13.代謝和代謝調(diào)控總

1、 十二章 代謝和代謝調(diào)控總論第一節(jié) 新成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 新成代謝metabolism： 為機(jī)體與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換過程， 包括消化、吸收、中間代謝和排泄幾個(gè)階段。 物質(zhì)代謝過程（化學(xué)變化）伴有 能量轉(zhuǎn)移 （能量代謝energy matabolism）。（二）同化作用與異化作用 同化作用：assimilation 自外界攝入營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)經(jīng)復(fù)雜化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為機(jī)體自身物質(zhì)，吸能； 異化作用：dissimilation 自身物質(zhì)轉(zhuǎn)化為廢物排出體外，放能。 同化異化為矛盾的兩個(gè)方面。 同化作用為異化作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)； 異化作用為同化作用提供能量。 （三）合

2、成代謝與分解代謝 合成代謝anabolism 小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子物質(zhì)的過程 分解代謝catabolism 復(fù)雜大分子物質(zhì)分解為簡單小分子物質(zhì)的過程 異化過程以分解代謝為主；同化則以合成為主。 （四）中間代謝 體內(nèi)的代謝為酶催化的一連串的中間代謝過程。二、能量代謝概念（一）代謝過程中能量的變化 能量代謝： 物質(zhì)代謝過程中同時(shí)伴有能量交換 機(jī)體攝取營養(yǎng)物外界輸入能量 物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)分解代謝，釋放化學(xué)能（能量轉(zhuǎn)換）供生命活動需要（機(jī)械能，電能等等）。 反應(yīng)熱自由能散發(fā)熱 自由能：可用于作功的能機(jī)體儲存利用能量的形式：高能磷酸化合物 散發(fā)熱：化學(xué)能以熱的形式釋放（二）食物的卡價(jià)與呼吸商 食物的卡價(jià)

3、（熱價(jià)）： 食物在體內(nèi)氧化分解至最終產(chǎn)物所釋放的 總能量.(千卡或焦耳） 每克糖、脂肪、蛋白質(zhì)熱價(jià)分別為17、38、17千焦（kJ） 呼吸商RQ： 機(jī)體與外界環(huán)境在呼吸過程中所交換的CO2與O2的摩爾數(shù)的比值 RQCO2/O2 每克糖、脂肪、蛋白質(zhì)呼吸商分別為1.0、0.7、0.8。 高糖飲食呼吸商升高，高脂或高蛋白飲食則降低（三）基礎(chǔ)代謝 基礎(chǔ)代謝basal metabolism： 人體在清醒而安靜的狀態(tài)中，同時(shí)又沒有食物的消化與吸收作用的情況，并處于適宜溫度下，所消耗的能量 主要用于維持體溫及支持各種器官的基本運(yùn)行（呼吸、循環(huán)、分泌及排泄） 59007500kJ/day 人體釋放能量需維持

4、基礎(chǔ)代謝、肌肉、腦力活動能耗。三、物質(zhì)代謝的研究方法 體內(nèi)法和體外法（整體法或離體法）1.利用正常機(jī)體的方法： 喂食或注入代謝物，通過分析血液組織排泄物中的中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物，研究代謝過程2.使用病變動物法：模型3.4.5.6.切除器官法，臟器灌注法、組織切片或勻漿法、酶法等等7.同位素示蹤法8.亞細(xì)胞成分9.致突變法10.轉(zhuǎn)基因法和基因敲除法第二節(jié) 物質(zhì)代謝的相互關(guān)系 生物體內(nèi)新成代謝是一個(gè)完整而又統(tǒng)一的過程，代謝過程之間相互促進(jìn)和制約。 糖、脂、蛋白質(zhì)代謝的密切聯(lián)系主要表現(xiàn)在代謝的中間產(chǎn)物可互變； 蛋白質(zhì)脂類代謝進(jìn)行的程度取決于糖代謝進(jìn)行的程度。一、蛋白質(zhì)與糖代謝的相互聯(lián)系 生糖AA脫氨后生

5、成的酮酸在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成糖。 非必需AA的酮酸由糖代謝中間產(chǎn)物提供（丙酮酸、 酮戊二酸、草酰乙酸等） （Pr 糖） （非必需AA）二、糖與脂類代謝的相互聯(lián)系 糖可轉(zhuǎn)變?yōu)橹?乙酰輔酶A即是糖分解代謝的產(chǎn)物，又是合成脂肪和膽固醇的原料。 磷酸二羥丙酮為生成甘油的材料 但脂肪分解產(chǎn)物乙酰輔酶A不能生成糖（同位素示蹤顯示） （糖 脂）三、蛋白質(zhì)與脂類代謝的相互聯(lián)系 AA碳架可轉(zhuǎn)變?yōu)橹?AA為合成磷脂的原料 必需AA不能利用脂的碳架合成 （即脂 Pr）四、核酸與糖、脂類和蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系 圖12-1以三羧酸循環(huán)為樞紐，主導(dǎo)相互聯(lián)系。Pr糖脂肪AA核苷酸磷脂酮體尿素合成NH3CO2H2OATPFA 甘

