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1212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。1313脂肪分解增强ATP 增多ATP/ADP 比值增高糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶-1被抑制 （糖分解代谢限速酶之一）例如1414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1515（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葡 萄 糖乙酰CoA合成脂肪 （脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）16162. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸乙酰CoA葡萄糖脂 肪甘油甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡 萄 糖17173. 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高酮血症草酰乙酸 相对不足糖不足脂肪大量动员酮体生成增加氧化受阻1818（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。19192. 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-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸2020葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸 - 酮戊二酸琥珀酸延胡索酸Tyr ProVal, Ile, Met, ThrAsp GluArg His Pro胆固醇、酮体Ala Trp Ser Gly Thr Cys甘油脂酸2121氨基酸乙酰CoA脂肪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丝氨酸磷脂酰丝氨酸乙醇胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系2222 但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸其他-酮酸某些非必需氨基酸3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸2323（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甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺合成嘌呤一碳单位合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供2424组织、器官的代谢特点及联系Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus第 三 节2525机体各组织、器官由于细胞分化和结构底 不同及功能差异，酶体系的不同，各具特色 ，但它们通过血液循环及神经系统联成统一 整体。2626是机体物质代谢的枢纽。人体中心生化工厂。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，耗氧占全省的20。肝合成、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如肝在维持血糖稳定中起重要作用。2727酮体乳酸游离脂酸葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能为主，由于能利 用的能量物质广泛，在能源供给缺乏时，仍 能保证心脏搏动时ATP的需要。心脏2828耗能大，耗氧多，占O2全身耗量的2025。葡萄糖为主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。脑2929p合成、储存糖原；p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。p缺乏葡萄糖6磷酸酶，肌糖原不能直接分解成葡萄糖。肌肉组织3030能量主要来自糖酵解，红细胞没有线粒体 不能进行糖的有氧氧化。红 细 胞3131 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； 含有脂肪合成分解的相关酶脂肪组织3232也可进行糖异生和生成酮体；肾髓质无线粒体主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。肾脏3333代 谢 调 节The Regulation of Metabolism第 四 节3434机体的物质代谢由许多连续相关的代谢途 径组成代谢途径（糖的氧化、脂酸的合成等）又 由一系列酶促化学反应组成正常情况下，机体各种物质代谢及其代谢 途径是井然有序、相互联系、相互协调进行 ，适应内外环境。3535*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3636高等生物 三级水平代谢调节细胞水平代谢调节细胞水平的代谢调节主要是酶水平的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、神经递质和激素的分泌对靶细胞直接发生影响，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。3737一、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。3838（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 。3939酶在细胞内的区域化分布真核细胞中酶分布与 原核细胞不同，因具有多 种内膜系统，可形成不同 胞内区域，从而导致真核 细胞中酶的分布的区域化 (compartmentation)，即酶有一定的布局和定位。4040真核细胞主要代谢途径与酶的区域分布真核细胞主要代谢途径与酶的区域分布代谢途径（酶或酶系） 细胞内分布 代谢途径（酶或酶系） 细胞内分布糖酵解 胞液 氧化磷酸化(呼吸链) 线粒体三羧酸循环 线粒体 尿素合成 胞液、线粒体磷酸戊糖途径 胞液 蛋白质合成 内质网、胞液糖异生 胞液 DNA合成 细胞核糖原合成与分解 胞液 mRNA合成 细胞核脂肪酸氧化 线粒体 tRNA合成 核质脂肪酸合成 胞液 rRNA合成 核仁呼吸链 线粒体 血红素合成 胞液、线粒体多种水解酶 溶酶体 胆红素生成 微粒体、胞液 磷脂合成 内质网 胆固醇合成 内质网、胞液 酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。4141多酶体系与多功能酶多酶体系与多功能酶单体酶单体酶: : 仅有一条多肽链构成的酶；仅有一条多肽链构成的酶；寡聚酶寡聚酶: : 由多个相同或不同亚基以非共价由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶；键连接组成的酶；多酶体系多酶体系: :由几种不同功能的酶彼此聚合形由几种不同功能的酶彼此聚合形 成的多酶复合物成的多酶复合物 。如丙酮酸脱氢酶复合体如丙酮酸脱氢酶复合体多功能酶多功能酶: :一些酶系在进化过程中由于基因一些酶系在进化过程中由于基因融合，形一条多肽链却具有不同融合，形一条多肽链却具有不同功能的酶，也称串联酶。功能的酶，也称串联酶。 4242脂肪酸合成酶系脂肪酸合成酶系一条多肽链包括一条多肽链包括 7 7种催化活性种催化活性 一种酰基载体蛋一种酰基载体蛋 白白多酶体系 有助于代谢的顺利进行多功能酶 便于调控4343 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。4444一些重要代谢途径的限速酶（关键酶）一些重要代谢途径的限速酶（关键酶）代谢途径 限速酶糖酵解 己糖激酶，磷酸果糖激酶-1，丙酮酸激酶 磷酸戊糖途径 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 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，葡萄糖-6-磷酸酶 三羧酸循环 柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体 糖原合成 糖原合成酶 糖原分解 磷酸化酶 脂肪分解 三酰甘油脂肪酶 脂酸合成 乙酰辅酶A羧化酶 酮体合成 HMG辅酶A合成酶 胆固醇合成 HMG辅酶A还原酶 尿素合成 精氨酸代琥珀酸合成酶 血红素合成 ALA合成酶4545快速代谢 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 (allosteric regulation)化学修饰调节 (chemical modification)代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现46461. 变构调节(allosteric regulation)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4747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