第9章 物质代谢的联系与调节

第第 9 9 章章 物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节 学习要求学习要求 1掌握细胞内酶的隔离分布，代谢调节变构调节的定义，化学修饰调节的定义、 类型及意义；三级水平代谢调节的基本方式及意义，细胞水平的调节。 2熟悉激素水平的调节机制，膜受体激素和胞内受体激素有哪些？酶含量的调节； 物质代谢的相互联系。 3了解整体水平的调节，各组织器官的代谢特点及联系。 基本知识点基本知识点 一、一、物质代谢的特点及联系 体内各种物质代谢相互联系并相互制约。体内物质代谢的特点：整体性；在 精细调节下进行；各组织器官物质代谢各具特征；代谢物具共同的代谢池；能 量生成和消耗以 ATP 为中心；NADPH 提供代谢所需的还原当量。各代谢途径之间 可通过共同枢纽性中间产物互相联系和转变。糖、脂肪、蛋白质等作为能源物质在供 应能量上可互相代替，互相制约，但不能完全互相转变。各组织、器官有独特的代谢 方式以完成特定功能。肝是各种物质代谢的中心和枢纽。 二、代谢调节方式 机体存在三级水平的代谢调节，包括细胞水平调节、激素水平调节和以中枢神经 系统为主导的整体水平调节。 （一）细胞水平调节主要通过调节关键酶的活性实现，其中通过改变现有酶分子 的结构调节酶活性的方式，发生较快。也可通过改变酶的含量影响酶活性，此调节缓 慢而持久。对酶结构调节包括酶的变构调节及酶蛋白的化学修饰调。对物质代谢和某 些关键酶，两种调节各有作用，相辅相成。 （二）激素水平调节中，激素与靶细胞受体特异结合，将代谢信号转化为细胞内 一系列信号转导级联过程，最终表现出激素的生物学效应。激素可分为膜受体激素及 胞内受体激素。前者为蛋白质、多肽及儿茶酚胺类激素，具亲水性，需结合膜身体才 能将信号跨膜传递入细胞内。后者为疏水性激素，可透过细胞膜与胞内受体（大多在 核内）结合，形成二聚体，作为转录因子与 DNA 上的特定激素反应元件（HRE）结合， 以调控该元件调控的特定基因的表达。 （三）整体水平调节是指神经系统通过内分泌腺间接调节代谢和直接影响组织、 器官以调节代谢的方式，使机体代谢相对稳定，适应环境改变。饥饿及应急时通过改 变多种激素分泌，整体调节引起体内物质代谢的改变。正常食欲、进食和能量消耗的 平衡受到神经、内分泌系统复杂调节，肥胖的代谢改变是多种因素引起的整体代谢调 节紊乱的病理状态。胰岛素和脂肪细胞分泌的瘦蛋白是调节体内脂肪储存量的两种最 主要的信号分子。 （四）代谢组学是一门较新的组学领域，通过对某一生物或细胞所有低分子质量 代谢产物进行定性和定量分析，检测活细胞中整体性代谢物变化。以高通量的检测实 验和大规模的计算为特征，代谢组学在疾病诊断和新药开发等方面具有应用潜力。 自自 测测 练练 习习 题题 一、选择题一、选择题 （一）（一）A A 型题型题 1关于三大营养物质代谢相互联系错误的是: A乙酰辅酶 A 是共同中间代谢物 BTCA 循环是氧化分解成 H2O 和 CO2的必经之路 C糖可以转变为脂肪 D脂肪可以转变为糖 E蛋白质可以代替糖和脂肪供能 2胞浆中不能进行的反应过程是 A糖原合成和分解 B磷酸戊糖途径 C脂肪酸的 -氧化 D脂肪酸的合成 E糖酵解途径 3关于机体物质代谢特点的叙述，错误的是 A内源或外源代谢物共同参与物质代谢 B物质代谢不断被调节以适应外界环境 