2020年生物科技行业生物化学讲义物质代谢的联系和调节

1、生物科技行业生物化学 讲义第十章物质代谢的联系和调节20XX年XX月多年的企业咨询豉问经验.经过实战验证可以落地机行的卓越治理方案,值得您下载拥有第九章物质代谢的联系和调节【目的和要求】多1.熟悉三大营养物质氧化供能的壹股规律和相互关系.多2,熟悉糖、脂、蛋白质、核酸代谢之间的相互联系.3, 了解代谢调节的三种方式.掌握代谢途径、关键酶调节酶的概念;掌握关键酶调节酶所催化反响的特点.熟悉细胞内酶隔离分布的意义.了解酶活性调节的方式.5 4.掌握变构调节、变构酶、变构效应剂、调节亚基、催化亚基的概念；55.掌握酶的化学修饰调节的概念及主要方式.56.熟悉激素种类及其调节物质代谢的特点.电7. 了

2、解饥饿和应激状态下的代谢改变.*【本章重难点】 1.物质代谢的相互联系 2 .物质代谢的调节方式及意义 3.酶的变构调节、化学修饰、阻遏和诱导 4 .作用于细胞膜受体和细胞内受体的激素学习内容第壹节物质代谢的联系第二节物质代谢的调节第一节物质代谢的联系壹、营养物质代谢的共同规律物质代谢：机体和环境之间不断进行的物质交换,即物质代谢.物质代谢是 生命的本质特征,是生命活动的物质根底.二、三大营养物质代谢的相互联系糖、脂和蛋白质是人体内的主要供能物质.它们的分解代谢有共同的代谢通 路一三竣酸循环.三竣酸循环是联系糖、脂和氨基酸代谢的纽带.通过壹些枢纽 性中间产物,能够联系及沟通几条不同的代谢通路.

3、对糖、脂和蛋白质三大营养 物质之间相互转变的关系作简要说明：糖可转变生成甘油三酯等脂类物质除必需脂肪酸外,甘油三酯分解生 成脂肪酸,脂肪酸经B -氧化生成乙酰CoA ,乙酰CoA或进入三竣酸循环或生成 酮体,所以甘油三酯的脂肪酸成分不易生糖,但甘油局部能够转变为磷酸丙糖而 生糖,可是甘油只有三个碳原子,只占甘油三酯的很小局部.多数氨基酸是生糖或生糖兼生酮氨基酸.所以氨基酸转变成糖较为容易.糖代谢的中间产物只能转变成非必需氨基酸,不能转变成必需氨基酸.少数氨基酸能够生酮,生糖氨基酸生糖后,也可转变为脂肪酸除必需脂肪酸外,所以氨基酸转变成脂类较为容易.脂肪酸经B -氧化生成乙酰CoA进入三竣酸循环

4、后,即以CO2形式被分解.有些中间产物如a -酮戊二酸可转变成谷氨酸,但也仅限于非必需氨基酸,而不能生成必需氨基酸.体内各器官代谢也是相互联系,其中以肝脏为调节和联系全身器官代谢的枢纽中央.第二节物质代谢的调节壹、物质代谢的特点壹整体性：体内各种物质代谢相互联系、相互转变,构成统壹整体.二代谢在精细的调节下进行.三各组织器官物质代谢各具特色,如肝是物质代谢的枢纽,常进行壹些特异反应.四各种代谢物均有各自共同的代谢池,代谢存在动态平衡.五ATP是共同能量形式六NADPH是合成代谢所需仍原当量但分解代谢常以 NAD为辅酶.二、代谢途径间的相互联系壹能量代谢上的相互联系糖、脂、蛋白质代谢可互相替代且

5、互相制约.壹般情况下：以糖、脂供能为主,蛋白质是组成细胞的重要成分,通常且无多余 储存,机体尽量节约蛋白质的消耗,且糖、脂代谢之间相互制约,如脂肪分解加 强会抑制糖分解.短期饥饿：糖供缺乏,糖原很快耗尽,分解蛋白质加速糖异生来供能,脂肪酸分 解也增强.长期饥饿：长期糖异生增加,会使蛋白质大量分解,不利于机体,此时,脂肪分 解大大增强,以脂肪酸和酮体为主要能源.二物质代谢之间的联系糖、脂、蛋白质代谢之间相互联系,相互转变,壹种物质代谢障碍可引起其他物 质代谢紊乱.1 .糖代谢和脂肪代谢的联系糖能够转变为脂肪：葡萄糖代谢产生乙酰 CoA,竣化成丙二酰CoA,进壹步 合成脂肪酸,糖分解也可产生甘油,

