ch10RegulationofMetabolism本科白.ppt

第十章,物质代谢的联系与调节 Connection and Regulation of Metabolism of Carbohydrate, Lipids and Protein,2,本章大纲要求,1、目的与基本要求 （1）掌握糖、脂肪和蛋白质之间的相互联系和细胞水平酶结构的调节。 （2）熟悉激素水平和整体水平的调节。,3,2、教学内容 （1）体内糖、脂类、氨基酸代谢途径各代谢途径之间的相互联系及调节机制；物质代谢动态平衡、整体性、物质代谢与能量代谢统一的概念；体内主要器官或组织，如肝、脑、心和肌肉主要物质代谢途径特点、供能方式与特异酶分布的关系。 （2）代谢调节的分级，即细胞水平调节、激素调节及中枢神经系统主导的整体调节。 （3）细胞水平的调节一重点酶结构的调节；两种酶结构调节方式的特点及相互关系及其生理意义；酶含量调节的两种方式一诱导和阻遏及其代谢调节中的意义及与临床实践的关系。 （4）激素水平和整体水平的调节。,4,3、考核知识点和考核要求 （1）识记：代谢调节的分级；细胞水平两种酶结构调节方式的特点及相互关系及其生理意义。 （2）领会：糖、脂类、氨基酸代谢途径各代谢途径之间的相互联系及调节机制。 （3）简单应用：短期饥饿、长期饥饿时机体代谢的变化。,5,第一节 物质代谢的特点,开放性 有序性 整体性 统一性 合理性 酶催化 可调性 ATP是能量载体 NADPH是还原当量的主要载体 网络化运行,6,第二节 组织、器官的代谢特点及相互联系,一、几个重要组织、器官的代谢特点 （一）肝 肝是机体物质代谢的枢纽；耗O2量占全身耗O2量的20% 特有途径：糖原分解；糖原合成；糖异生；合成尿素；合成酮体；合成全部血浆蛋白和几种凝血因子；合成VLDL、HDL和载脂蛋白代谢的酶；合成胆汁酸。,7,（二）脑,脑不为其他器官和组织提供能量，是机体耗能大的主要器官。 耗O2量占全身耗O2量的20%25% 正常情况下以葡萄糖为唯一供能物质，耗用的葡萄糖随时由血糖供应 长期饥饿主要利用酮体为能源,8,（三）肌肉组织,通常以氧化脂酸为主，剧烈运动时以糖的无氧酵解为主 因缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，肌糖原不能直接分解成葡萄糖提供血糖 禁食和长期饥饿时，部分骨骼肌蛋白被降解通过丙氨酸-葡萄糖循环等机制为肝脏的糖异生提供原料和维持血糖水平。,9,（四）肾,糖异生和生成酮体，正常情况下生成葡萄糖量较少，饥饿56周后几乎与肝等同 肾髓质无线粒体，故主要由糖酵解供能，肾皮质则主要由脂酸及酮体的有氧氧化供能 谷氨酰胺的生成,10,二、主要器官间的代谢联系,严密的整体系统 肝脏是调节和联系全身器官代谢的枢纽 （1）乳酸循环 （2）酮体的生成 （3）脂肪分解产生的甘油 （4）脂肪动员 （5）短期饥饿时葡萄糖-丙氨酸循环,11,第三节 物质代谢的相互联系,一、在能量代谢上的相互联系 1.乙酰CoA是三大营养物质共同的中间代谢产物 2.三羧酸循环是糖、脂、蛋白质彻底分解的最终分解机制 3.供能以糖及脂为主，节约蛋白质的消耗,12,1. 糖的有氧氧化 2. 脂肪酸氧化分解 3. 酮体氧化分解 4. 氨基酸分解代谢,1. 进入三羧酸循环 2. 合成脂肪酸 3. 合成酮体 4. 合成胆固醇,乙酰CoA,来 源,去 路,13,二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系,（一）糖代谢与脂代谢的相互联系 （1）摄入糖量超过能量消耗时，一方面合成糖原，更多的是转变为脂肪储存 （2）脂肪的甘油部分能在体内转变为糖，但脂肪酸不能转变为葡萄糖 （3）脂肪的分解代谢受糖代谢的影响,14,（二）糖与氨基酸代谢的相互联系,（1）生糖氨基酸 （2）糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸。,15,（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系,（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 （3）脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸，但脂酸不能转变为非必需氨基酸,16,（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互关系,（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,17,嘌呤,18,第四节 代谢调节,细胞水平的调节（细胞中的酶） 激素水平的调节（内分泌腺） 整体水平的调节（神经系统）,分为三级水平,代谢调节含义 指在某些条件影响下，细胞能够启动或加速某一代谢过程，而在另一条件下则又能使之终止或减慢。,19,一、细胞水平的调节,含义：是生物最基本的调节方式。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，从而实现对物质代谢的调节。,20,（一）细胞代谢途径的区域化分布,催化某一代谢途径的酶类常常组成多酶体系，定位分布于细胞的某一亚细胞结构中。,关键酶：,在多酶体系催化的一系列代谢途径中活性最低的酶催化的那一步称为限速反应，催化该步反应的酶称为关键酶(key enzyme) ，又称为限速酶(limiting velocity enzyme)。