1、第 九 章,物质代谢的联系与调节Metabolic Interrelationships and Regulation,物质代谢的特点The Specialty of Metabolism,第 一 节,一、整体性,各种物质代谢之间互有联系，相互依存。,生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。,二、代谢调节,机体有精细的调节机制，调节代谢的
2、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、各种代谢物均具有各自共同的代谢池,例如,五、ATP是机体能量利用的共同形式,营养物分 解,六、NADPH是合成代谢所需的还原当量,例如,乙酰CoA,NADPH + H+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,物质代谢的相互联系Metabolic Interrelationships,第 二 节,一、在能量代谢上的相互联系,三大营养素,共同中间产物,共同最终代谢通路,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
3、互相代替，并互相制约。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。,例如,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,（一）糖代谢与脂代谢的相互联系,1. 摄入的糖量超过能量消耗时,二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系,2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖,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,（二）糖与氨基酸代谢的相互联系,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-酮酸，可转
4、变为糖。,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,-酮戊二酸,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,（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系, 但不能说，脂类可转变为氨基酸。,3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸,（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系,1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料,2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供, 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。,
5、 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。, 各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。,思 考？,思 考？,1.简述糖代谢与脂肪代谢的联系。,在能量供应方面有互补性。从整体看，体内约70%的能量由糖分解提供，但当糖供应不足或糖代谢障碍时，脂肪分解加强，可弥补能量的不足。 在物质互相转化方面，糖供应较多时，可转化成脂肪，包括甘油、脂肪酸及所需ATP、NADPH均可由糖提供。而脂肪分子中只有甘油可经糖异生转化为糖，脂肪酸则不能。,2.乙酰CoA的来源、
6、去路有哪些？,来源：糖分解，脂肪酸分解，氨基酸分解；酮体分解去路：合成脂肪酸、胆固醇，进入三羧酸循环，合成酮体。,3.试述葡萄糖转化成天冬氨酸的过程。,葡萄糖经糖酵解途径，在细胞浆内生成丙酮酸进入线粒体，在羧化酶的催化下生成草酰乙酸，后者再转运到细胞浆，经转氨酶催化生成天冬氨酸。,谷氨酸脱氨基生成-酮戊二酸，-酮戊二酸经三羧酸循环转化为草酰乙酸，后者经糖异生途径生成磷酸二羟丙酮，再还原为3-磷酸甘油。-酮戊二酸还可以在转化为草酰乙酸后进一步脱羧转化为丙酮酸，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，再经脂肪酸合成酶系作用生成脂肪酸。3-磷酸甘油和脂肪酸可以合成脂肪。,4.试述谷氨酸转化成脂肪的过程。,5.
7、丙酮酸在动物体内可转化成哪些物质？指出相关代谢途径名称。,组织、器官的代谢特点及联系,Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus,第 三 节,是机体物质代谢的枢纽。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。,肝,肝在维持血糖稳定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供能为主。,心脏,耗能大，耗氧多。葡萄糖为主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。,脑,合成、储存糖原；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。,肌 肉,能量主要来自糖酵解。,红细胞,合成及储存脂肪