C合成代谢与分解代谢相互协调而统一 D各组织器官有不同的功能及代谢特点 E各种合成代谢所需还原当量是 NADH 4在胞质内进行的代谢途径有 A三羧酸循环 B脂肪酸合成 C丙酮酸羧化 D氧化磷酸化 E脂肪酸的 -氧化 5关于糖、脂类代谢中间联系的叙述，错误的是 A糖、脂肪分解都生成乙酰辅酶 A B摄入的过多脂肪可转化为糖原储存 C脂肪氧化增加可减少糖类的氧化消耗 D糖、脂肪不能转化成蛋白质 E糖和脂肪是正常体内重要能源物质 6关于肝脏代谢特点的叙述，错误的是 A能将氨基酸脱下的氨合成尿素 B将糖原最终分解成葡萄糖 C糖原合成及储存数量最多 D是脂肪酸氧化的重要部位 E是体内唯一进行糖异生的器官 7乙酰辅酶 A 羧化酶的变构激活剂是 A软脂酰辅酶 A 及其他长链脂酰辅酶 A B乙酰辅酶 A C柠檬酸及异柠檬酸 D丙二酰辅酶 A E酮体 8在生理情况下几乎以葡萄糖为唯一能源，但长期饥饿时则主要以酮体供能的组织 是 A脑 B红细胞 C肝脏 D肌肉 E肾脏 9关于变构调节叙述有误的是 A变构效应剂与酶共价结合 B变构效应剂与酶活性中心外特定部位结合 C代谢终产物往往是关键酶的变构抑制剂 D变构调节属细胞水平快速调节 E变构调节机制是变构效应剂引起酶分子构象发生改变 10关于酶化学修饰调节叙述不正确的是 A酶一般都有低(无)活性或高(有)活性两种形式 B就是指磷酸化或脱磷酸 C酶的这两种活性形式需不同酶催化才能互变 D一般有级联放大效应 E催化上述互变反应的酶本身还受激素等因素的调节 11经磷酸化后其活性升高的酶是 A糖原合酶 B丙酮酸脱氢酶 C乙酰辅酶 A 羧化酶 D丙酮酸脱羧酶 E糖原磷酸化酶 b 激酶 12糖与甘油代谢之间的交叉点是 A3-磷酸甘油醛 B丙酮酸 C磷酸二羟丙酮 D乙酰辅酶 A E草酰乙酸 13既在胞浆又在线粒体进行的代谢途径是 A糖酵解 B糖原合成 C氧化磷酸化 D磷脂合成 E尿素合成 14下列属于膜受体激素的是 A甲状腺素 B类固醇激素 C甲状旁腺素 D1,25-(OH)2-D3 E视黄醇 15作用于细胞内受体的激素是 A儿茶酚胺类激素 B生长激素 C胰岛素 D类固醇激素 E多肽类激素 16关于糖、脂代谢联系的叙述，错误的是 A脂肪酸合成原料主要来自糖 B脂肪酸不能异生成糖 C糖不能为胆固醇合成提供原料 D甘油可异生成糖 E作为营养素糖是不能完全取代脂肪的 17糖异生、酮体生成及尿素合成都可发生于 A肾 B肝 C肌肉 D脑 E心脏 18饥饿时代谢或生成减弱的是 A肝脏糖异生 B脂肪组织动员 C肌肉蛋白降解 D胰高血糖素分泌 E胰岛素分泌 19情绪激动时，机体会出现 A血糖降低 B血糖升高 C蛋白质分解减少 D脂肪动员减少 E血中脂肪酸减少 20葡萄糖在体内代谢时，通常不会转变生成的化合物是 A丙氨酸 B乙酰乙酸 C胆固醇 D核糖 E脂肪酸 21关于酶含量调节的叙述，错误的是 A属于酶活性的快速调节 B属于细胞水平的代谢调节 C底物常可诱导酶的合成 D产物常可阻遏酶的合成 E属于酶活性的迟缓调节 22底物对酶含量的影响 ，通常的方式是 A促进酶蛋白降解 B诱导酶蛋白合成 C阻遏酶蛋白合成 D抑制酶蛋白降解 E使酶蛋白磷酸化 23不受酶变构作用影响的是 A酶促反应速度 B酶促反应平衡点 CKm 值 D酶与底物的亲和力 E酶的催化活性 24使糖酵解减弱或糖异生增强的主要调节因素是 AATP/ADP 比值减少 BATP/ADP 比值增高 