第11章物质代谢的联系与调节1022.ppt

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1、第11章 物质代谢的联系与调节Metabolic Interrelationships and Regulation,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,第四节 代谢调节（重点）,本章内容,第一节 物质代谢的特点,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,（一）整体性,彼此相互联系彼此相互转化彼此相互依存,同化作用异化作用,（二）物质代谢偶联能量代谢,（三）代谢途径的多样性,直线途径,循环途径,分支途径,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。调节各种物质代谢的强度调节各种物质代谢的方向调节各

2、种物质代谢的速度,（四）代谢调节,（五）各组织、器官物质代谢各具特色,不同的组织、器官,肝脏含糖、脂、蛋白质代谢的各种酶系，是物质代谢的总枢纽脂肪含激素敏感脂肪酶，能进行脂肪储存与动员脑组织、红细胞有糖代谢酶系，能利用糖氧化供能,同一种代谢物共同参加到同一代谢池中代谢（如各种来源的血糖均通过血糖代谢池参与各种组织的代谢）。,（六）各种代谢物均具有共同的代谢池,（七）ATP是机体储存能量及消耗能量的共同形式,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均需要消耗ATP,营养物分解,ADP+Pi,ATP,（八）NADPH是合成代谢所需的还原当量,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,

3、第二节 物质代谢的相互联系,Metabolic Interrelationships,一、在能量代谢上的相互联系相互制约,三大营养素可在体内氧化供能,从能量供应角度看，三大营养素可以相互代替，并相互制约。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。,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（一）糖代谢与脂代谢的相互联系,糖变脂,摄糖过多,脂酸,脂肪的甘油部分能在体内转变为糖，但脂酸不能转变为糖,脂肪,脂酸,甘油,糖（少）,-磷酸甘油（少）,乙酰CoA（多）,脂肪分解代谢有赖于糖代谢正常进行,糖代谢,草酰乙

4、酸,三羧酸循环,高酮血症,除生酮aa（Leu和Lys）外，其余aa均可生成-酮酸，并循糖异生途径转变为糖糖代谢中间产物可氨基化转变为非必需aa（但不能转变成8种必需aa）食物中蛋白质能代替糖、脂供能但食物中糖、脂不能代替蛋白质,（二）糖代谢与氨基酸代谢的相互联系,所有aa均分解能生成乙酰CoA，用于脂 肪、胆固醇合成aa（如Ser）亦可作为磷脂合成原料仅脂肪动员的甘油可进入糖酵解途径并转变为非必需aa（但不能转变成8种必需aa）,（三）脂代谢与氨基酸代谢的相互联系,Gly、Asp、Gln及一碳单位是合成嘌呤的原料Asp、Gln及一碳单位是合成嘧啶的原料,（四）核苷酸与氨基酸代谢的相互关系,脂肪

5、,糖、脂、氨基酸代谢途径的相互联系,第三节 组织器官的代谢特点及联系,1.肝 机体物质代谢的总枢纽,是人体的“中心 生化工厂”,2.心脏 依次以酮体、乳酸、FFA和糖氧化供能（有氧氧化为主）,（了解，自学）,3.脑 机体耗能的主要器官（耗氧20%25%）；几乎以血糖来源的葡萄糖为唯一能源（每天100g）；长期饥饿时亦可氧化酮体供能。,5.红细胞 糖酵解供能，每天耗30g葡萄糖，不能利用脂酸酮体氧化供能(无线粒体),6.脂肪组织 储存脂肪；脂肪动员,7.肾 能进行糖异生（与肝相当），并能储存糖原；亦能利用酮体氧化供能；肾髓质无线粒体，只能通过糖酵解供能。,4.肌肉组织 以氧化脂酸为主；剧烈运动时

6、进行无氧酵解生成乳酸；肌糖原对血糖无贡献（无葡萄糖-6-磷酸酶活性）。,第四节 代谢调节（重点与难点）,代谢调节作用的三个水平：,细胞水平的代谢调节（酶活性和酶量，代谢物浓度，区室化）-本章重点,激素水平的代谢调节（内分泌细胞激素细胞内代谢）,整体水平的代谢调节（中枢神经神经递质效应器激素分泌细胞内代谢）,（一）细胞内酶的隔离分布（区室化）,各代谢途径的有关酶类，常组成酶体系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中，使不同的代谢途径在细胞不同区域内进行。,胞液：糖酵解、糖原合成与分解、糖异生、磷酸戊糖途径、脂酸合成酶系,一、细胞水平的代谢调节,调节酶（关键酶、限速酶）的概念,一个代谢途径的速度和方

