物質(zhì)代謝的相互調(diào)節(jié)和聯(lián)系

1、第 九 章,物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)Metabolic Interrelationships and Regulation,物質(zhì)代謝的特點(diǎn)The Specialty of Metabolism,,第 一 節(jié),第一節(jié) 物質(zhì)代謝的特點(diǎn),㈠ 整體性㈡ 代謝調(diào)節(jié)㈢ 各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色㈣ 各種代謝物均具有各自共同的代謝池㈤ ATP是機(jī)體能量利用的共同形式㈥ NADPH是合成代謝所需的還原當(dāng)量,一、整體性,各種物質(zhì)代謝之間互

2、有聯(lián)系，相互依存。,,脂肪,葡萄糖、其它單糖,三羧酸循環(huán),電子傳遞（氧化）,蛋白質(zhì),脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。,大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位,生物氧化的三個(gè)階段,二、代謝調(diào)節(jié),機(jī)體有精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制，調(diào)節(jié)代謝的強(qiáng)度、方向和速度,,

3、內(nèi)外環(huán)境不斷變化,影響機(jī)體代謝,,適應(yīng)環(huán)境的變化,,三、各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色,結(jié)構(gòu)不同,酶系的種類、含量不同,不同的組織、器官,,,,代謝途徑不同、功能各異,四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池,例如,五、ATP是機(jī)體能量利用的共同形式,營養(yǎng)物分 解,六、NADPH是合成代謝所需的還原當(dāng)量,例如,乙酰CoA,NADPH + H+,脂酸、膽固醇,,,磷酸戊糖途徑,,物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系Metabolic Interrelat

4、ionships,第 二 節(jié),一、在能量代謝上的相互聯(lián)系,三大營養(yǎng)素,共同中間產(chǎn)物,共同最終代謝通路,三大營養(yǎng)素可在體內(nèi)氧化供能。,從能量供應(yīng)的角度看，三大營養(yǎng)素可以互相代替，并互相制約。一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約蛋白質(zhì)的消耗。,任一供能物質(zhì)的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他物質(zhì)的降解。,例如,饑餓時(shí),肝糖原分解 ?，肌糖原分解?,肝糖異生?，蛋白質(zhì)分解 ?,以脂酸、酮體分解供能為主蛋白質(zhì)分解明顯降低,1 ~ 2 天,

5、,3 ~ 4 周,,,短期饑餓，蛋白質(zhì)分解加強(qiáng)， 長期饑餓，蛋白質(zhì)分解明顯降低,（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系,1. 攝入的糖量超過能量消耗時(shí),二、糖、脂和蛋白質(zhì)之間的相互聯(lián)系,2. 脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘?3. 脂肪的分解代謝受糖代謝的影響,饑餓、糖供應(yīng)不足或糖代謝障礙時(shí),脂肪代謝和糖代謝的關(guān)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,,,,㈠ 糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系,1.糖可能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

6、脂肪,2.脂肪絕大部分不能轉(zhuǎn)變?yōu)樘?3.脂肪分解代謝的強(qiáng)度及順利進(jìn)行，有賴于糖代謝的正常進(jìn)行。,（二）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,例如,丙氨酸,丙酮酸,,脫氨基,,糖異生,葡萄糖,1. 大部分氨基酸脫氨基后，生成相應(yīng)的α-酮酸，可轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?2. 糖代謝的中間產(chǎn)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,,,檸檬酸,,α-酮戊二酸,,,,,,,,,葡萄糖或糖原磷酸丙糖

7、 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 檸檬酸 延胡索酸

8、 a酮戊二酸 谷氨酸 琥珀酸單酰CoA,,,,,,,,,,,,,糖,脂肪,丙氨酸半胱氨酸甘氨酸絲氨酸蘇氨酸 色氨酸,,亮氨酸異亮氨酸色氨酸,,天冬氨酸天冬酰胺,,苯丙氨酸酪氨酸,,異亮氨酸甲硫氨酸絲氨酸蘇氨酸纈氨酸,,精氨酸谷氨酰胺組氨酸

9、脯氨酸,,亮氨酸賴氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸,,,,,糖與氨基酸代謝的聯(lián)系,,乙醛酸,TCA,㈡ 糖代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,1.大多數(shù)氨基酸（生酮 AA除外）可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘?2.糖代謝的中間產(chǎn)物僅能轉(zhuǎn)變?yōu)?2種非必需氨基酸。,食物中的蛋白質(zhì)不能為糖、脂所替代,1. 蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?2. 氨基酸可作為合成磷脂的原料,（三）脂類與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,—— 但不能說，脂類可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被帷?3. 脂肪的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋?/p>