C6-磷酸果糖浓度增高 D柠檬酸浓度降低 E乙酰辅酶 A 水平下降 25为成熟的红细胞提供能量的主要途径是 A三羧酸循环 B糖酵解 C磷酸戊糖途径 D有氧氧化 E脂肪酸 -氧化 26酶的磷酸化修饰多发生于下列哪种氨基酸的-R 基团 A半胱氨酸的巯基 B组氨酸咪唑基 C谷氨酸的羧基 D赖氨酸的氨基 E丝氨酸的羟基 27糖与脂肪及氨基酸三者代谢的交叉点是 A丙酮酸 B琥珀酸 C延胡索酸 D乙酰辅酶 A E磷酸烯醇式丙酮酸 （二）（二）B B 型题型题 AATP /ADP 比值增加 BATP /ADP 比值降低 CUTP 浓度增加 D乙酰 CoA/CoA 比值增大 E乙酰 CoA/CoA 比值减小 1使丙酮酸羧化酶活性降低 2促进氧化磷酸化 3使糖的有氧氧化减弱 4丙酮酸脱氢酶活性降低 A胆固醇合成 B核酸合成 C尿素合成 D糖酵解 E脂肪酸 -氧化 5在线粒体进行 6在细胞液和线粒体进行 7在细胞核进行 8在细胞液进行 A6-磷酸葡萄糖 BN-乙酰谷氨酸 C柠檬酸 DPRPP E乙酰 CoA 9丙酮酸羧化酶的变构激活剂 10磷酸果糖激酶-1 的变构抑制剂 11氨基甲酰磷酸合成酶的变构激活剂 12糖原合酶的变构激活剂 A乙酰 CoA BAMP CADP DG-6-P E柠檬酸 13柠檬酸合酶的变构激活剂 14丙酮酸羧化酶的变构激活剂 15糖原合成酶的变构激活剂 16乙酰 CoA 羧化酶的变构激活剂 A糖皮质激素 B前列腺素 C生长激素 D胰岛素 E肾上腺素 17可以降低血糖浓度 18氨基酸衍生物 19以激素-受体复合物在胞核作用 20花生四烯酸衍生物 （三）（三）X X 型题型题 1关于酶变构调节的叙述正确的是 A酶大多有调节亚基和催化亚基 B体内代谢物可作为变构效应剂 C酶变构调节都能使酶活性降低 D酶变构调节都能使酶活性增高 E通过改变酶蛋白构象而改变酶的活性 2酶的变构调节 A有构型变化 B有构象变化 C作用物或代谢物常是变构剂 D无共价键变化 E酶动力学遵守米氏方程 3酶化学修饰的特点是 A调节过程有放大效应 B修饰变化是一种酶促反应 C调节时酶蛋白发生共价变化 D需要 ATP 参与，所以耗能多 E酶有低活性和高活性两种形式 4属于细胞酶活性的代谢调节方式有 A酶的共价修饰调节 B酶的变构调节 C诱导酶的合成 D通过膜受体调节 E调节细胞内酶含量 5可以诱导酶合成的是 A酶反应途径的产物 B酶反应途径的底物 C某些激素 D某些药物 E酶反应途径的中间产物 6作为糖和脂肪代谢交叉点的物质有 A乙酰 CoA B6-磷酸果糖 C磷酸二羟丙酮 D3-磷酸甘油醛 E草酰乙酸 二、是非题二、是非题 1凡能使酶分子发生变构作用的物质都能使酶活性增加。 2激素受体是细胞膜上的结构成分，一般为糖蛋白。 3磷酸化是最常见的酶促化学修饰反应，它的特点是将无机磷酸盐的磷酸基加到 酶蛋白分子上，改变酶的活性。 4饥饿 2-3 天，血糖主要靠肝糖原分解来维持。 5ATP 是磷酸果糖激酶-1 的变构抑制剂。因此 ATP 能抑制糖酵解，而促进糖的 有氧氧化。 6在代谢途径中，关键酶催化的反应速度最慢，通常催化单向反应或非平衡反应， 因此它的活性改变不仅影响整条代谢途径的总速度，而且可以决定整个代谢途径的方 向。 7类固醇激素的受体存在于靶细胞内，激素与受体结合后引起受体构象改变，然 后激素受体复合物形成二聚体，再与 DNA 的激素反应元件（HRE）结合，从而对细胞 代谢进行调节。 