7、向，常由一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定。这些调节代谢的酶称调节酶（regulatory enzymes）或关键酶（key enzymes）,1.所催化的反应速度最慢，故又称限速酶；,关键酶的特点,2.催化单向反应或非平衡反应，故能决定 整个代谢途径的方向；,3.酶活性除受底物影响外，还受多种代 谢物或效应剂的调节。,糖原分解 磷酸化酶糖原合成 糖原合酶糖酵解 己糖激酶，PFK-1，丙酮酸激酶糖有氧氧化 丙酮酸脱氢酶系，柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶,酮戊二酸脱氢酶系糖异生 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-磷酸酶脂酸合成 乙酰CoA羧化酶胆固醇合

8、成 HMGCoA还原酶,某些重要代谢途径的关键酶,代谢途径 关键酶,变构调节,共价(化学)修饰调节,代谢调节主要通过对关键酶活性的调节实现,快速调节(数秒数分),迟缓调节(数小时数天),酶的代谢调节,酶量的调节,酶蛋白的合成,酶蛋白的降解,酶活性调节,(二)小分子代谢物改变关键酶构象对酶活性变构调节,1.变构调节(别构调节)allosteric regulation,小分子化合物与酶蛋白分子活性中心以外的部位非共价键结合，使酶蛋白构象发生变化，从而增强或减弱酶的活性。这种调节方式称变构调节,变构部位(别构部位)allosteric site 与变构效应剂结合的部位,变构酶(别构酶)allost

9、eric enzyme 被变构调节的酶,变构效应剂 allosteric effector 使酶发生变构效应的物质,2.变构调节的机制,变构酶(寡聚酶),催化亚基,调节亚基,与底物结合起催化作用,与变构效应剂非共价结合起调节作用,变构效应剂的种类：,底物，代谢终产物，代谢中间产物，其他小分子代谢物,酶活性的变构调节(抑制)示意图,变构剂,酶,底物,活性中心,变构中心,变构抑制,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。,乙酰CoA,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,糖酵解 己糖

10、激酶 AMP,ADP,FDP,Pi G-6-P,ATP PFK-1 FDP 柠檬酸 丙酮酸激酶 ATP,乙酰CoA TAC 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,G-1-P,Pi ATP,G-6-P脂酸合成 乙酰CoA羧化酶 柠檬酸,异柠檬酸 长链脂酰CoA 氨基酸代谢 谷氨酸脱氢酶 ADP,亮氨酸,蛋氨酸 GTP,ATP,NADH嘌呤合成 Gln-PRPP酰胺转移酶 AMP,GMP嘧啶合成 Asp转甲酰酶 CTP,UTP核酸合成 脱氧胸苷激酶 dCTP,dATP dTT

11、P,一些代谢途径中的变构酶及其变构剂(了解),代谢途径 变构酶 变构激活剂 变构抑制剂,（三）关键酶活性可由酶的化学修饰调节,概念 一种酶在另一种酶的催化下，通过共价键的断裂与生成，结合或移去某基团，使酶活性改变，这种调节称酶的化学修饰调节（chemical modification regulation）或共价修饰调节（covalent modification regulation）。,属快速调节，包括:,（三）酶的共价修饰调节,磷酸化/脱（去）磷酸化(最常见)乙酰化/脱乙酰化甲基化/去甲基化腺苷化与脱腺苷SH/-S-S-,酶的磷酸化与脱磷酸化,酶蛋白,酶蛋白,P,The Nobel Pr

12、ize in Physiology or Medicine 1992,for their discoveries concerning reversible protein phosphorylation as a biological regulatory mechanism,Edmond H.Fischer,Edwin G.Krebs,1920-,1918-,University of Washington，Seattle,WA,USA,糖原磷酸化酶 磷酸化/脱磷酸 激活/抑制磷酸化酶b激酶 磷酸化/脱磷酸 激活/抑制 糖原合酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活丙酮酸脱羧酶 磷酸化/脱磷酸 抑制

13、/激活磷酸果糖激酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活丙酮酸脱氢酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活HMGCoA还原酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活HMGCoA还原酶激酶磷酸化/脱磷酸 激活/抑制乙酰CoA羧化酶 磷酸化/脱磷酸 抑制/激活甘油三酯脂肪酶 磷酸化/脱磷酸 激活/抑制黄嘌呤氧化脱氢酶 SH/-S-S-脱氢酶/氧化酶,酶 化学修饰类型 酶活性改变,表9-5 酶促化学修饰对酶活性的调节,2.酶促化学修饰的特点,(1)化学修饰酶一般都具有无活性（低活性）和有活性（高活性）两种形式，它们之间在两种不同的酶催化下可相互转变。酶受激素调节。(可控),(2)化学修饰由酶催化引起共价键的变化，酶促反应具有级联放

