人卫第8版 第十二章 生物化学与分子生物学 查锡良 药立波主编 第十二章 物质代谢的整合与调节

第十二章物质代谢的整合与调节MetabolicIntegration&Regulation物质代谢的特点TheSpecialtyofMetabolism第一节一、体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体糖类脂类蛋白质水无机盐维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存。消化吸收中间代谢废物排泄体内各种物质的代谢不是孤立进行的，是同时的，相互联系，相互转变，相互依存，构成统一的整体。糖、脂能AA合成代谢分解代谢蛋白（E,H）二、机体物质代谢不断受到精细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、体内各种代谢物均具有共同的代谢池例如：各种组织消化吸收的糖肝糖原分解糖异生血糖五、ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式营养物分解释放能量ADP+PiATP直接供能六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量例如：乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径氧化反应还原反应物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships第二节一、各种能量物质的代谢相互联系相互制约三大营养素各自代谢途径共同中间产物共同代谢途径糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2HATPCO2三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，机体优先利用燃料的次序是糖原（50-70%）、脂肪（10-40%）和蛋白质。供能以糖及脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。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周脂肪分解增强ATP增多ATP/ADP比值增高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。糖分解被抑制磷酸果糖激酶-1被抑制(糖分解代谢关键酶之一)例如：糖分解增强ATP↑脂酸合成增加，分解抑制抑制异柠檬酸脱氢酶（三羧酸循环关键酶）柠檬酸堆积，透出线粒体激活乙酰CoA羧化酶（脂酸合成关键酶）二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系糖、脂、蛋白质和核酸通过共同的中间代谢物、柠檬酸循环、生物氧化等彼此联系且相互转变。一种物质代谢障碍可引起其他物质代谢的紊乱。（一）葡萄糖可转变为脂肪酸1.摄入的糖量超过能量消耗时：葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）2.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：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（二）葡萄糖与大部分氨基酸可以相互转变例如：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α-酮酸，可转变为糖（生酮氨基酸除外）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α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸氨基酸乙酰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胆胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）氨基酸可转变为多种脂质但脂质几乎不能转变为氨基酸——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α-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（四）一些氨基酸、磷酸戊糖是合成核苷酸的原料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一碳单位合成嘌呤合成嘧啶2.磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供肝在物质代谢中的作用FunctionofLiverinMaterialMetabolism第三节肝脏是物质代谢的核心器官1、有肝动脉及门静脉双重血供2、有肝静脉和胆道两大输出系统3、有丰富的血窦，血流缓慢4、细胞内酶种类多、含量大，有些是肝特有目录作用：一、肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官维持血糖水平相对稳定，保障全身各组织，尤其是大脑和红细胞的能量供应。目录（一）肝内生成的葡糖-6-磷酸是糖代谢的枢纽G（补充血糖）G-6-PF-6-P（进入酵解途径）G-1-PGn（合成糖原）UDPG6-磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）葡糖醛酸（进入葡糖醛酸途径）其他单糖脂肪目录（二）肝是糖异生的主要场所目录不同营养状态下肝内如何进行糖代谢？饱食状态：•肝糖原合成↑•过多糖则转化为脂肪，以VLDL形式输出•肝糖原分解↑•以糖异生为主•脂肪动员↑→酮体合成↑→节省葡萄糖饥饿状态：空腹状态：目录二、肝在脂质代谢中占据中心地位作用：在脂类的消化、吸收、合成、分解与运输均具有重要作用。目录（一）肝在脂质消化吸收中具有重要作用肝细胞合成和分泌的胆汁酸，是脂质消化吸收必不可少的物质。厌油腻、脂肪泻等肝功能下降胆道阻塞目录•饱食后合成甘油三酯、胆固醇、磷脂，并以VLDL形式分泌入血，供其他组织器官摄取与利用；•饥饿时，肝脂肪酸β-氧化产生的大量乙酰辅酶A有两条去路，一是彻底氧化供能，二是生成酮体。•合成分泌的apoCⅡ是毛细血管内皮细胞LPL的激活剂。（二）肝是甘油三酯和脂肪酸代谢的中枢器官目录（三）肝是维持机体胆固醇平衡的主要器官肝是合成胆固醇最活跃的器官，是血浆胆固醇的主要来源；胆汁酸的生成是肝降解胆固醇的最重要途径；肝也是体内胆固醇的主要排泄器官；目录（四）肝是血浆磷脂的主要来源体内大多数组织都能合成磷脂，但肝合成最活跃。肝可利用糖及某些氨基酸合成磷脂，是血液中磷脂的主要来源。目录三、肝的蛋白质合成及分解代谢均非常活跃（一）肝合成多数血浆蛋白质肝细胞的一个重要功能是合成与分泌血浆蛋白质（清蛋白、凝血因子、载脂蛋白）；肝还是清除血浆蛋白质（清蛋白除外）的重要器官。