8糖原磷酸化酶是常见的化学修饰酶，它的活性型是脱磷酸的形式。 9当肾上腺素分泌增加时，它可进入细胞内:促进糖原合酶磷酸化而失去活性。 共价修饰磷酸化酶，使其磷酸化，活性增加。 10被化学修饰的酶在细胞内有两种形式，这两种形式的转变也是通过酶促反应 进行的。 11在糖酵解过程中，6-磷酸果糖经磷酸果糖激酶-1 催化转变为 1，6-二磷酸果 糖，后者又是丙酮酸激酶的变构激活剂，这种调节也称反馈调节。 12高等生物三级水平代谢调节中，激素和神经对代谢的调节都是通过细胞水平 的代谢调节实现的，因此，细胞水平代谢调节是基础。 13长期饥饿后，糖原合成增加，脂肪动员进一步加强，酮体的生成和利用增加， 蛋白质分解持续增加，负氮平衡加重。 14动物应激时，交感神经兴奋，糖、脂肪分解代谢增强，蛋白质合成增加，以 适应应激需要。 15代谢组学是对某一生物或细胞所有代谢产物进行定性和定量检测，分析活细 胞中代谢物谱变化的研究领域。 三、填空题三、填空题 1对于高等生物而言,物质代谢调节可分为三级水平,包括_、_及整体水 平的调节。 2细胞水平的快速调节指_，迟缓调节指_。 3酶的结构调节包括酶的_和_两种方式。 4酶含量的调节通过改变酶的_或 _速率，从而调节代谢的速率和强度。 5酶的化学修饰常见的方式有_与_，_与_。 6在酶的化学修饰调节中，被修饰酶的_与 _两种形式的转变是通过 _ 作用来实现的。 7细胞水平代谢调节通过调节关键酶的_与_从而调节代谢的速度和强 度。 8关键酶所催化的反应具有下列特点：催化反应的速度_，因此又称为限速 酶，催化_，因此它的活性决定整个代谢途径的方向，这类酶常受多种效应剂的调 节。 9按激素受体在细胞的部位不同，可将激素分为_激素和_激素两大类。 10糖转化为脂肪时，葡萄糖分解产生的_可作为脂肪酸合成的原料，而还原 当量_则由磷酸戊糖途径产生。 11在生理情况下，大脑主要以_为能源；短期饥饿时，机体的主要能量来源 是_和_；而长期饥饿时，机体转向以保存_为主，大脑则以_为能源 物质。 12饥饿可使肝内糖代谢的_ 途径减弱；而_和_途径增强， 13肝几乎是体内合成_和_的唯一器官，肝通常氧化_供能，因此 肝是通过糖-脂代谢与肝外组织联系最密切的核心器官。 14细胞内蛋白质的降解有两条途径，分别是：_和 _。 15应激时，糖、脂类和蛋白质的代谢特点是_增强，_受到抑制。 四、名词解释四、名词解释 1细胞水平的代谢调节 2激素水平的代谢调节 3整体水平的代谢调节 4key enzymes 5rate-limiting enzymes 6allosteric regulation 7allosteric enzymes 8allosteric effector 9chemicai modification 10inducer 11repressor 五、问答题五、问答题 1比较酶的变构调节和化学修饰调节有何异同。 2人体处于长期饥饿时，物质代谢有何变化？ 3糖、脂、蛋白质三者在体内是否能相互转变？简要说明转变的途径及不能转变 的原因。 4试述谷氨酸的代谢途径及计算 ATP 的生产量。 5计算 1mol 丙氨酸在体内彻底氧化分解成 CO2和 H2O 可生成多少 molATP? 6体内脂肪酸可否转变为葡萄糖？ 7试述乙酰 CoA 在物质代谢中的作用。 8简述物质代谢的三个水平调节及相互关系，并比较变构调节和化学修饰调节。 