6、和脂肪酸结合成脂肪,糖代谢产生的柠檬酸, ATP可变构激活乙酰CoA竣化酶,故糖代谢不仅可为脂肪酸合成提供原料,促 进这壹过程的进行.脂肪大局部不能变为糖：脂肪分解产生甘油和脂肪酸.脂肪酸分解生成乙酰CoA但乙酰CoA不能逆行生成丙酮酸,从而不能循糖异生途径转变为糖.甘油能够在肝、肾等组织变为磷酸甘油,进而转化为糖,但甘油和大量由脂肪酸分解产生的乙酰CoA相比是微缺乏道的,故脂肪绝大局部不能转变为糖.2 .糖和氨基酸代谢的联系大局部氨基酸可变为糖：除生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸外,其余18种氨基酸都可脱氨基生成相应的a -酮酸,这些酮酸再转化为丙酮酸,即可生成糖.糖只能转化为非必需氨基酸：糖代谢的

7、中间产物如丙酮酸等可通过转氨基作用合成非必需氨基酸,但体内8种必需氨基酸,体内不能转化合成.3 .脂肪代谢和氨基酸代谢的联系蛋白质能够变为脂肪,各种氨基酸经代谢都可生成乙酰CoA,由乙酰CoA可合成脂肪酸和胆固醇,脂肪酸可进壹步合成脂肪.脂肪绝大局部不能变为氨基酸：脂肪分解成为甘油、脂肪酸,甘油可转化为糖代谢中间产物,再转化为非必需氨基酸,脂肪酸分解成乙酰CoA,不能转变为糖,也不能转化为非必需氨基酸.脂肪分解产生甘油和大量乙酰CoA相比含量太少,所以脂肪也大局部不能变为氨基酸.所以食物中的蛋白质不能为糖、脂代替,蛋白质却可代替糖、脂.4 .核酸代谢和氨基酸代谢的联系氨基酸是核酸合成的重要原料

8、如喋吟合成需要甘氨酸、大冬氨酸及氨基酸代谢产生的壹碳单位等.合成核甘酸所需的核糖由葡萄糖代谢的磷酸戊糖途径提供.三、组织、器官的代谢特点及联系各组织、器官由于酶的组成、含量不同,代谢既有共同之处,又各具特点.壹肝：是三大物质代谢的枢纽,其中有几条代谢途径是其他组织器官不能进行 或很少进行的1糖原合成：肌肉也可合成糖原,但其量无法和肝糖原相比2 糖原分解：肝有葡萄糖-6-磷酸酶,可将糖原分解为葡萄糖,维持血糖恒定, 肌肉无此酶,故肌糖原不能补充血糖.3 糖异生：肝在饥饿时,可异生糖维持血糖浓度,肾只有在长期饥饿时,异生 水平才大大增强.4 合成尿素：肾也能合成,但量甚微,肝是解毒含氮废物的主要器

9、官.5 合成酮体：肾也可生成酮体,但量甚少,能够见作是肝的独有功能.二心脏：能够多种物质供能,如酮体、乳酸、脂肪酸等,所以ATP供给充足三脑：几乎以葡萄糖为唯壹能源,无糖原储存,也不能利用脂肪酸,长期饥饿 时,能够酮体供能.四肌肉：以脂肪酸供能为主,剧烈运动以无氧糖酵解为主.五红细胞：糖酵解是其唯壹供能途径.六脂肪组织：合成储存脂肪的重要组织.七肾：可糖异生,生成酮体,是除肝外,唯壹可进行此俩种代谢的器官,但正 常情况下,和肝相比,不占主要地位.肝是调节、联系全身器官代谢的中央机构.如通过乳酸循环将肌肉、肝代谢联系 起来.又如脂肪组织分解脂肪产生的甘油运至肝,可生成糖.大量脂肪酸可在肝 中生成