8、的重要组织；将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。,脂肪组织,也可进行糖异生和生成酮体；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。,肾脏,代 谢 调 节The Regulation of Metabolism,第 四 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,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。 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(key enzyme)的活
9、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。,线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化,细胞质:糖酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;氨基酸合成；核苷酸合成；蛋白质合成,细胞核:核酸合成,内质网:蛋白质加工;磷脂合成,（一）细胞内酶的隔离分布,细胞膜结构对代谢的调节和控制作用, 控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度 控制细胞和细胞器的物质运输 内膜系统对代谢途径的分隔作用 膜与酶的可逆结合,酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。,多酶体系在细胞内的分布,酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。, 速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，
10、故又称其为限速酶(limiting velocity enzymes)。, 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。, 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 。,例：糖代谢的关键酶,快速代谢,迟缓代谢, 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,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,被调节的酶称为变构酶或别构酶(
11、allosteric enzyme)使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allosteric effector), 变构激活剂allosteric effector引起酶活性增加的变构效应剂。 变构抑制剂allosteric effector 引起酶活性降低的变构效应剂。,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,变构效应剂 + 酶的调节亚基,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。,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
12、互协调。,（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，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。,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,酶的磷酸化与脱磷酸化,酶级联系统调控示意图,意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。,肾上腺素或胰高血糖素,1、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化
13、酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（无活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（无活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶 b（无活性）,磷酸化酶 a（活性）,6、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,肾上腺素或胰高血糖素,1,3,2,102,104,106,108,葡萄糖,4,5,6,3. 化学修饰的特点,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。具有放大效应，效率较变构调节高。消耗能量少。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。
14、,思 考？,思 考？,试比较酶变构调节与化学修饰调节的异同 ？,相同点：均为细胞水平的调节，属于快速调节，受调节的酶为关键酶。,不同点：调节物质不同：变构剂是化合物；化学修饰调节的调节物是一个酶。酶结构变化不同：变构调节是非共价结合变构剂而改变酶蛋白构象；化学修饰调节是共价结合某一基团而改变酶蛋白结构。作用特点及生理意义不同：变构调节无放大效应，仅使底物有效利用；化学修饰调节有放大效应，可以应激。,（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),常见的诱导或阻遏方式, 底物对酶合成的诱导和阻遏,
