物质代谢的联系与调节.ppt

第10章物质代谢的联系与调节MetabolicInterrelationshipsandRegulation,第一节物质代谢的特点第二节物质代谢的相互联系第三节某些组织、器官的代谢特点第四节代谢调节,第一节物质代谢的特点theSpecialtyofMetabolism,整体性物质代谢与能量代谢偶联代谢途径的多样性代谢调节各组织、器官物质代谢各具特色各种代谢物均具有各自共同的代谢池ATP是机体能量利用的共同形式NADPH是合成代谢所需的还原当量,（一）整体性,体内各种物质包括糖、脂、蛋白质、水、无机盐、维生素等的代谢不是彼此孤立各自为政，而是同时进行的，而且彼此互相联系，或相互转变，或相互依存，构成统一的整体。,（二）物质代谢与能量代谢偶联同化作用:获取营养物质；储存能量异化作用：分解自身物质；释放能量,（三）代谢途径的多样性直线反应：核苷酸合成分支反应：丙酮酸代谢循环反应：三羧酸循环,（四）代谢调节在正常情况下，机体各种物质代谢能适应内外环境不断的变化，有条不紊地进行，是由于机体存在精细的调节机制，不断调节各种物质代谢的强度、方向和速度以适应内外环境的变化。,（五）各组织、器官物质代谢各具特色,由于各组织器官的结构不同，所含有酶系的种类和含量各不相同，因而代谢途径及功能各异，各具特色。,（六）各种代谢物均具有各自共同的代谢池无论是体外摄入的营养物或体内各组织细胞的代谢物，只要是同一化学结构的物质在进行中间代谢时，不分彼此，参加到共同的代谢池中参与代谢。,（七）ATP是机体能量利用的共同形式,ATP是生命活动所涉及的蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的合成、肌收缩、神经冲动的传导、细胞渗透压及形态的维持的直接利用能量。,（八）NADPH是合成代谢所需的还原当量参与还原合成代谢的还原酶多以NADPH为辅酶，提供还原当量。,第二节物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships,一、在能量代谢上的相互联系二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系,在能量代谢上的相互联系,乙酰辅酶A是三大营养物共同的中间代谢物，三羧酸循环是糖、脂、蛋白质最后分解的共同代谢途径，释放出的能量均以ATP形式储存。从能量供应的角度看，这三大营养物可以相互代替、并相互制约。一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。疾病或饥饿时，糖异生增强，蛋白质分解加强。,糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系,糖代谢、脂代谢之间的相互联系乙酰辅酶A和三羧酸循环是中间枢纽。糖代谢、氨基酸代谢之间的相互联系氨基酸的脱氨基作用和糖异生是中间枢纽。脂代谢、氨基酸代谢之间的相互联系生糖氨基酸（其它14种）生酮氨基酸（Leu、Lys）生酮兼生糖氨基酸（Ile、Phe、Trp、Tyr、Thr）核酸与氨基酸代谢之间的相互联系磷酸戊糖途径和一碳单位代谢是重要的。,1.摄入的糖量超过能量消耗时,3.脂肪的分解代谢受糖代谢的影响,饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时,大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。,2.糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸,琥珀酰CoA,胡延索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,TAC,氨基酸,乙酰CoA,脂肪,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,丝氨酸,磷脂酰丝氨酸,胆胺,脑磷脂,胆碱,卵磷脂,但不能说，脂类可转变为氨基酸。,脂肪,甘油,磷酸甘油醛,糖酵解途径,丙酮酸,其他-酮酸,某些非必需氨基酸,3.脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,-酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,第三节某些组织、器官的代谢特点,1、肝脏：是机体物质代谢的枢纽，是人体的中心生化工厂。在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均有独特而重要的作用。2、心脏：依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖为耗能物质并以有氧氧化途径为主。3、脑：是机体耗能大的主要器官，耗O2量占全身耗O2的20%-25%，几乎以葡萄糖为唯一供能物质。4、肌肉组织：通常以氧化脂酸为主，无氧时以糖酵解为主。5、红细胞：能量主要来自葡萄糖的酵解途径。6、脂肪组织：是合成及储存脂肪的重要组织。7、肾：可进行糖异生和生成酮体，它是除肝脏以外唯一可进行此两种代谢的器官。,1、耗能大，耗氧多2、葡萄糖为主要能源3、不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。,脑,以葡萄糖有氧氧化供能为主。,心脏,也可进行糖异生和生成酮体；肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。,肾脏,第四节代谢调节TheRegulationofMetabolism,一、细胞水平的代谢调节：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。二、激素水平的代谢调节：器官及细胞分泌的激素可对其它细胞发挥代谢调节作用。三、整体水平的代谢调节：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，并通过各种激素的相互协调而对机体代谢进行综合调节。,二、激素水平的代谢调节、膜受体激素、胞内受体激素,种类信息物质受体细胞内的变化神经递质乙酰胆碱、Glu、GABA质膜受体影响离子通道开闭生长因子EGF、IGF-1、PDGF、质膜受体引起酶蛋白和功能FGF蛋白的磷酸化和去磷酸化，改变细胞的代谢和基因表达激素蛋白质、多肽、氨基酸衍质膜受体同上生物类激素类固醇激素、胞内受体影响转录甲状腺素,三、整体调节（一）饥饿、短期饥饿、长期饥饿（二）应激,调节酶（关键酶）的特点,它催化的反应速度最慢，它的活性决定整个代谢途径的总速度。这类酶催化单向反应，或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。