10、基酸,㈢ 脂類代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,1.蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹悾?各種氨基酸分解后均可合成脂酸進(jìn)而合成脂肪；也可合成膽固醇，氨基酸也是合成磷脂的原料。,2.脂類不能轉(zhuǎn)變?yōu)榘被帷＃▋H甘油可轉(zhuǎn)變?yōu)槟承┓潜匦璋被幔?,（四）核酸與糖、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,,1. 氨基酸是體內(nèi)合成核酸的重要原料,2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供,㈣ 核酸代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,一些氨基酸參與核苷酸的合成磷酸戊糖也是合成核苷酸的原料,葡萄

11、糖、糖原,,丙酮酸,,乙酰CoA,,,脂肪,,,草酰乙酸,α- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,,,,,,,,,目 錄,組織、器官的代謝特點(diǎn)及聯(lián)系,Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus,第 三 節(jié),,是機(jī)體物質(zhì)代謝的樞紐。在糖、脂、蛋白質(zhì)、水、鹽及維生素代謝中均具有獨(dú)特而重要的作用。,肝,——肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供

12、能為主。,,心臟,耗能大，耗氧多。腦耗氧量占全身的20-25%葡萄糖為主要能源。 腦無糖原儲(chǔ)存，平時(shí)依靠血糖供能：100g/日不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時(shí)，利用酮體。 長期饑餓時(shí)則主要利用酮體為能源：50-100g/日,,腦,,合成、儲(chǔ)存糖原；通常以脂酸氧化為主要供能方式； 劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，以糖酵解為主。,肌 肉,紅細(xì)胞能量主要來自葡萄糖的酵解。30g/日,紅細(xì)胞,,合成及儲(chǔ)存脂肪的重要組織；將脂肪分解成脂酸、甘油

13、，供機(jī)體其他組織利用。,,脂肪組織,也可進(jìn)行糖異生和生成酮體；腎髓質(zhì)主要由糖酵解供能；腎皮質(zhì)主要由脂酸、酮體有氧氧化供能。,腎臟,代 謝 調(diào) 節(jié)The Regulation of Metabolism,第 四 節(jié),代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,主要通過細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對酶的活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)稱為原始調(diào)節(jié)或細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)。,,單細(xì)胞生物,高等生物 —— 三級(jí)水平代謝調(diào)節(jié),細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié),,一、細(xì)胞

14、水平的代謝調(diào)節(jié),? 細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)主要是酶水平的調(diào)節(jié)。? 細(xì)胞內(nèi)酶呈隔離分布。? 代謝途徑的速度、方向由其中的關(guān)鍵酶(key enzyme)的活性決定。? 代謝調(diào)節(jié)主要是通過對關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。,（一）細(xì)胞內(nèi)酶的隔離分布,代謝途徑有關(guān)酶類常常組成多酶體系，分布于細(xì)胞的某一區(qū)域 。,多酶體系在細(xì)胞內(nèi)的分布,酶的隔離分布的意義 —— 避免了各種代謝途徑互相干擾。,① 速度最慢，它的速度決定整個(gè)代謝途徑的總速度，故

15、又稱其為限速酶(limiting velocity enzymes)。,② 催化單向反應(yīng)不可逆或非平衡反應(yīng)，它的活性決定整個(gè)代謝途徑的方向。,③ 這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。,關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)具有以下特點(diǎn)：,代謝途徑是一系列酶促反應(yīng)組成的，其速度及方向由其中的關(guān)鍵酶決定 。,某些重要代謝途徑的關(guān)鍵酶代謝途徑 關(guān)鍵酶糖原合成 磷酸化酶

16、 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 丙酮酸脫氫酶系、TAC 檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶、 α-酮戊二酸脫氫酶系,,,,某些重要代謝途徑的關(guān)鍵酶代謝途徑 關(guān)鍵酶脂

17、肪動(dòng)員 甘油三酯脂肪酶脂酸合成 乙酰CoA羧化酶膽固醇合成 HMGCoA還原酶嘌呤合成 谷氨酰胺PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶,,,快速代謝,遲緩代謝,? 代謝調(diào)節(jié)主要是通過對關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。,1. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念,小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)或別構(gòu)調(diào)節(jié)。,（二）關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié),被調(diào)節(jié)的酶稱為變

18、構(gòu)酶或別構(gòu)酶(allosteric enzyme)使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)，稱為變構(gòu)效應(yīng)劑(allosteric effector),? 變構(gòu)激活劑?allosteric effector?——引起酶活性增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。? 變構(gòu)抑制劑?allosteric effector? ——引起酶活性降低的變構(gòu)效應(yīng)劑。,2. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的機(jī)制,變構(gòu)酶,,催化亞基,調(diào)節(jié)亞基,變構(gòu)效應(yīng)劑：,底物、終產(chǎn)物其他小分子代謝物,變構(gòu)效應(yīng)劑 +

