生物化學(xué)第十章 物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)

第十章物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)MetabolicInterrelationshipsandRegulation1物質(zhì)代謝的特點(diǎn)TheSpecialtyofMetabolism第一節(jié)2物質(zhì)代謝的特點(diǎn)一、開放性二、有序性三、整體性四、統(tǒng)一性五、合理性六、酶催化七、可調(diào)性八、ATP是能量載體九、NADPH是還原當(dāng)量的主要載體十、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行3一、開放性物質(zhì)與能量均可與環(huán)境進(jìn)行交換。4二、有序性直線型分支型環(huán)型A1B1C1S1趨散型趨同型5三、整體性

糖類

脂類蛋白質(zhì)水

無機(jī)鹽維生素各種物質(zhì)代謝之間互有聯(lián)系，相互依存。

消化吸收中間代謝廢物排泄6現(xiàn)代新興學(xué)科——代謝組學(xué)（metabonomics），是對內(nèi)源性代謝物質(zhì)的整體及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行檢測，量化和編錄，并確定此變化規(guī)律和生物過程的有機(jī)聯(lián)系。7四、統(tǒng)一性異化作用合成物質(zhì)吸收能量同化作用分解代謝釋放能量在代謝中，同化與異化、合成與分解、產(chǎn)能與耗能、激活與抑制等過程是既矛盾對立、又緊密相關(guān)不可分割的，是辯證統(tǒng)一的關(guān)系。8五、合理性細(xì)胞代謝的原則和策略是將各類物質(zhì)納入各自的共同途徑，通過少數(shù)反應(yīng)轉(zhuǎn)化合成種類繁多的分子，結(jié)合代謝的多樣性，靈活調(diào)節(jié)，以盡量少的投入得到更多的產(chǎn)出。以糖代謝為中心，作為糖、脂肪、氨基酸和核苷酸在體內(nèi)代謝的主要通路和氧化的共同途徑，使得三種物質(zhì)的代謝相互協(xié)調(diào)，相互轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)機(jī)體整體環(huán)境的變化。產(chǎn)生的毒副產(chǎn)物，并非簡單排出，而是轉(zhuǎn)化再利用。或選擇適當(dāng)?shù)姆绞脚懦觥?六、酶催化生物體內(nèi)的代謝反應(yīng)與自然界中的化學(xué)反應(yīng)在本質(zhì)上是基本一致的。酶促反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和、高效和高度專一、無副產(chǎn)物的特點(diǎn)。有酶存在時(shí)，代謝反應(yīng)的速度可提高103～1020倍。酶活性具有可調(diào)節(jié)性：機(jī)體通過對酶活性的調(diào)節(jié)，控制機(jī)體內(nèi)的各種代謝反應(yīng)。酶的含量和酶的活性是關(guān)系到物質(zhì)代謝能否進(jìn)行和代謝速度的關(guān)鍵。10七、可調(diào)性機(jī)體有精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制，調(diào)節(jié)代謝的強(qiáng)度、方向和速度內(nèi)外環(huán)境不斷變化影響機(jī)體代謝適應(yīng)環(huán)境的變化11八、ATP是能量載體營養(yǎng)物分解釋放能量ADP+PiATP直接供能ATP是機(jī)體能量利用的共同形式1213九、NADPH是合成代謝所需的還原當(dāng)量例如乙酰CoANADPH+H+脂酸、膽固醇磷酸戊糖途徑1415十、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行生物體內(nèi)，各條代謝途徑之間互相聯(lián)系，構(gòu)成錯(cuò)綜復(fù)雜的多維反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)以糖代謝為中心網(wǎng)站和主干信息高速公路，其它每個(gè)代謝為外圍網(wǎng)站并形成一個(gè)獨(dú)立的局域網(wǎng)。不同代謝所含的共同代謝中間產(chǎn)物構(gòu)成信息和物質(zhì)交換節(jié)點(diǎn)，將各個(gè)代謝終端（途徑）關(guān)聯(lián)起來。16iro17組織、器官的代謝特點(diǎn)及聯(lián)系MetabolicSpecialtyandInterrelationshipsofTissuesandApparatus第二節(jié)18各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色結(jié)構(gòu)不同酶系的種類、含量不同不同的組織、器官代謝途徑不同、功能各異各組織、器官的代謝并非孤立地進(jìn)行，而是通過血液循環(huán)及神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)成統(tǒng)一整體

19一、幾個(gè)重要組織器官的代謝特點(diǎn)（一）肝肝是機(jī)體物質(zhì)代謝的樞紐，是調(diào)節(jié)和聯(lián)系全身器官代謝的中心。1、糖原分解；2、糖原合成；3、糖異生；4、合成尿素；5、合成酮體；6、合成全部血漿蛋白和幾種凝血因子；7、合成VLDL、HDL、和載脂蛋白及幾種脂蛋白代謝的酶。8、合成膽汁酸。20是機(jī)體物質(zhì)代謝的樞紐。在糖、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。（一）肝合成、儲存糖原(肌肉也可以，但少）分解糖原生成葡萄糖，釋放入血是糖異生的主要器官肝在糖代謝中的作用如——肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。21AB22耗能大，耗氧多。20%-25%葡萄糖為主要能源。無糖原儲存，利用血糖。每天100g