,代谢途径关键酶糖原降解磷酸化酶糖原合成糖原合成酶糖酵解己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶糖有氧氧化丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶糖异生丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖1，6二磷酸酶脂肪酸合成乙酰辅酶A羧化酶胆固醇合成HMG辅酶A还原酶,关键酶的变构调节,概念(allostericregulation)：小分子化合物与酶蛋白分子活化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。机制：变构酶分子包括催化亚基和调节亚基。变构效应剂可以是酶的底物，也可以是酶体系的终产物或其它小分子代谢物。变构效应剂是通过非共价键与调节亚基结合，引起酶的构象改变，从而影响酶与底物的结合，使酶的活性受到抑制或激活。生理意义：1、常见的快速调节2、常见于反馈抑制3、有效利用能量4、可使不同代谢途径相互协调。,变构效应剂(allostericeffector)变构激活剂变构抑制剂,变构调节(allostericregulation),变构酶(allostericenzyme)变构部位(allostericsite),一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。,变构调节的生理意义,代谢终产物反馈抑制(feedbackinhibition)反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。,变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,维持代谢物的动态水平,酶的化学修饰调节,概念(chemicalmodification)：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(covalentmodification)，从而引起酶活性改变。类型：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SH与SS互变,酶促化学修饰的特点,绝大多数属于这类调节方式的酶都具有无活性（或底活性）和有活性（或高活性）两种形式。它们之间在两种不同酶的催化下发生共价修饰，可以相互转变。催化互变反应的酶在体内受调节因素的控制。和变构调节不同，化学修饰是由酶催化引起的共价键的变化，因起是酶促反应，故有放大效应。催化效率常较变构调节高。磷酸化与脱磷酸是最常见的酶促化学修饰反应。,糖原磷酸化酶的激活与失活,变构调节与化学修饰调节只是调节酶活性的两种不同方式而对某一具体酶而言，它可同时受这两种方式的调节。变构调节是细胞的一种基本调节基制，对维持细胞代谢物及能量平衡具有重要作用，然而当效应剂浓度过底，不足以与酶分子全部调节亚基或部位结合时，就不能使所有酶发挥作用，故难以应急。当在应急情况下，少量激素的释放，即可通过一系列级联酶促化学修饰反应，迅速引起关键酶活性的级联放大及生理效应，以适应应激的需要。,酶量的调节,酶量调节属迟缓调节酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白的降解溶酶体蛋白酶体主要是泛素,酶蛋白合成的诱导与阻遏,底物对酶合成的诱导和阻遏普遍存在于生物界，如lac。产物对酶合成的和阻遏产物不仅可变构抑制或反馈抑制关键酶或催化起始反应酶的活性，而且还可以阻遏这些酶的合成。激素对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导,体内蛋白质的降解降解机制：蛋白酶、肽酶降解途径：（1）溶酶体途径：不依赖ATP，降解细胞外来源的蛋白质、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白（2）泛素蛋白酶体途径：依赖ATP和泛素，降解异常蛋白和短寿命的蛋白质,膜受体激素：这类激素包括胰岛素、生长激素、促性腺激素、促甲状腺激素、甲状旁腺激素、生长因子、肾上腺素等。胞内受体激素：类固醇激素前列腺素甲状腺素1、25（OH）-vitD3视黄酸等。,1.膜受体激素的作用方式,2、胞内受体激素的作用方式,（一）饥饿1、短期饥饿（1）肌肉蛋白质分解加强（2）糖异生作用增强（3）脂肪动员加强、酮体生成增多（4）组织对葡萄糖的利用降底2、长期饥饿（1）脂肪动员进一步加强、肝生成大量酮体脑组织利用酮体增加。（2）肌肉以脂酸为主要能源。（3）肌肉蛋白质分解减少，乳酸和丙酮酸成为肝糖异生的主要来源。（4）肾糖异生作用明显增强（5）因肌肉蛋白分解减少，负氮平衡有所改善。,（二）应激,应激是人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、缺氧、中毒、感染等所作出的一系列反应的“紧张状态”。1、血糖升高2、脂肪动员增强，血浆游离脂酸升高3、蛋白质分解加强，呈负氮平衡,第一节物质代谢的特点,整体性代谢调节各组织、器官物质代谢各具特色各种代谢物均具有各自共同的代谢池ATP是机体能量利用的共同形式NADPH是合成代谢所需的还原当量,第二节物质代谢的相互联系,一、在能量代谢上的相互联系二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系,第三节组织、器官的代谢特点及联系,1、肝脏：是机体物质代谢的枢纽，是人体的中心生化工厂。在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均有独特而重要的作用。2、心脏：依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖为耗能物质并以有氧氧化途径为主。3、脑：是机体耗能大的主要器官，耗O2量占全身耗O2的20%-25%，几乎以葡萄糖为唯一供能物质。4、肌肉组织：通常以氧化脂酸为主，无氧时以糖酵解为主。5、红细胞：能量主要来自葡萄糖的酵解途径。6、脂肪组织：是合成及储存脂肪的重要组织。7、肾：可进行糖异生和生成酮体，它是除肝脏以外唯一可进行此两种代谢的器官。,第四节代谢调节,一、细胞水平的代谢调节：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。二、激素水平的代谢调节：器官及细胞分泌的激素可对其它细胞发挥代谢调节作用。三、整体水平的代谢调节：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