19、酶的調(diào)節(jié)亞基,一些代謝途徑中的變構(gòu)酶及其效應(yīng)劑代謝途徑 變構(gòu)酶 變構(gòu)激活劑 變構(gòu)抑制劑糖酵解 已糖激酶 AMP,ADP,FDP,Pi G-6-P 磷酸果糖激酶-1 FDP 檸檬酸 丙酮酸激酶 ATP,乙酰CoA三羧酸循環(huán) 檸檬酸合酶 AMP ATP,長

20、鏈脂酰CoA 異檸檬酸脫氫酶 AMP,ADP ATP 糖異生 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,,,㈡ 關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié),一些代謝途徑中的變構(gòu)酶及其效應(yīng)劑代謝途徑 變構(gòu)酶 變構(gòu)激活劑 變構(gòu)抑制劑脂酸合成 乙酰CoA羧化酶 檸檬酸， 長鏈

21、脂酰CoA 異檸檬酸氨基酸代謝 谷氨酸脫氫酶 ADP,亮，蛋 GTP,ATP,NADH嘌呤合成 谷氨酰胺PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶 AMP,GMP嘧啶合成 天冬氨酸轉(zhuǎn)甲酰酶 CTP,UTP核酸合成 脫氧胸苷激酶 dCTP,dARP dTTP,,,㈡ 關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié),,3. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義,① 代謝終產(chǎn)物反饋抑制 (feedb

22、ack inhibition) 反應(yīng)途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。,②變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費(fèi)。,③變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。,（三）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié),1. 化學(xué)修飾的概念,酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生可逆的共價(jià)修飾(covalent modification)，從而引起酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱為酶的化學(xué)修飾。,2. 化學(xué)修飾的主要方式,磷酸化 - - - 去磷酸,乙酰化 - - - 脫乙酰,甲基化 - -

23、 - 去甲基,腺苷化 - - - 脫腺苷,SH 與 – S — S – 互變,酶的磷酸化與脫磷酸化,3. 化學(xué)修飾的特點(diǎn),①酶蛋白的共價(jià)修飾是可逆的酶促反應(yīng)，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相轉(zhuǎn)變。催化互變反應(yīng)的酶在體內(nèi)可受調(diào)節(jié)因素如激素的調(diào)控。②具有放大效應(yīng)，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。③磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。,同一個(gè)酶可以同時(shí)受變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。,（四）酶量的調(diào)節(jié),1. 酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏,加速酶合成的化合物稱

24、為誘導(dǎo)劑(inducer),減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor),常見的誘導(dǎo)或阻遏方式,Ⅰ 底物對酶合成的誘導(dǎo)和阻遏,Ⅱ 產(chǎn)物對酶合成的阻遏,Ⅲ 激素對酶合成的誘導(dǎo),Ⅳ 藥物對酶合成的誘導(dǎo),2. 酶蛋白降解,通過改變酶蛋白分子的降解速度，也能調(diào)節(jié)酶的含量。,內(nèi)、外環(huán)境改變,激素作用機(jī)制,二、激素水平的代謝調(diào)節(jié),激素分類,Ι 膜受體激素Ⅱ 胞內(nèi)受體激素,按激素受體在細(xì)胞的部位不同，分為：,1. 膜受體激素的作用方式

25、,激素作用方式,2. 胞內(nèi)受體激素的作用方式,（一）饑餓,糖原消耗,血糖趨于降低,,,胰島素分泌減少胰高血糖素分泌增加,,引起一系列的代謝變化,1. 短期饑餓（1～3天）,三、整體水平的代謝調(diào)節(jié),（1）蛋白質(zhì)代謝變化,分解加強(qiáng)，氨基酸異生成糖,（2）糖代謝變化,糖異生加強(qiáng)，組織對葡萄糖利用降低,（3）脂代謝變化,脂肪動(dòng)員加強(qiáng)，酮體生成增多,2. 長期饑餓,（1）蛋白質(zhì)代謝變化,蛋白質(zhì)分解減少,（2）糖代謝變化,肝腎糖異生增強(qiáng)肝糖異

26、生的主要原料為乳酸、丙酮酸,（3）脂代謝變化,脂肪動(dòng)員進(jìn)一步加強(qiáng)腦組織利用酮體增加,（二）應(yīng) 激,1. 概念,應(yīng)激(stress)指人體受到一些異乎尋常的刺激，如創(chuàng)傷、劇痛、凍傷、缺氧、中毒、感染及劇烈情緒波動(dòng)等所作出一系列反應(yīng)的“ 緊張狀態(tài) ”。,2. 機(jī)體整體反應(yīng),交感神經(jīng)興奮腎上腺髓質(zhì)及皮質(zhì)激素分泌增多胰高血糖素、生長激素增加，胰島素分泌減少,3. 代謝改變,（1） 血糖升高,（2） 脂肪動(dòng)員增強(qiáng),（3）蛋白質(zhì)分解加強(qiáng),作業(yè)