生物化學(xué)與分子生物學(xué)：12物質(zhì)代謝的整合與調(diào)節(jié)

第十二章物質(zhì)代謝的整合與調(diào)節(jié)MetabolicConsolidationandRegulation物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系MetabolicCrosstalk第二節(jié)一、在能量代謝上的相互聯(lián)系三大營(yíng)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CoATCA2H氧化磷酸化ATPCO2三大營(yíng)養(yǎng)素可在體內(nèi)氧化供能從能量供應(yīng)的角度看，三大營(yíng)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(shì)，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）例如ATP濃度可視為細(xì)胞能量狀態(tài)的指標(biāo)當(dāng)肝細(xì)胞內(nèi)ATP供應(yīng)充分時(shí)，下列敘述哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的?A．丙酮酸激酶被抑制

B．6-磷酸果糖激酶-I活性受抑制C．丙酮酸羧化酶活性受抑制

D．糖異生增強(qiáng)E．三羧酸循環(huán)減慢饑餓時(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（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系1.攝入的糖量超過(guò)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(chǔ)存（肝、肌肉）2.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-甘油葡萄糖甘油經(jīng)糖代謝途徑代謝3.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(duì)不足糖不足脂肪大量動(dòng)員酮體生成增加氧化受阻乙酰CoA飽食與饑餓時(shí)血中能源物質(zhì)濃度(mmol/L)Full(ofeating)Hungry(5-6weeks)Glucose5.04.49β-Hydroxybutyrate0.026.67Acetoacetate1.17（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.體內(nèi)糖與大部分氨基酸碳架部分可以相互轉(zhuǎn)變（生酮氨基酸除外）2.糖代謝的中間產(chǎn)物可氨基化生成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——

但不能說(shuō)，脂類可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被嶂靖视?-磷酸甘油醛糖酵解途徑丙酮酸

其他α-酮酸某些非必需氨基酸3.脂肪的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被幔ㄋ模┖怂崤c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甘油脂酸組織、器官的代謝特點(diǎn)及聯(lián)系MetabolicCharacteristicandRelationshipsofOrgansandTissues第三節(jié)是機(jī)體物質(zhì)代謝的樞紐在糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸、水、鹽及維生素代謝中均具有獨(dú)特而重要的作用肝合成、儲(chǔ)存糖原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)定中起重要作用耗能大，耗氧多葡萄糖為主要能源不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時(shí)，利用酮體

腦合成、儲(chǔ)存糖原靜息時(shí)以脂酸氧化為主要供能方式；劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，糖酵解活性可爆發(fā)性增加肌肉能量主要來(lái)自糖酵解紅細(xì)胞合成及儲(chǔ)存脂肪的重要組織，脂肪代謝速率高含HSL，將脂肪分解成脂酸、甘油，供機(jī)體其他組織利用

脂肪組織也可進(jìn)行糖異生和生成酮體腎髓質(zhì)主要由糖酵解供能；腎皮質(zhì)主要由脂酸、酮體有氧氧化供能腎臟代謝調(diào)節(jié)TheRegulationofMetabolism第四節(jié)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(guò)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對(duì)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)胞生物高等生物

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三級(jí)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(guò)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(duì)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(guò)神經(jīng)纖維及神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)靶細(xì)胞直接發(fā)生影響，或通過(guò)某些激素的分泌來(lái)調(diào)節(jié)某些細(xì)胞的代謝及功能，并通過(guò)各種激素的互相協(xié)調(diào)而對(duì)機(jī)體代謝進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)

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?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(guò)對(duì)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的（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。多酶體系在細(xì)胞內(nèi)的分布

酶的隔離分布的意義

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避免了各種代謝途徑互相干擾①速度慢，它的速度決定整個(gè)代謝途徑的總速度，速度最慢的稱為限速酶(limitingvelocityenzymes)②催化單向反應(yīng)（不可逆反應(yīng)）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)：（二）關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)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一個(gè)或幾個(gè)具有調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶決定例：糖代謝的關(guān)鍵酶代謝途徑關(guān)鍵酶糖原分解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖的有氧氧化己糖激酶6-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶丙酮酸脫氫酶系檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶α-酮戊二酸脫氫酶系糖異生丙酮酸羧化酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶果糖二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶

快速代謝

遲緩代謝數(shù)秒、數(shù)分鐘通過(guò)改變酶的活性數(shù)小時(shí)、幾天通過(guò)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(guò)對(duì)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的1.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)(Allostericregulation)（二）關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)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——引起酶活性增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。?變構(gòu)抑制劑——引起酶活性降低的變構(gòu)效應(yīng)劑。2.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）3.變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義①

