第09章-物质代谢的联系与调节(2010)

目录目录MetabolicInterrelationships&Regulation第九章物质代谢的联系与调节目录糖脂类Pr.H2O维生素无机盐…消化吸收简单物质合成复杂物质分解简单物质废物排泄（CO2、H2O、脲…)物质代谢能量代谢合成分解转变调节生成贮存释放转化生命现象(开始)(中间)(终末)目录糖蛋白质脂类葡萄糖甘油、脂肪酸氨基酸CO2NADH+H+FADH2H2O氧化磷酸化ADP+PiATP三羧酸循环第一阶段第二阶段第三阶段乙酰CoA目录目录目录物质代谢的特点TheSpecialtyofMetabolism第一节目录§1.物质代谢的特点1.整体性与区域化细胞内物质代谢:同时进行;相互联系;相互转变，相互依存，构成统一的整体。注意：相互联系的枢纽性物质主要的来源和去路丙酮酸草酰乙酸乙酰CoAα-KG等目录物质代谢的区域化代谢途径亚细胞区域糖酵解三羧酸循环磷酸戊糖途径糖原合成与分解糖异生途径FA合成FAβ－氧化胆固醇生物合成酮体生成尿素合成血红素合成磷脂合成呼吸链胞液线粒体胞液胞液胞液胞液，内质网、线粒体线粒体胞液及内质网胞液及线粒体线粒体及胞浆胞液及线粒体内质网线粒体目录2.代谢途径不同反应链：见Glc氧化分解途径小结反应环：注意:每条途径的底物、条件酶能量辅助因子地点产物和意义等均不同包括TCAC鸟氨酸循环嘌呤核苷酸循环Cori循环柠檬酸-丙酮酸循环丙氨酸-葡萄糖循环SAM循环等目录葡萄糖氧化分解途径小结途径地点条件限速酶产物意义糖酵解胞浆无氧、NAD＋己糖激酶PFK-1丙酮酸激酶乳酸2（3）ATP应急供能RBC等组织能量来源有氧氧化胞浆、线粒体O2、NAD＋、FAD以上三个：丙酮酸脱氢酶系；柠檬酸合酶；异柠檬酸脱氢酶；α-KG脱氢酶系。30或32ATP；CO2；H2O主要产能机构；三大代谢联系枢纽。磷酸戊糖途径胞浆NADP＋G-6-P脱氢酶磷酸戊糖NADPH核苷酸合成的原料；为合成代谢提供NADPH糖醛酸途径胞浆NAD＋NADP＋UDPG焦磷酸化酶；UDPG脱氢酶UDPGANADPHVitC参与生物转化Pr聚糖糖基来源；植物等合成VitC等途径目录3.酶促反应下使代谢处于动态平衡代谢池：来源重要代谢途径的限速酶（见下表）去路目录重要代谢途径的限速酶（P227表9－3）代谢途径限速酶糖原合成糖原分解糖酵解三羧酸循环糖异生脂肪酸合成脂肪分解酮体合成胆固醇合成尿素合成胆汁酸合成血红素合成糖原合酶磷酸化酶己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶柠檬酸合酶、异柠酸脱氢酶、α-KG脱氢酶系丙酮酸羧化酶、PEP羧激酶、果糖二磷酸酶-1、G-6-P酶乙酰CoA羧化酶TG脂酶HMG-CoA合酶HMG-CoA还原酶精氨酸代琥珀酸合成酶、CPS-Ⅰ(氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ)7-α羟化酶δ-氨基-γ-酮基戊酸合酶（ALA合酶）目录4、组织、器官代谢各具特色(1)肝脏－物质代谢的中枢（综合性化工厂见P224）(2)心脏－以酮体、乳酸、FFA和Glc为能源，有氧氧化供能为主.(3)大脑－Glc为唯一能源，日耗100g。长期饥饿者以酮体为主要能源（日耗50－100g)。(4)肌肉－缺乏G-6-P酶，不能将肌糖原分解成葡萄糖补充血糖。(5)RBC－无线粒体，能量全部来自糖酵解（30g/日）。(6)脂肪组织－合成和储存TG。肝脏也能合成TG，但不能储存TG，需VLDL运至肝外。(7)肾脏－糖异生生成G的量与饥饿时间呈正比。皮质能量来自FA和酮体的氧化；髓质主要靠糖酵解供能。(见P224表9-1)目录目录在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。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例如：——肝在维持血糖稳定中起重要作用。(1)肝是人体最重要的物质代谢中心和枢纽目录目录酮体乳酸游离脂酸葡萄糖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。(2)心可利用多种能源物质，以有氧氧化为主目录目录•耗能大，耗氧多。•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。(3)脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大目录目录•合成、储存肌糖原；•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。(4)肌肉主要氧化脂肪酸，剧烈运动产生大量乳酸目录目录（5）糖酵解是为成熟红细胞提供能量的主要途径红细胞没有线粒体，每天消耗1520g葡萄糖。目录目录•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。（6）脂肪组织是合成、储存脂肪的重要组织目录目录肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。（7）肾是可进行糖异生和生成酮体两种代谢的器官目录目录器官组织特有的酶功能主要代谢途径主要供能物质代谢和输出的产物肝葡萄糖激酶，葡萄糖-6-磷酸酶，甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶代谢枢纽糖异生，脂酸β-氧化，糖有氧氧化，糖原代谢，酮体生成等葡萄糖，脂酸，乳酸，甘油，氨基酸葡萄糖，VLDL，HDL，酮体等脑神经中枢糖有氧氧化，糖酵解，氨基酸代谢葡萄糖，脂酸，酮体，氨基酸等乳酸，CO2,H2O心脂蛋白脂酶，呼吸链丰富泵出血液有氧氧化脂酸，葡萄糖，酮体，VLDLCO2，H2O脂肪组织脂蛋白脂酶，激素敏感脂肪酶储存及动员脂肪酯化脂酸，脂解VLDL，CM游离脂酸，甘油骨骼肌脂蛋白脂酶，呼吸链丰富收缩有氧氧化，糖酵解脂酸，葡萄糖，酮体乳酸，CO2，H2O肾甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶排泄尿液糖异生，糖酵解，酮体生成脂酸，葡萄糖，乳酸，甘油葡萄糖红细胞无线粒体运输氧糖酵解葡萄糖乳酸重要器官及组织氧化供能的特点目录5.ATP是生物体能量的载体ATP的产生、利用和储存目录6.NADPH是合成代谢所需的还原当量来源G-6-P脱氢酶G-6-P酸脱氢酶苹果酸酶异柠檬酸脱氢酶胞浆磷酸戊糖途径目录目录物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships第二节目录目录一、各种能量物质的代谢相互联系相互制约三大营养素共同中间产物共同最终代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2HATPCO2三大营养素可在体内氧化供能。