目录（二）肝内氨基酸代谢十分活跃催化氨基酸转氨基、脱氨基、转甲基、脱羧基等反应的酶类十分丰富分解氨基酸、合成非必需氨基酸利用一些氨基酸合成各种含氮化合物，如嘌呤类衍生物、嘧啶类衍生物、肌酸、乙醇胺、胆碱等。目录（三）肝是机体解“氨毒”的主要器官合成尿素：氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ及鸟氨酸氨基甲酰转移酶只存在于肝细胞线粒体。肝脏是机体合成尿素的特异器官。目录四、肝参与多种维生素和辅酶的代谢（一）肝在脂溶性维生素吸收和血液运输中具有重要作用胆汁酸——脂溶性维生素A、D、E和K吸收视黄醇结合蛋白——结合运输视黄醇维生素D结合蛋白——结合运输维生素D（二）肝储存多种维生素储存维生素A、E、K及B12，富含维生素B1、B2、B6、泛酸和叶酸。目录（三）肝参与多数维生素的转化胡萝卜素——维生素A维生素PP——NAD+和NADP+泛酸——辅酶A维生素B1——焦磷酸硫胺素维生素D3——25-羟维生素D3目录五、肝参与多种激素的灭活激素的灭活(inactivation):激素主要在肝中转化、降解或失去活性的过程称为激素的灭活。主要方式：生物转化作用肝外重要组织器官的物质代谢特点及联系CharacteristicandInterconnectionofMetabolisminExtra-hepaticTissue/Organ第四节正常优先以脂酸为燃料产生ATP。能量可依次以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供。一、心肌优先利用脂肪酸氧化分解供能（一）心肌可利用多种营养物质及其代谢中间产物为能源（二）心肌细胞分解营养物质供能方式以有氧氧化为主脂肪酸葡萄糖乳酸酮体心肌细胞富含LDH1、肌红蛋白、细胞色素及线粒体。二、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大（一）葡萄糖和酮体是脑的主要能量物质（二）脑耗氧量高达全身耗氧总量的四分之一（三）脑具有特异的氨基酸及其代谢调节机制葡萄糖为主要能源，每天消耗约100g。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。•合成、储存肌糖原和磷酸肌酸；•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。三、骨骼肌主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸（一）不同类型骨骼肌产能方式不同直接能源：ATP磷酸肌酸：可快速转移能量，生成ATP静息状态：以有氧氧化肌糖原、脂肪酸、酮体为主剧烈运动：糖无氧酵解供能大大增加乳酸循环：整合糖异生与肌糖酵解途径红肌：耗能多，富含肌红蛋白及细胞色素体系，具有较强氧化磷酸化能力。白肌：耗能少，主要靠酵解供能。（二）骨骼肌适应不同耗能状态选择不同能源四、糖酵解是成熟红细胞的供能主要途径成熟红细胞没有线粒体，不能进行营养物质的有氧氧化，不能利用脂肪酸和其他非糖物质作为能源。葡萄糖酵解是其主要能量来源。五、脂肪组织是储存和释放能量的重要场所（一）机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂肪组织膳食脂肪：以CM形式运输至脂肪组织储存。膳食糖：主要运输至肝转化成脂肪，以VLDL形式运输至脂肪组织储存。部分在脂肪细胞转化为脂肪储存。经LDL水解摄取，合成脂肪目录（二）饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂肪供能饥饿脂解激素↑HSL↑脂肪动员↑脂肪酸甘油酮体肝氧化供能肾髓质无线粒体，主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。一般情况下，肾糖异生只有肝糖异生葡萄糖量的10%。长期饥饿（5~6周），肾糖异生可达每天40g，与肝糖异生的量几乎相等。六、肾能进行糖异生和酮体生成物质代谢调节的主要方式ThemainwayforRegulationofMetabolism第五节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•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，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。目录一、细胞水平的代谢调节主要调节关键酶活性•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(keyenzyme)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。•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。（一）各种代谢酶在细胞内区隔分布是物质代谢及其调节的亚细胞结构基础多酶体系分布多酶体系分布DNA及RNA合成细胞核糖酵解胞液蛋白质合成内质网，胞液戊糖磷酸途径胞液糖原合成胞液糖异生胞液脂肪酸合成胞液脂肪酸β氧化线粒体胆固醇合成内质网，胞液多种水解酶溶酶体磷脂合成内质网柠檬酸循环线粒体血红素合成胞液，线粒体氧化磷酸化线粒体尿素合成胞液，线粒体主要代谢途径(多酶体系)在细胞内的分布乙酰CoAFA合成酶系FA无意义循环ATP脂酰CoAβ-[O]乙酰CoA线粒体胞液有氧氧化糖不足糖充足Glc酶隔离分布的意义:提高同一代谢途径酶促反应速率。使各种代谢途径互不干扰，彼此协调，有利于调节物对各途径的特异调节。（二）关键酶活性决定整个代谢途径的速度和方向※关键酶催化的反应特点：①常常催化一条代谢途径的第一步反应或分支点上的反应，速度最慢，其活性能决定整个代谢途径的总速度。②常催化单向反应或非平衡反应，其活性能决定整个代谢途径的方向。③酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂调节。※关键酶（keyenzymes）代谢过程中具有调节作用的酶。代谢途径关键酶糖原降解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖酵解己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柠檬酸合酶异柠檬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双磷酸酶-1脂肪酸合成乙酰辅酶A羧化酶胆固醇合成HMG辅酶A还原酶某些重要代谢途径的关键酶①快速调节（改变酶分子结构）②迟缓调节（改变酶含量）数秒、数分钟改变单个酶分子的催化能力数小时、几天调节酶的合成与降解速度别构调节(allostericregulation)化学修饰调节(chemicalmodification)※调节关键酶活性（酶分子结构改变或酶含量改变）是