6、油膽堿等第三節(jié) 代謝調(diào)控總論細(xì)胞或酶水平調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)；激素水平調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)調(diào)控為高一級的調(diào)控。一、細(xì)胞或酶水平的調(diào)節(jié) 酶在細(xì)胞有一定布局和定位，相互有關(guān)的酶往往組成多酶體系分布細(xì)胞內(nèi)特定部位。胞漿中： 糖酵解酶系，磷酸戊糖支路酶系，脂酸合成酶系線粒體中： 三羧酸循環(huán)酶系，脂肪酸氧化酶系，氧化磷酸化酶系等；核酸酶系: 主要在核中；蛋白質(zhì)合成酶系: 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜水解酶: 溶酶體（一）酶活力的調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)）1. 反饋調(diào)節(jié)與變構(gòu)酶 代謝途徑中限速步驟關(guān)鍵酶多為變構(gòu)酶： 別構(gòu)劑與酶活性中心以外部位非共價(jià)鍵結(jié)合，酶變構(gòu)，導(dǎo)致酶活性改變 -別構(gòu)效應(yīng) 別構(gòu)部位：別構(gòu)劑作用部位 別構(gòu)效應(yīng)劑：往往為代謝物， 分激活劑

7、，抑制劑。協(xié)同反饋抑制: 兩個(gè)或以上反饋抑制作用其作用點(diǎn)在一個(gè)酶時(shí)，強(qiáng)度大于其單獨(dú)作用之和；順序反饋抑制：串聯(lián)反應(yīng)中每一步的中間代謝物都能反饋抑制催化之產(chǎn)生的酶。2. ATP、ADP、AMP的調(diào)節(jié)（變構(gòu)劑）3. 酶的共價(jià)修飾 酶分子多肽鏈上某些基團(tuán)的修飾（在酶催化下可逆共價(jià)結(jié)合），使酶分子變構(gòu)，酶活性發(fā)生改變（激活或抑制）。達(dá)到調(diào)節(jié)作用。 多為磷酸化修飾 作用迅速，連鎖進(jìn)行，級聯(lián)放大效應(yīng)（二）酶合成的調(diào)節(jié) 酶蛋白的合成和降解的調(diào)節(jié)，以基因水平為基礎(chǔ)的調(diào)節(jié)。1.酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏 底物、產(chǎn)物、激素或藥物均可影響酶的合成。 酶的誘導(dǎo)劑inducer：加速酶的合成的化合物； 酶的阻遏劑repre

8、ssor：減少酶合成的化合物。 作用點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄和翻譯過程 （1）底物對酶合成的誘導(dǎo)： 攝入高蛋白食物促進(jìn)尿素循環(huán)的酶 （2）產(chǎn)物對酶合成的阻遏：Ch抑制HMGCoA還原酶 （3）激素對酶合成的誘導(dǎo)：胰島素誘導(dǎo)糖酵解與脂酸合成的酶 （4）藥物對酶合成的誘導(dǎo)：對混合功能氧化酶的誘導(dǎo) 2.酶蛋白降解 溶酶體中蛋白水解酶水解 泛素化蛋白酶體水解（三）細(xì)胞代謝調(diào)控在生產(chǎn)實(shí)踐中的作用 1.降低代謝終產(chǎn)物的濃度 減少反饋抑制，有利于中間代謝或支路代謝產(chǎn)物的積累（Lys、肌苷的發(fā)酵生產(chǎn)） 2.添加誘導(dǎo)物類似物 通過對代謝調(diào)節(jié)規(guī)律的研究，不僅從分子水平揭示生物體內(nèi)自動調(diào)節(jié)的生命之謎； 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療實(shí)踐起重大

9、作用。二、激素和神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)（進(jìn)化結(jié)果）1.激素與神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié) 神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)2.激素神經(jīng)對代謝調(diào)節(jié)的關(guān)系 三級調(diào)控 神經(jīng)末梢釋放因子（下丘腦）促激素生成（垂體）激素分泌（內(nèi)分泌腺） 上級對下級控制調(diào)節(jié)。3.負(fù)反饋?zhàn)饔?下一級可反饋對上一級進(jìn)行調(diào)控（負(fù)反饋）下丘腦CRH垂體前葉ACTH腎上腺皮質(zhì)皮質(zhì)激素靶細(xì)胞一.肝 人體“物質(zhì)代謝中心和樞紐”。 耗氧占全身耗氧20，本身氧化脂酸供能。 糖、脂、蛋白質(zhì)、水鹽及維生素代謝中均具有獨(dú)特而重要的作用核心器官 糖代謝中：糖原合成及儲存量最多，達(dá)肝重10（150g),肌僅1；糖異生作用；糖原分解為葡萄糖維持血糖水平；幾乎是唯一酮體、尿素合成的器官。 內(nèi)源

