物质代谢的相互联系及其调节

第十一章物质代谢的相互联系及其调节,温州医学院生物化学教研室李春洋,在生命过程中，生物体要不断从外界摄取食物，一方面氧化释放能量供自身生命活动所需，同时排泄代谢过程中产生的废物；另一方面则以这些物质为原料合成本身所需要的结构成分，与此同时自身的结构成分也不断进行分解得以更新。生物体的这种物质的合成和分解并与环境之间相互联系的过程即为物质代谢。物质代谢是生命活动的基础，也是生命得以健康延续的根本。,第一节物质代谢的相互联系,一、物质代谢的特点,物质代谢的整体性物质代谢的可调节性组织器官代谢的特色性不同来源代谢物代谢的共同性能量储存的特殊性NADPH为合成代谢提供还原当量,二、物质代谢的相互联系,（一）能量代谢上的相互联系物质代谢过程中所伴随的能量的贮存、释放、转移和利用等称为能量代谢。一方面，糖类、脂类和蛋白质均可在体内氧化产能供机体利用，三大营养物质可相互替代。另一方面各营养物质的氧化分解又相互制约，并根据不同的机体状态来调整其代谢速度以适应机体的需要。,糖类代谢和脂代谢的相互联系糖类代谢和氨基酸代谢的相互联系脂类代谢和氨基酸代谢的相互联系核酸代谢和氨基酸代谢及糖代谢的相互联系,（二）糖、脂、蛋白质及核酸代谢之间的相互联系,蛋白质,氨基酸,天冬氨酸,天冬酰胺,酪氨酸,苯丙氨酸,核酸,核苷酸,5-磷酸核糖,嘌呤、血红素,嘌呤,草酰乙酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,血红素,柠檬酸,谷氨酸,嘌呤,乙酰乙酰CoA,酮体,淀粉、糖原,甘油,脂肪酸,脂肪,嘧啶,嘧啶,第二节物质代谢的调节,快速调节主要通过影响细胞内酶的活性而实现，反应时间从不到1秒到12小时或更长；慢速调节常通过影响细胞内酶的含量而实现，包括影响酶的合成及降解速度，慢速调节反应通常持续时间较长。代谢调节机制的三个层次：细胞水平的调节；激素水平的调节；整体水平的调节。,一、细胞水平的代谢调节,（一）细胞内酶的定位与代谢调节细胞内酶的隔离分布关键酶（限速酶）多酶复合体与多功能酶作用物质循环同工酶,（二）酶活性的调节,1.反馈调节代谢途径的底物或终产物常影响催化该途径起始反应的酶活性，此调节方式称为反馈调节，它存在于所有的生物体中，是调节酶活性最精巧的方式之一。,反馈调节具有两种情况：,终产物的积累抑制初始步骤的酶活性，使得反应减慢或停止，此种反馈称为反馈抑制或负反馈。负反馈既或使代谢产物的生成不至于过多，又可使能量得以有效利用，不至于浪费；代谢过程中某些较早期产生的代谢中间产物催化较后期反应的酶，加速反应的进行，这种反馈称为反馈激活或正反馈。,2.变构调节,（1）变构调节的概念细胞内的一些中间代谢物质能与某些酶分子活性中心以外的某一部位以非共价键的方式可逆结合，使酶的构象发生改变并影响其催化活性，从而调节代谢反应的速度，这种对酶活性的调节方式称为别构调节或变构调节。受变构调节的酶称为变构酶，能使酶发生变构效应的中间代谢物质称为变构效应剂（变构激活剂和变构抑制剂）。,（2）变构酶的特点及作用机制,变构酶常由多个亚基构成；变构效应剂可通过非共价键与调节亚基结合，引起酶构象改变（T态和R态）或亚基的聚合、分离从而影响酶的活性；变构酶的酶促反应动力学不符合米曼氏方程式；变构效应剂常常是酶的底物、产物或其他小分子中间代谢物。变构调节过程不需要能量。