参参 考考 答答 案案 一、选择题一、选择题 （一）（一）A A 型题型题 1D 2C 3E 4 B 5B 6E 7C 8A 9A 10B 11E 12C 13E 14 C 15D 16C 17B 18E 19B 20B 21A 22B 23B 24B 25B 26E 27D （二）（二）B B 型题型题 1E 2B 3D 4D 5E 6C 7B 8D 9E 10C 11B 12A 13C 14A 15D 16E 17D 18E 19A 20B （三）（三）X X 型题型题 1ABE 2BCD 3ABCE 4ABCE 5BCD 6AC 二、是非题二、是非题 1B 2A 3B 4B 5B 6A 7A 8B 9B 10A 11B 12A 13B 14B 15B 三、填空题三、填空题 1细胞水平代谢调节 激素水平代谢调节 2酶结构调节 酶含量调节 3变构调节 化学修饰 4合成 降解 5磷酸化 去磷酸化 乙酰化 去乙酰化 6有活性（高活性） 无活性（低活性） 酶催化 7活性 含量 8最慢 单向反应或非平衡反应 9膜受体 胞内受体 10乙酰辅酶 A NADPH+H+ 11葡萄糖 蛋白质 脂肪 组织蛋白 酮体 12糖原合成 糖原分解 糖异生 13酮体 尿素 脂酸 14非特异性降解蛋白的溶酶体途径 特异性降解蛋白的依赖 ATP 的泛素蛋 白酶体途径。 15分解代谢 合成代谢 四、名词解释四、名词解释 1细胞水平代谢调节，单细胞生物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。 2激素水平代谢调节，从单细胞生物进化至高等生物，细胞水平的代谢调节发展 得更为精细复杂，同时出现了专司调节功能的内分泌细胞及内分泌器官，这些器官及 细胞分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用，这种调节称为激素水平代谢调节。 3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，这种调节称为整体水平代谢调节。 4关键酶，代谢途径由一系列酶催化的化学反应所组成，其速率和方向是由其中 一个或几个具有调节作用的酶的活性所决定的，这些能调节代谢的酶称为调节酶或关 键酶。 5限速酶，在由一系列酶促化学反应所组成的代谢途径中，有的酶所催化的反应 速度最慢，它的活性决定整个代谢途径的地总速度，因此称为限速酶。其调节酶或关 键酶常常是限速酶。 6变构调节，指内源或外源性小分子化合物作为变构效应剂可与酶蛋白分子活性 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。 7变构酶，代谢途径中受变构效应剂调节的酶称为变构酶或别构酶。 ，其往往是 代谢途径的关键酶。 8变构（效应）剂，使酶发生变构效应的小分子化合物，称为变构（效应）剂。 9化学修饰，指酶蛋白肽链上某些残基在不同的催化单向反应的酶的催化下发生 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。 10诱导剂，指能增加酶合成的化合物。 11阻遏剂，指能减少酶合成的化合物。 五、问答题五、问答题 1比较酶的变构调节和化学修饰调节有何异同。 