。不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時(shí)，利用酮體。

（二）腦23合成、儲存糖原；通常以脂酸氧化為主要供能方式；劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，以糖酵解為主。肌糖原不能直接分解成葡萄糖提供血糖

在禁食和長期饑餓情況下，丙氨酸－葡萄糖循環(huán)等機(jī)制為肝臟的糖異生過程提供原料和維持血糖水平。（三）肌肉24也可進(jìn)行糖異生和生成酮體（肝外唯一）；腎髓質(zhì)無線粒體，故主要由糖酵解供能；腎皮質(zhì)主要由脂酸、酮體有氧氧化供能。谷氨酰胺生成（運(yùn)氨儲氨，調(diào)節(jié)酸堿平衡）（四）腎臟

腎臟在代謝中的作用僅次于肝臟25酮體乳酸

游離脂酸葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能為主。（五）心臟26能量主要來自糖酵解。（六）紅細(xì)胞27合成及儲存脂肪的重要組織；將脂肪分解成脂酸、甘油，供機(jī)體其他組織利用。

（七）脂肪組織28二、主要器官間的代謝聯(lián)系

（一）肝通過乳酸循環(huán)既利用了肌糖原酵解產(chǎn)生的乳酸，維持血糖又為骨骼肌合成糖原提供原料。（二）肝中生成酮體成為腦組織等很好的能源物質(zhì)。（三）肝臟將脂肪組織分解脂肪產(chǎn)生的甘油作為糖異生的原料。既維持血糖保證神經(jīng)組織、紅細(xì)胞的能量需求又為骨骼肌合成糖原提供原料。（四）脂肪動(dòng)員時(shí)，大部分脂酸在肝中進(jìn)行處理再將產(chǎn)物酮體運(yùn)出肝外氧化利用。（五）在短期饑餓時(shí)，肝臟通過葡萄糖—丙氨酸循環(huán)維持血糖濃度恒定，保證重要器官和組織的能源供給。2930三、各種代謝物均具有各自共同的代謝池例如各種組織

消化吸收的糖

肝糖原分解糖異生血糖31物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系MetabolicInterrelationships第三節(jié)32一、在能量代謝上的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)素共同中間產(chǎn)物共同最終代謝通路糖脂肪蛋白質(zhì)乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2三大營養(yǎng)素可在體內(nèi)氧化供能。33從能量供應(yīng)的角度看，三大營養(yǎng)素可以互相代替，并互相制約。一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約蛋白質(zhì)的消耗。34脂肪分解增強(qiáng)ATP增多ATP/ADP比值增高任一供能物質(zhì)的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他物質(zhì)的降解。糖分解被抑制

6-磷酸果糖激酶-1被抑制（糖分解代謝限速酶之一）例如35饑餓時(shí)

肝糖原分解

，肌糖原分解

肝糖異生，蛋白質(zhì)分解以脂酸、酮體分解供能為主蛋白質(zhì)分解明顯降低1~2天3~4周36（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系1.攝入的糖量超過能量消耗時(shí)

二、糖、脂和蛋白質(zhì)之間的相互聯(lián)系葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪組織）合成糖原儲存（肝、肌肉）372.脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘侵嵋阴oA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、腎、腸磷酸-甘油葡萄糖383.脂肪的分解代謝受糖代謝的影響?zhàn)囸I、糖供應(yīng)不足或糖代謝障礙時(shí)高酮血癥草酰乙酸相對不足糖不足脂肪大量動(dòng)員酮體生成增加氧化受阻3940（二）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系例如丙氨酸丙酮酸脫氨基糖異生葡萄糖1.大部分氨基酸脫氨基后，生成相應(yīng)的α-酮酸，可轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?12.糖代謝的中間產(chǎn)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檸檬酸α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸4243氨基酸乙酰CoA脂肪

1.蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?/p>

2.氨基酸可作為合成磷脂的原料絲氨酸磷脂酰絲氨酸膽胺腦磷脂膽堿卵磷脂（三）脂類與氨基酸代謝的相互聯(lián)系44——

但不能說，脂類可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被帷Ｖ靖视土姿岣视腿┨墙徒馔緩奖?/p>

其他α-酮酸某些非必需氨基酸3.脂肪的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被?5

46（四）核酸與糖、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系

1.氨基酸是體內(nèi)合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳單位合成嘌呤合成嘧啶2.磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供47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膽固醇、酮體AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸目錄48代謝調(diào)節(jié)TheRegulationofMetabolism第四節(jié)49代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要通過細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對酶的活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)稱為原始調(diào)節(jié)或細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)。單細(xì)胞生物50高等生物——