10、性脂肪、膽固醇、Pr合成最活躍的組織 二. 心 線粒體含量豐富，少量磷酸肌酸、糖原儲存。 可利用多種能源， 依次為：游離脂酸、葡萄糖、酮體等， 有氧氧化為主，保證能源持續(xù)供給；補(bǔ)充一：機(jī)體組織代謝狀態(tài)五. 成熟RBC 葡萄糖經(jīng)糖酵解供能 15-20g /天四.肌 靜息時(shí)耗氧30%（占全身）；運(yùn)動時(shí)耗氧90%。 氧化脂酸（氧化及三羧酸循環(huán)）為主； 劇烈運(yùn)動以糖的無氧酵解。 缺乏G6PE，肌糖原不能直接分解成葡萄糖提供血糖 三.腦 耗能大戶 耗氧量占全身2025 無糖原及有意義的脂肪、蛋白質(zhì)儲備，幾乎以葡萄糖為唯一供能物質(zhì)，耗用G 100g/天； 饑餓時(shí)以酮體供能（1-3天，耗50g/day; 2

11、周，耗100g/day） 六.脂肪 合成儲存脂肪的重要組織，轉(zhuǎn)換時(shí)間僅幾天 七.腎 可進(jìn)行糖異生和酮體生成。 正常情況下，腎生成G量僅占肝糖異生的10，饑餓56周后生成與肝相當(dāng)。 腎髓質(zhì)無線粒體由糖酵解供能， 而腎皮質(zhì)則主要由脂酸及酮體的有氧氧化供能。1. 糖、脂、蛋白質(zhì)代謝在不同饑餓狀態(tài)的改變 機(jī)體調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝發(fā)生變化，調(diào)整供能物質(zhì)的組成，減少葡萄糖作為燃料的消耗，此時(shí)葡萄糖維持最低限量供應(yīng)（神經(jīng)中樞系統(tǒng)，RBC，TAC及脂代謝的需要補(bǔ)充二 ：饑餓，應(yīng)激狀況代謝狀態(tài)（1）短期饑餓（禁食24小時(shí)至不能進(jìn)食1-3天） 肝、肌糖原接近耗竭；胰島素分泌減少，胰高血糖素分泌增加（1）脂肪動員加強(qiáng)，酮體

12、生成增加（供肝、肌、腎皮質(zhì)、腦） 激素信號較早動員脂肪，脂酸成為肝脂肪組織基本能源，大量乙酰CoA生成，TAC受阻（草酰乙酸糖異生消耗），酮體生成增加。 各組織利用酮體增加（2）糖異生作用增強(qiáng)（肝80，腎20）（來自10甘油，30乳酸，40AA）；（3）肌肉蛋白質(zhì)分解加強(qiáng) 轉(zhuǎn)變?yōu)锳la Glu（糖異生原料），饑餓第三天Ala占總AA3040（4）組織對葡萄糖的利用降低：此時(shí)腦仍以G供能為主 能源85來自脂肪，余為蛋白質(zhì)分解 （輸入100gG節(jié)約50gPr消耗）（2）長期饑餓（1）脂肪動員進(jìn)一步加強(qiáng)，腦利用酮體增加 （占總耗60）（2）肌肉以脂酸為主要能源，保證酮體供腦；（3） 肌肉蛋白質(zhì)分解減

13、少，負(fù)氮平衡改善; 糖異生以乳酸、 丙酮酸為原料；（4）腎糖異生作用明顯增加，與肝相等理論計(jì)算： 脂肪儲備在饑餓時(shí)可維持三個(gè)月基本能量代謝需要。但饑餓不能只靠脂肪存活，其他能源的消耗，酮體堆積等可危及生命。（2）應(yīng)急stress： 交感神經(jīng)興奮，腎上腺激素分泌增加，胰高血糖素，生長激素水平增加，胰島素分泌減少（1）血糖升高：糖原分解、周圍組織利用減少；（2）脂肪動員增加（3）蛋白質(zhì)分解加強(qiáng)（負(fù)氮平衡）氧攝入增加、分解代謝增強(qiáng)，合成代謝抑制。第四節(jié) 代謝抑制劑和抗代謝物一、代謝抑制劑（一）概念： 抑制機(jī)體代謝某一反應(yīng)或某一過程的物質(zhì)。 通常為酶抑制劑（因酶催化反應(yīng)）（二）抑制劑種類：舉例如下 1.作用于細(xì)胞壁或胞膜抑制劑（內(nèi)酰胺類） 2.核酸代謝和蛋白質(zhì)合成代謝抑制劑（抗菌素類） 3.蛋白質(zhì)水解和AA代謝抑制劑（羰基試劑） 4.糖代謝抑制劑（巰基酶抑制劑） 5.脂代謝抑制劑（CoA衍生物等） 6.電子傳遞體和氧化磷酸化抑制劑二、抗代謝物