第11章代謝調(diào)節(jié)

1、第 十三 章,代謝和代謝調(diào)控總論Metabolic Interrelationships and Regulation,葡萄糖、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,,丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸,乙酰乙酰CoA,第一節(jié) 新陳代謝的概念和研究方法一、物質(zhì)代謝的概念（一）物質(zhì)代謝的含義（二）同化作用和異化作用（三）合成代謝與分解代謝

2、（四）中間代謝,物質(zhì)代謝的特點(diǎn)The Specialty of Metabolism,,一、整體性,各種物質(zhì)代謝之間互有聯(lián)系，相互依存。,二、物質(zhì)代謝耦聯(lián)能量代謝,新陳代謝,同化作用,,異化作用,,,,物質(zhì)合成,吸收能量,,物質(zhì)分解,釋放能量,,物質(zhì)代謝,,,能量代謝,三、代謝途徑的多樣性,1、直線途徑：從起始物到終產(chǎn)物，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程無(wú)代謝支路．如DNA的生物合成,RNA的生物合成及蛋白質(zhì)的生物合成２、分支途徑：代謝物可通過(guò)某個(gè)

3、共同中間產(chǎn)物進(jìn)行代謝分途，產(chǎn)生２種或更多種產(chǎn)物．如由葡萄糖代謝產(chǎn)生的丙酮酸，可經(jīng)不同的代謝途徑生成不同的產(chǎn)物．３、循環(huán)途徑:循環(huán)中的中間產(chǎn)物可反復(fù)生成,反復(fù)利用,使生物體能經(jīng)濟(jì)高效的進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)變.如TAC,四、代謝調(diào)節(jié),機(jī)體內(nèi)存在一套精細(xì)完善的調(diào)節(jié)機(jī)制，從而保證錯(cuò)綜復(fù)雜的物質(zhì)代謝得以有條不紊地進(jìn)行．,五、物質(zhì)代謝的組織特異性,各組織器官的分化不同，所含酶類(lèi)的種類(lèi)含量各有差異，導(dǎo)致各組織、器官具有不同的代謝特點(diǎn)．,六、各種代謝物均具有

4、各自共同的代謝池,例如,ATP,ADP,機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)) 化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫),生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以ATP為中心。,七、ATP是機(jī)體能量利用的共同形式,八、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 Interrelationships,第 二 節(jié),一、在能量代謝上

5、的相互聯(lián)系,三大營(yíng)養(yǎng)素,共同中間產(chǎn)物,共同最終代謝通路,三大營(yíng)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(yíng)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(shì)，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,,3 ~ 4 周,,,（一）糖代謝與脂代謝的相

6、互聯(lián)系,1. 攝入的糖量超過(guò)能量消耗時(shí),二、糖、脂和蛋白質(zhì)及核苷酸之間的相互聯(lián)系,2. 脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘?3. 糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟懝檀?能為磷脂合成提供原料.,,,,乙酰CoA+NADPH+H+,,,脂酸,糖,,,,乙酰CoA,,,,膽固醇,,甘油,,,,甘油磷脂,4.膽固醇不能轉(zhuǎn)變?yōu)樘?甘油磷脂中的甘油可以異生成糖.,5. 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),（二）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,例如,丙

7、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(必需氨基酸只能從食物中攝取).,糖,,丙酮酸,,草酰乙酸,乙酰CoA,,,檸檬酸,,α-酮戊二酸,,1. 氨基酸可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?生酮氨基酸亮氨酸和賴氨酸只能轉(zhuǎn)變?yōu)橹?,2. 氨基酸可作為合成磷脂的原料,（三）脂類(lèi)與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,—— 但不能說(shuō)，脂類(lèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被帷?3.

8、 脂肪的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被?,（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,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)

9、定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供能為主。,,心臟,耗能大，耗氧多。葡萄糖為主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時(shí)，利用酮體。,,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,能量主要來(lái)自糖酵解。,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，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

10、,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(guò)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對(duì)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(ke

11、y enzyme)的活性決定。? 代謝調(diào)節(jié)主要是通過(guò)對(duì)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(lèi)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

12、徑的方向。,③ 這類(lèi)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 。,例：糖代謝的關(guān)鍵酶,快速代謝,遲緩代謝,? 代謝調(diào)節(jié)主要是通過(guò)對(duì)關(guān)鍵酶活性或含量的調(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

13、變構(gòu)調(diào)節(jié),被調(diào)節(jié)的酶稱為變構(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

14、子代謝物,變構(gòu)效應(yīng)劑 + 酶的調(diào)節(jié)亞基,3. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義,① 代謝終產(chǎn)物反饋抑制 (feedback inhibition) 反應(yīng)途徑中的酶，使代謝物不致生成過(guò)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

15、飾。,2. 化學(xué)修飾的主要方式,磷酸化 - - - 去磷酸(最常見(jiàn)最重要),乙?；?- - - 脫乙酰,甲基化 - - - 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(jiàn)的方

16、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為誘導(dǎo)劑(inducer),減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor),常見(jiàn)的誘導(dǎo)或阻遏方式,Ⅰ 底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏,Ⅱ 產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏,Ⅲ 激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo),Ⅳ 藥物對(duì)酶合成的誘導(dǎo),2. 酶蛋白降解,通過(guò)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)

17、節(jié),激素分類(lèi),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,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(duì)葡萄糖利用降低,（3）脂代謝變化,脂肪動(dòng)員加

18、強(qiáng)，酮體生成增多,2. 長(zhǎng)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、