,21,代谢途径 定位 关键酶 糖原合成 胞液 糖原合成酶 糖原分解 胞液 糖原磷酸化酶 糖酵解 胞液 己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶 糖的有氧氧化 胞液、线粒体 丙酮酸脱氢酶系 三羧酸循环 线粒体 柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、 -酮戊二酸脱氢酶系 糖异生 胞液、线粒体 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、 果糖1，6二磷酸酶 磷酸戊糖途径 胞液 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 脂肪酸合成 胞液 乙酰CoA羧化酶 脂肪酸的(-)氧化 胞液、线粒体 肉碱脂酰转移酶I 胆固醇合成 胞液、内质网 HMG-CoA还原酶 尿素合成 胞液、线粒体 精氨酸代琥珀酸合成酶,主要代谢途径在细胞内的定位及其关键酶,22,（二）关键酶活性的调节,关键酶催化的反应具有下述特点: 1.催化的反应速度最慢 2.催化单向反应 3. 常受多种效应物（底物、代谢产物）的调节 4.关键酶往往处于代谢途径的起始点或分支处。,23,快速调节,酶原的激活 变构调节 化学修饰调节,24,1、变构调节,概念（allosteric regulation） ：小分子化合物、酶的活性中心以外、非共价键结合、构象改变、酶催化活性改变。 变构酶或别构酶 变构效应剂：酶的底物、酶体系的终产物、其它小分子化合物 变构激活剂 变构抑制剂,25,变构调节的机制,1、变构酶分子中常含有多个亚基，酶分子的催化部位（活性中心）和调节部位有的在同一亚基的不同部位，也有的不在同一亚基内。含催化部位的亚基称为催化亚基，含调节部位的亚基称为调节亚基。 2、变构效应剂通过非共价键与变构酶的调节亚基结合，引起酶的构象改变，从而影响酶与底物的结合，激活或抑制酶的活性。,26,变构调节的生理意义,（1）通过反馈抑制避免生成多余产物、防止造成浪费 反馈调节(feedback regulation) 负反馈作用（又称反馈抑制） 正反馈作用（即反馈激活）,27,变构调节的生理意义,（2）可使不同代谢途径相互协调 例如：柠檬酸既可变构抑制磷酸果糖激酶，又可变构激活乙酰CoA羧化酶，使多余的乙酰CoA合成脂肪酸。,28,2、化学修饰调节,概念： 酶蛋白多肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的共价修饰使酶的构象发生改变，从而改变酶活性的过程。 酶的化学修饰主要有磷酸化与脱磷酸、乙酰化与脱乙酰、甲基化与去甲基、腺苷化与脱腺苷化及SH与SS互变等。,29,磷酸化/脱磷酸化是最常见的修饰方式,30,酶的化学修饰的特点,（1）相对无活性和有活性的两种形式 （2）属于酶促共价修饰 （3）磷酸化与脱磷酸化最常见 （4）磷酸化化学修饰的信息源主要是激素第二信使系统，通过级联方式对激素的信号起放大作用。,31,酶的化学修饰调节的主要生理意义,(1)通过磷酸化/脱磷酸化改变酶活性以控制酶促反应速度，由于反应快又有放大作用，故便于应激。 (2)应激情况下，少量激素的释放，即可通过一系列的级联酶促化学修饰反应，迅速引起关键酶的级联放大及相应的生理效应，以适应应激的需要。,32,3、酶原与酶原激活 4、同工酶的调节 同工酶的概念 同工酶谱 举例：乳酸脱氢酶,33,慢速调节,1、概念：通过改变酶合成或降解以调节细胞内的酶含量，从而调节代谢的速度和强度。 2、分为： （1）酶蛋白合成的诱导与阻遏 （2）酶蛋白的降解,34,酶蛋白合成的诱导与阻遏,加速酶合成的化合物称为酶的诱导剂(inducer) 减少酶合成的化合物称为酶的阻遏剂(repressor) 底物对酶合成的诱导和阻遏 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,35,诱导剂或阻遏剂 被诱导或阻遏的酶 意义 底物诱导 食物酪蛋白 鼠肝精氨酸酶 适应氨基酸代谢的需要 产物阻遏 胆固醇 HMG-CoA还原酶 胆固醇可通过反馈阻遏 减少胆固醇的合成 激素诱导 糖皮质激素 色氨酸吡咯酶 氨基酸分解酶类 促进糖异生 糖异生关键酶 胰岛素 糖酵解及脂肪酸合成关键酶 促进糖的利用及脂肪酸的合成 药物诱导 苯巴比妥 肝微粒体加单氧酶 与耐药现象有关，治疗 肝微粒体葡萄糖醛酸基转移酶 新生儿黄疸,36,酶蛋白的降解,a.改变酶蛋白降解的速度也可控制细胞内酶蛋白的含量。 b. 凡能改变蛋白水解酶活性或影响其从溶酶体中释出的速度的因素，都可间接影响酶蛋白的降解速度。 c. 细胞内其它蛋白酶体的作用。 d.泛素：8.5 kDa的作用。泛素与待降解的蛋白质共价连接后，即可使该蛋白迅速降解。,37,二 、激素水平的代谢调节,激素是由特殊分化的内分泌细胞合成和分泌，经血液长程运输，通过与靶细胞受体特异结合，将激素信号转化为细胞内一系列化学反应，最终表现出激素的生理效应。,38,激素分类,膜受体激素 胞内受体激素,39,三、整体水平的调节,（一）饥饿 （二）应激 应激（stress）是人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染以及剧烈情绪激动等所作出一系列反应的“紧张状态”。,40,本