代謝終產(chǎn)物?？墒勾呋撏緩狡鹗挤磻?yīng)的酶受到抑制（也稱為反饋抑制）乙酰CoA

乙酰CoA羧化酶丙二酸單酰CoA長(zhǎng)鏈脂酰CoA

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原分解糖原合酶促進(jìn)糖的儲(chǔ)存③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CoA

羧化酶

促進(jìn)脂酸的合成下列關(guān)于變構(gòu)調(diào)節(jié)的敘述，錯(cuò)誤的是

A．變構(gòu)酶常由二個(gè)以上亞基組成B．變構(gòu)調(diào)節(jié)劑常是些小分子代謝物

C．變構(gòu)劑通常與酶活性中心以外的某一特定部位結(jié)合

D．代謝途徑的終產(chǎn)物通常是該途徑起始反應(yīng)酶的變構(gòu)抑制劑

E．變構(gòu)調(diào)節(jié)具有放大效應(yīng)（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2.化學(xué)修飾的主要方式磷酸化---去磷酸化乙?；?--去乙酰化甲基化---去甲基化腺苷化---去腺苷化

SH與–S—S–互變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-磷酸化的酶蛋白糖原合成糖原分解葡萄糖-6-磷酸酶（肝，腎）PPiPhosphorylase:磷酸化酶Phosphatase:磷酸（酯）酶Kinase:激酶，磷酸活化酶，主要就是用來(lái)增加一個(gè)P3.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磷酸化與去磷酸化是最常見(jiàn)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)（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)

常見(jiàn)的誘導(dǎo)或阻遏方式Ⅰ

底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏Ⅱ產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏Ⅲ激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo)Ⅳ藥物或毒物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)2.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(shí)別、結(jié)合蛋白質(zhì)；蛋白水解酶降解蛋白質(zhì)通過(guò)改變酶蛋白分子的降解速度，也能調(diào)節(jié)酶的含量下列關(guān)于酶含量的調(diào)節(jié)的敘述，錯(cuò)誤的是

A．酶含量調(diào)節(jié)屬細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)B．酶含量調(diào)節(jié)屬快速調(diào)節(jié)

C．底物?？烧T導(dǎo)酶的合成D．產(chǎn)物常阻遏酶的合成

E．激素或藥物也可誘導(dǎo)某些酶的合成內(nèi)、外環(huán)境改變機(jī)體相關(guān)組織分泌激素激素與靶細(xì)胞上的受體結(jié)合靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境改變激素(hormone)作用機(jī)制*二、激素水平的代謝調(diào)節(jié)激素分類Ι

膜受體激素Ⅱ胞內(nèi)受體激素按激素受體在細(xì)胞的部位不同，分為：1.膜受體激素的作用方式激素作用方式2.胞內(nèi)受體激素的作用方式（一）饑餓糖原消耗血糖趨于降低胰島素分泌減少胰高血糖素分泌增加

引起一系列的代謝變化1.短期饑餓（1～3天）三、整體水平的代謝調(diào)節(jié)

（1）蛋白質(zhì)代謝變化分解加強(qiáng)，氨基酸異生成糖（2）糖代謝變化

糖異生加強(qiáng)，組織對(duì)葡萄糖利用降低（3）脂代謝變化

脂肪動(dòng)員加強(qiáng)，酮體生成增多2.長(zhǎng)期饑餓（1）蛋白質(zhì)代謝變化

蛋白質(zhì)分解減少（2）糖代謝變化肝、腎糖異生作用增強(qiáng)肝糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸（3）脂代謝變化脂肪動(dòng)員進(jìn)一步加強(qiáng)腦組織利用酮體增加（二）應(yīng)激1.概念應(yīng)激(stress)指人體受到一些異乎尋常的刺激，如感染、燒傷、大手術(shù)、創(chuàng)傷等應(yīng)激原可誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生快速反應(yīng)，如體溫升高、血糖升高、分解代謝增強(qiáng)、負(fù)氮平衡及血漿中的某些蛋白質(zhì)濃度迅速變化等2.應(yīng)激狀態(tài)下機(jī)體的整體反應(yīng)交感神經(jīng)興奮腎上腺髓質(zhì)及皮質(zhì)激素分泌增多胰高血糖素、生長(zhǎng)激素增加，胰島素分泌減少引起一系列的代謝變化3.代謝改變（1）