14、大效应。（效率高）,(3)磷酸化与脱磷酸是最常见的。(经济有效),(4)许多化学修饰酶也同时受到变构调节，酶的化学修饰和变构调节两者相辅相成。（完善）,（四）改变细胞内酶含量可调节酶活性,概念：通过调节酶的含量（即通过控制酶蛋白的合成与分解的速度）来实现对代谢反应速度和强度的调节。,特点：酶蛋白的合成或降解所需时间较长，消耗ATP较多，属迟缓调节，作用慢（几小时几天）、持续时间长。,1.酶蛋白合成的诱导与阻遏,酶的底物、激素或药物能在转录水平增加酶的合成。,诱导剂(inducer)加速酶蛋白合成的化合物,阻遏剂(repressor)减少酶蛋白合成的化合物,1）底物对酶合成的诱导与阻遏,例：酪蛋

15、白（饲料）,精氨酸酶量（鼠肝）,+,2）产物对酶合成的阻遏,例：胆固醇,HMG-CoA还原酶量（肝）,3）激素对酶合成的诱导,例：糖皮质激素,糖异生4种限速酶量,4）药物对酶合成的诱导,血游离胆红素(新生儿黄疸),苯巴比妥,葡萄糖醛酸基转移酶（肝微粒体）,2.酶蛋白的降解,细胞内酶蛋白的降解由蛋白水解酶类催化。有：,1）溶酶体中的蛋白水解酶,2）蛋白酶体：泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质,由多种蛋白水解酶组成，需要泛素参与。,二、激素作用特异受体调节代谢过程,激素(hormone)概念及作用方式,内分泌细胞,生物效应,分泌,激素,血液,受体或靶细胞,受体作用方式 能识别相应的激素并特

16、异地与之结合，从而将激素信号转变为细胞内一系列的化学反应，最后表现出激素的生物学效应。,受体（receptor)概念,分布于靶细胞膜或细胞内的特异蛋白质(糖蛋白或脂蛋白)。,三、整体调节体内物质代谢,在不同生理和病理状况下，机体的神经系统的活动、激素的分泌和各代谢途径中的酶(三个调节水平)均发生相应的变化，使各种物质代谢的速度与同外环境的变化相适应，以保证机体的能量需要和内环境的相对恒定。,例如：在饥饿和应激状态下的物质代谢调节。,（一）饥饿,代谢变化的基本规律：,在饥饿状态下，机体发生一系列生理和代谢变化。,基本表现为各个组织细胞从依赖食物提供葡萄糖，逐步转变并适应以自身储脂为主要能量来源的

17、过程；,蛋白质分解提供能量也明显；,氮平衡转向负氮平衡。,饥饿分期,短期饥饿(13天),长期饥饿(56天以上),又称糖异生期。主要靠肝脏糖异生葡萄糖和肝外组织节省葡萄糖的利用维持血糖水平，以满足脑组织对糖的需求。,又称蛋白保存期。体内各个组织包括脑组织都以脂酸和酮体作为主要能源。,糖原消耗,1.短期饥饿（13天）,2.长期饥饿,（二）应 激(Stress),概念,机体受到强烈剌激如剧痛、创伤、出血、烧伤、冷冻、中毒、急性感染、情绪紧张及强力活动时引起机体的“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胰高血糖素、生长激素，胰岛素分泌,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,应激时的主要代谢变化：,血糖水平升高,肾上腺素胰高血糖素,cAMP介导的信息传递途径,糖原磷酸化酶,糖原合酶,糖原分解,糖原合成,血糖,肾上腺皮质激素 胰高血糖素,(-),糖异生作用,血糖,肾上腺皮质激素 生长激素,周边组织对糖的利用,血糖,联合效应,应 激,脂肪分解作用增强,应激,交感神经兴奋,肾上腺素胰高血糖素,cAMP-蛋白激酶系统,甘油三酯脂肪酶,脂肪动员,蛋白质分解加强,应激,肾上腺素胰高血糖素胰岛素,肌肉蛋白质分解,糖异生原料,糖异生,尿素合成、排出,应 激,