,（3）变构调节的意义,变构调节是一种快速调节方式。变构调节可根据机体对能量的需求，直接影响关键酶的活性一类调节体内产能与储能代谢反应，这样既保证了机体能量的需要，又不会造成能量的浪费，从而确保能源的有效利用。,3.化学修饰调节,（1）化学修饰调节的概念酶蛋白分子上的某些基团可在另一种酶的催化下，与某些化学基团发生可逆地共价结合从而影响酶的活性，酶活性的这种调节方式称为酶的化学修饰或共价修饰调节。酶的可逆化学修饰包括：磷酸化/脱磷酸化、甲基化/脱甲基化、腺苷化/脱腺苷化等，其中磷酸化/脱磷酸化最常见。,（2）化学修饰的特点,化学修饰是物质代谢的快速调节的一种重要方式；大多数酶促化学修饰的酶都存在有活性（或高活性）与无活性（或低活性）两种形式，且两种形式之间的可逆互变是由不同的酶催化的；化学修饰具有瀑布式级联放大效应；化学修饰所消耗的能量比合成酶蛋白所消耗的ATP少得多，因而是一种经济快速有效的调节方式。,（三）酶含量的调节,1.酶蛋白合成的诱导和阻遏酶的底物、产物、激素或药物等都可影响酶的合成，通常将增加酶蛋白合成的化合物称为诱导剂；减少酶蛋白合成的化合物称为阻遏剂。诱导剂和阻遏剂可在转录水平或翻译水平影响酶蛋白的合成。调节效应出现缓慢，但作用持续时间较长。,2.酶分子的降解,蛋白水解酶主要存在于溶酶体中，凡能改变蛋白水解酶活性或影响蛋白酶从溶酶体释出的速度的因素，都可间接影响蛋白的降解速度；除溶酶体外，胞液中还存在泛素化的蛋白质降解途径。通过酶蛋白降解来调节酶的含量远不如酶的诱导和阻遏重要。,二、激素水平的代谢调节,激素为内分泌器官的内分泌细胞所分泌的一类物（蛋白质、肽或类固醇），经过血液的转运到达靶器官或靶组织而发挥其对代谢的调节作用。激素的调节具有组织特异性。当激素和受体结合后，可引起一系列化学变化从而表现出激素的生物学效应。根据激素作用受体部位不同，激素可分为：细胞膜受体激素和细胞内受体激素。,三、整体水平的代谢调节,1.应激状态下的代谢调节应激是机体在一些特殊的情况下，如严重创伤、感染、中毒、剧烈的情绪变化等所作出的应答性反应。应激时，体内三大营养物质的代谢的变化均趋向分解代谢加强、合成代谢受到抑制，以帮助机体渡过“紧急状态”；若应激状态持续时间较长，则会导致机体因消耗过多而出现三大营养物质代谢的紊乱。,2.饥饿时的代谢调节,1.短期饥饿（不能进食13天）血糖浓度的降低主要通过糖异生作用进行调节；脂肪动员成为大多数组织的能源物质；糖异生的主要原料是蛋白质降解生成的氨基酸。2.长期饥饿（饥饿状态持续一周以上）脂肪动员进一步加强，酮体生成增加；蛋白质降解减少以维持结构蛋白质的稳定；糖异生的原料主要为乳酸和丙酮酸，肾糖异生作用明显加强。,3.糖尿病患者体内的代谢调节,糖尿病是一种内分泌代谢紊乱性疾病，以持续血糖浓度增高为特征。临床上分为：型糖尿病（青少年型或胰岛素依赖型）和型糖尿病（成年型或非胰岛素依赖型）。（一）糖代谢紊乱（二）脂代谢紊乱（三）蛋白质代谢紊乱,ATP,AC,AC(有活性),蛋白激酶A,磷酸化酶b激酶b,磷酸化酶b激酶a-P,磷酸化酶a-P,磷酸化酶b,cAMP,ATP,胰高血糖素、肾上腺素等,ATP,ADP,Pi,Ca2+,ADP,G,ATP,AMP(肌),Pi,蛋白激酶A,磷蛋白磷酸酶,ADP,磷蛋白磷酸酶抑制物1,磷蛋白磷酸酶,胰岛素,糖原磷酸化酶的调节,ATP,同工酶在不同的组