15、 产物对酶合成的阻遏, 激素对酶合成的诱导, 药物对酶合成的诱导,2. 酶蛋白降解,通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。,1. 物质代谢的调节可分为_、_、_等3个层次。2. 酶活性的调节可通过_和_2种方式。3. 酶的结构调节有_和_2种方式。4. 代谢途径中活性最低的酶称为_，它常受变构剂调节，变构剂以_键结合于酶的_，改变酶的构象和活性。5. 酶蛋白的磷酸化修饰受_催化，磷酸基团由_提供，脱磷酸受_催化。6. 变构调节与化学修饰调节作用时间快，称为_，而酶合成的诱导或阻遏则称为_。7.化学修饰调节最常见的方式是_和_。,内、外环境改变,激素作用机制,二、激素水平的代谢调节,激
16、素,作用特点,量小作用大有特异性作用迅速,激素的受体（receptor）,化学本质存在部位,蛋白质靶细胞质膜靶细胞内靶细胞质膜和靶细胞内,激素分类, 膜受体激素 胞内受体激素,按激素受体在细胞的部位不同，分为：,1. 膜受体激素的作用方式,激素作用方式,胰岛素生长激素促性腺激素促甲状腺激素甲状旁腺素生长因子肾上腺素,2. 胞内受体激素的作用方式,类固醇激素甲状腺激素活性维生素D3视黄酸,（一）饥饿,糖原消耗,血糖趋于降低,胰岛素分泌减少胰高血糖素分泌增加,引起一系列的代谢变化,1. 短期饥饿（13天）,三、整体水平的代谢调节,（1）蛋白质代谢变化,分解加强，氨基酸异生成糖,（2）糖代谢变化,糖
17、异生加强，组织对葡萄糖利用降低,（3）脂代谢变化,脂肪动员加强，酮体生成增多,2. 长期饥饿,（1）蛋白质代谢变化,蛋白质分解减少,（2）糖代谢变化,肝肾糖异生增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸,（3）脂代谢变化,脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加,（二）应 激,1. 概念,应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的“ 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增多胰高血糖素、生长激素增加。,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,细胞水平调节,
18、激素水平调节,神经水平调节,酶水平调节,最主要的调节方式,最高水平的调节,附 录,目 录,下列关于关键酶的描述中,错误的是( )A.酶催化的反应速度最慢 B.关键酶常催化非平衡反应C.关键酶受底物控制D.关键酶一般不受化学修饰调节E.常通过变构效应来调节关键酶的活性,变构激活剂与酶的结合部位是( ) A.活性中心的结合基团 B.活性中心催化基团 C. 酶分子上的咪唑基 D. 酶分子的任意部位 E. 酶蛋白质中的调节部位,脂酸氧化、糖异生、酮体生成都可发生的组织是（ ） A肝脏 B.肠粘膜细胞 C.肌肉 D.胰腺 E.脑 下列哪种代谢途径只在线粒体进行( ) A.糖酵解 B.酮体生成 C.糖的有
19、氧氧化 D.脂酸合成 E.尿素合成,下列哪种代谢途径在胞液和线粒体共同完成( ) A.糖异生 B.磷脂合成 C.胆固醇合成 D.三羧酸循环 E.糖酵解途径 突然受惊吓时,机体会出现( ) A.脂肪动员减少 B.血糖升高 C.血糖降低 D.糖异生减少 E.蛋白质分解减少,关于酶化学修饰的叙述，错误的是（ ）A见的是磷酸化和去磷酸化修饰 B化学修饰有级联放大效应C酶的磷酸化作用使酶活性增加D. 调节效率较変构调节高E. 属快速调节,A.AGA B.PRPP C.乙酰CoA D.柠檬酸 E.UMP 氨基甲酸磷酸合成酶I的变构激活剂()氨基甲酰磷酸合成酶II的变构激活剂( )丙酮酸羧化酶的变构激活剂(
20、 )磷酸果糖激酶的变构抑制剂( ),A.酶的化学修饰调节 B. 酶的变构调节 C. 酶含量的调节 D.通过细胞膜受体 E.通过胞内受体糖原磷酸化酶b磷酸化酶a属于( )ATP对磷酸果糖激酶的调节( )类固醇激素在体内发挥作用( )肾上腺素作用于肝细胞调节血糖代谢是( ),A乳酸 B.肝糖原 C.脂肪酸D.甘油 E.氨基酸 F.酮体空腹1天内,血糖来自于( )饥饿2天,血糖主要来自( ) （30%乳酸、10%甘油、40%氨基酸）随着饥饿的的延续, 用作糖异生原料增加的是( )长期饥饿时,肌肉的主要能源物质是 ( )，脑的主要能源物质是 ( )。糖异生的主要来源是( )和( )。,在“搏斗或逃逸”
21、时，肾上腺素的释放促进肝、心肌和骨骼肌中的糖原降解，在肝脏中糖原降解的终产物是葡萄糖，与此相反在骨骼肌中的终产物是丙酮酸。 （a）为什么糖原在这两种组织中会生成不同的终产物？ （b）有机体在“战斗或逃逸”时，具有这两种不同的糖原降解途径的优越性是什么？,答：（a）心肌和骨骼肌缺少葡萄糖-6-磷酸磷酸酶，所以糖原降解生成的葡萄糖-6-磷酸都进入到酵解途径，在缺氧条件下经丙酮酸转化为乳酸。（b）磷酸化的中间产物不能从细胞中逃掉，因为带电的分子不能穿过细胞膜。在搏斗或逃逸时为了使肌肉具有活力需要高浓度的酵解的前体物质。另一方面，肝应当释放葡萄糖以便维持血糖水平。葡萄糖可以由葡萄糖-6-磷酸形成，然后从肝细胞输送到血液中。,激素可分为水溶性激素（如肾上腺素）和脂溶性激素（如固醇类激素）。大部分水溶性激素不进入到靶细胞里面，而是通过作用于细胞表面的受体发挥它的效应。但脂溶性激素不仅进入靶细胞，而且是在细胞核内发挥作用。两类激素作用的模式与它们的溶解性、受体位置有什么相关性?,答：水溶性激素不易穿过细胞膜，所以它与靶细胞表面的受体结合，击发细胞内的第二信使（如cAMP）形成，通过第二信使发挥作用。而由于脂溶性激素可以通过细胞膜，可以直接作用于靶分子或受体。,