目录目录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、脂肪和蛋白质。供能以糖及脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。目录目录脂肪分解增强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6-磷酸果糖激酶-1被抑制(糖分解代谢限速酶之一)例如：目录目录饥饿时：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周目录目录（一）体内糖可转变脂肪，但（偶数）脂肪酸不能转变成糖1.摄入的糖量超过能量消耗时：二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而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）目录目录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-甘油葡萄糖目录目录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目录目录（二）体内糖与大部分氨基酸碳架部分可以相互转变例如：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，可转变为糖目录目录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目录目录氨基酸乙酰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）脂类不能转变成氨基酸，但氨基酸能转变成脂肪目录目录——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目录目录（四）某些氨基酸是核苷酸/核酸合成的前体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目录目录葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸目录目录代谢调节方式TheWayforRegulationofMetabolism第四节目录•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。单细胞生物目录高等生物——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。目录概述：细胞水平调节激素水平调节整体水平调节调节代谢速度改变细胞膜通透性影响酶活性相应生理效应[E]酶结构改变酶合成酶分解诱导剂[E]酶结构改变酶合成酶分解阻遏剂化学修饰抑制变构（剂）化学修饰激活变构（剂）快速调节：影响酶的结构，快，但短暂，（几秒－几分）迟缓调节：影响酶量，慢而持久（几小时）目录一、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。•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。目录①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(limitingvelocityenzymes)。②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。③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。目录•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(allostericregulation)化学修饰调节(chemicalmodification)•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。目录1.变构调节的概念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）关键酶的变构调节目录2.变构调节的机制变构酶催化亚基调节亚基变构效应剂：底物、终产物其他小分子代谢物目录变构效应剂+酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化目录（三）酶的化学修饰调节1.化学修饰的概念酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的共价修饰(covalentmodification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。目录2.化学修饰的主要方式磷酸化---去磷酸乙酰化---脱乙酰甲基化---去甲基腺苷化---脱腺苷SH与–S—S–互变目录酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白目录3.化学修饰的特点①酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。②具有放大效应，效率较变构调节高。③磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。•同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。目录（四）酶量的调节1.酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer)减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor)目录2.酶蛋白降解溶酶体蛋白酶体——释放蛋白水解酶，降解蛋白质——泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质•通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。目录内、外