三級水平代謝調(diào)節(jié)細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)激素水平代謝調(diào)節(jié)高等生物在進(jìn)化過程中，出現(xiàn)了專司調(diào)節(jié)功能的內(nèi)分泌細(xì)胞及內(nèi)分泌器官，其分泌的激素可對其他細(xì)胞發(fā)揮代謝調(diào)節(jié)作用。整體水平代謝調(diào)節(jié)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，或通過神經(jīng)纖維及神經(jīng)遞質(zhì)對靶細(xì)胞直接發(fā)生影響，或通過某些激素的分泌來調(diào)節(jié)某些細(xì)胞的代謝及功能，并通過各種激素的互相協(xié)調(diào)而對機(jī)體代謝進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。51

一、細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)?細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)主要是酶水平的調(diào)節(jié)。?細(xì)胞內(nèi)酶呈隔離分布（區(qū)域性分布）。?代謝途徑的速度、方向由其中的關(guān)鍵酶(keyenzyme)的活性決定。?代謝調(diào)節(jié)主要是通過對關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。52（一）細(xì)胞內(nèi)酶的隔離分布代謝途徑有關(guān)酶類常常組成多酶體系，分布于細(xì)胞的某一區(qū)域。53多酶體系在細(xì)胞內(nèi)的分布5455

酶的隔離分布的意義

——避免了各種代謝途徑互相干擾。56①速度最慢，它的速度決定整個(gè)代謝途徑的總速度，故又稱其為限速酶(limitingvelocityenzymes)。②催化單向反應(yīng)不可逆或非平衡反應(yīng)，它的活性決定整個(gè)代謝途徑的方向。③這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)具有以下特點(diǎn)：代謝途徑是一系列酶促反應(yīng)組成的，其速度及方向由其中的關(guān)鍵酶決定。57例：糖代謝的關(guān)鍵酶58

快速代謝

遲緩代謝數(shù)秒、數(shù)分鐘通過改變酶的活性數(shù)小時(shí)、幾天通過改變酶的含量變構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)化學(xué)修飾調(diào)節(jié)(chemicalmodification)?代謝調(diào)節(jié)主要是通過對關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。591.變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)或別構(gòu)調(diào)節(jié)。（二）關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)60被調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶或別構(gòu)酶(allostericenzyme)使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)，稱為變構(gòu)效應(yīng)劑(allostericeffector)

?變構(gòu)激活劑allostericeffector——引起酶活性增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。?變構(gòu)抑制劑allostericeffector

——引起酶活性降低的變構(gòu)效應(yīng)劑。612.變構(gòu)調(diào)節(jié)的機(jī)制變構(gòu)酶催化亞基調(diào)節(jié)亞基變構(gòu)效應(yīng)劑：底物、終產(chǎn)物其他小分子代謝物62變構(gòu)效應(yīng)劑+酶的調(diào)節(jié)亞基酶的構(gòu)象改變酶的活性改變（激活或抑制）疏松亞基聚合緊密亞基解聚酶分子多聚化633.變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義①

代謝終產(chǎn)物反饋抑制(feedbackinhibition)反應(yīng)途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。乙酰CoA

乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA長鏈脂酰CoA64

②變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費(fèi)。G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促進(jìn)糖的儲存65③變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。檸檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化

乙酰輔酶A

羧化酶

促進(jìn)脂酸的合成66（三）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)1.化學(xué)修飾的概念酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生可逆的共價(jià)修飾(covalentmodification)，從而引起酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱為酶的化學(xué)修飾。672.化學(xué)修飾的主要方式磷酸化---去磷酸乙?；?--脫乙酰甲基化---去甲基腺苷化---脫腺苷SH與–S—S–互變68酶的磷酸化與脫磷酸化-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693.化學(xué)修飾的特點(diǎn)①酶蛋白的共價(jià)修飾是可逆的酶促反應(yīng)，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相轉(zhuǎn)變。催化互變反應(yīng)的酶在體內(nèi)可受調(diào)節(jié)因素如激素的調(diào)控。②具有放大效應(yīng)，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。③磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。

同一個(gè)酶可以同時(shí)受變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。70（四）酶量的調(diào)節(jié)1.酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏加速酶合成的化合物稱為誘導(dǎo)劑(inducer)減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor)71

常見的誘導(dǎo)或阻遏方式Ⅰ

底物對酶合成的誘導(dǎo)和阻遏Ⅱ產(chǎn)物對酶合成的阻遏Ⅲ激素對酶合成的誘導(dǎo)Ⅳ藥物對酶合成的誘導(dǎo)722.酶蛋白降解溶酶體蛋白酶體——

釋放蛋白水解酶，降解蛋白質(zhì)——

泛素識別、結(jié)合蛋白質(zhì)；蛋白水解酶降解蛋白質(zhì)通過改變酶蛋白分子的降解速度，也能調(diào)節(jié)酶的含量。73內(nèi)、外環(huán)境改變機(jī)體相關(guān)組織分