答：变构调节指小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位以非共价特异结 合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性。化学修饰调节指酶蛋白肽链上某 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。化学修饰的主要方 式有磷酸化-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，磷酸化-去磷酸是最常见的方式。 相同点： 均属于细胞水平调节。 均是快速调节，即调节作用都较快，在数秒或数分钟之内即可发生。 都是通过改变酶的分子结构，从而改变细胞已有酶的活性。 受调节的酶都为代谢途径中的关键酶或限速酶。 不同点： 比较项目变构调节化学修饰调节 结合成分小分子化合物化学基团 结合方式非共价键共价键 其它酶催化不需要需要 ATP消耗不需要需要 结构改变一级结构不变，构象改变 共价键改变 放大效应无有 被调节酶有一种形式有高活性和低活性两种形式 生理意义主要的基本调节方式应激情况下的主要调节方式 2人体处于长期饥饿时，物质代谢有何变化？ 答：长期饥饿时物质代谢的变化为： （1）肝脏糖异生作用加强，乳酸和甘油成为肝糖异生的主要原料； （2）脂肪动员进一步加强，大量酮体生成， ，脑组织利用酮体增加，超过葡萄糖的 利用，肌肉主要以脂酸供能； （3）肌肉蛋白质分解减少，负氮平衡有所改善。 3糖、脂、蛋白质三者在体内是否能相互转变？简要说明转变的途径及不能转变 的原因。 答：（1）糖与脂：糖容易转变为脂类，糖磷酸二羟丙酮-磷酸甘油；糖 乙酰 CoA脂肪酸、胆固醇；-磷酸甘油+脂肪酸/胆固醇甘油三酯/胆固醇酯。 （2）脂类变糖可能性小，仅甘油、丙酮、丙酰 CoA 可异生成糖，但其量甚微。 （3）蛋白质与糖、脂：蛋白质可转变成糖、脂，但数量较少。生糖氨基酸糖； 生糖兼生酮氨基酸糖或脂类。糖、脂不能转变为蛋白质，糖、脂不能转变为必需氨 基酸，虽可提供非必需氨基酸的碳链骨架，但缺乏氮源。 4计算 1mol 丙氨酸在体内彻底氧化分解成 CO2和 H2O 可生成多少 molATP? 答：丙氨酸 丙酮酸乙酰 CoATCA NH3 1NADH+H+ 3NADH+H+ 1FADH2 2.5ATP 10ATP 1mol 丙氨酸在体内彻底氧化分解成 CO2和 H2O 可生成 12.5molATP? 5体内脂肪酸可否转变为葡萄糖？为什么？ 答：在体内脂肪酸绝大部分不能转变成葡萄糖。脂肪酸分解生成的乙酰 CoA 不能 转变成丙酮酸，因此不能异生成葡萄糖。乙酰 CoA 可在肝合成酮体，包括乙酰乙酸、 -羟丁酸和丙酮，然后被肝外组织摄取利用。前两者均生成乙酰 CoA 而进入三羧酸循 环彻底氧化，不能转变为葡萄糖，但丙酮可在一系列酶的作用下转变为丙酮酸或乳酸， 进而异生成糖，这是脂肪酸的碳原子转变成葡萄糖的一条途径。另外，人体内和膳食 中含极少量的奇数碳原子脂肪酸，经过 氧化除生成乙酰 CoA 外，还生成一分子丙二 酰 CoA ，丙二酰 CoA 经过羧化反应和分子内重排，可转变生成琥珀酰 CoA，可进一 步氧化分解，也可经草酰乙酸异生成葡萄糖。但转变成糖的量和脂肪酸分解生成的乙 酰 CoA 相比是非常少的，因此说，脂肪酸大部分不能转变成糖。 6试述乙酰 CoA 在物质代谢中的作用。 答：乙酰 CoA 是糖、脂类、氨基酸代谢共有的