10、酮体,酮体又可成为肝外组织很好的能源物质.所以全身器官、组织代谢 是相互联系的,通过各种代谢之间的联系和调节,将机体统壹为壹个整体. 四、代谢调节正常情况下,机体各种代谢途径是相互联系,相互协调进行的,以适应内外环境 不断变化,保持机体内环境的稳态,这是由于机体的物质代谢有壹整套精细的调节系统,如血糖浓度,正常生理条件下,无论饱食或饥饿,差异且不大,这就是 在机体调节下,使各种代谢相互协调,从而有利于保持机体正常的生理环境.代 谢调节普遍存在于生理界,进化程度越高的生物其代谢调节方式愈复杂.从细胞水平、激素水平、整体水平进行代谢调节称为机体三级水平代谢调节.其 中细胞水平代谢调节是根底,激素及

11、整体水平的调节都是通过细胞水平的调节实 现的.壹细胞水平的代谢调节实际上就是酶的调节,这是单细胞生物主要的调节方式,这也是壹切代谢调节的 根底,包括酶结构的调节和酶量的调节.1 细胞内酶的隔离分布.代谢途径有关酶类常常组成酶体系,分布于细胞的某壹区域或亚细胞结构中,这 就使得有关代谢途径只能分别在细胞不同区域内进行,不致使各种代谢途径互相 干扰,要记住体内主要代谢过程发生的亚细胞定位,如脂肪酸B氧化、三竣酸循 环在线粒体中进行,而脂肪酸合成,糖异生在胞液中进行,尿素合成在胞液和线 粒体中进行.代谢反响进行的速度和方向是由此代谢途径中壹个或几个具有调节作用的关键 酶的活性决定的.这些调节代谢的酶

12、称为关键酶.它们催化的反响有下述特点： 反响速度最慢,因此又称限速酶,它的活性决定整个途径的总速度催化单向 反响或非平衡反响,它的活性决定整个途径的方向酶活性可受多种代谢物或效 应剂的调节.代谢调节主要通过对关键酶活性的调节而实现的,可分为快速调节和缓慢调节俩 类.快速调节即对酶结构的调节,分为变构调节和共价修饰俩种,这类调节方式 效应快,但不持久.缓慢调节即对酶含量的调节,发生较慢,但作用也持久.2 关键酶的变构调节变构酶定义在酶壹章中已述.机制：变构酶常是由俩个之上亚基组成的具有四级结构的铁蛋白质.在酶分子 中和底物结合起催化作用的亚基称催化亚基,和变构效应剂结合起调节作用的调 节亚基,个

13、别酶催化,调节部位位于同壹亚基.变构效应剂通过非共价键和调节 亚基结合,引起酶构象改变,不涉及酶共价键的变化,从而影响酶和底物结合, 使酶催化活性受到影响,酶构象的改变可表现为亚基的聚合或解聚等.意义：变构调节是细胞水平调节中壹种较常见的快速调节,代谢终产物常可对 酶起变构抑制作用,此即反响调节,使代谢物不致过多,也不致过少,也可使能 量得以有效利用.变构调节可使不同代谢途径相互协调.3 酶的化学修饰调节定义：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,这种调节称为酶的化学修饰.特点：经绝大多数属此类调节方式的酶有无活性 低活性和有活性或高活性 俩种形式.这俩种形

14、式通过共价外修饰,可互相转变.以磷酸化为例,酶蛋白分 子中丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的羟基是磷酸化的位点,但有些酶经磷酸化后活性 升高,而有些酶磷酸化后却活性降低,在去磷酸化才是其活性状态.化学修饰引 起酶的共价键变化,且化学修饰发生的是酶促反响.壹个酶分子可催化多个作用 物酶蛋白出现组成变化,故有放大效应,催化效率比变构调节高.磷酸化,脱 磷酸化是最常见的化学修饰调节,其本身也是酶促反响,磷酸化由蛋白激酶催化, 脱磷酸化由磷蛋白磷酸酶催化,酶发生磷酸化消耗的 ATP比合成酶蛋白消耗的ATP要少得多,因此,是体内调节酶活性经济而有效的方式.对某壹酶而言,可同时受变构调节和化学修饰俩种方式的调节,然

15、而当效应剂浓 度过低,变构调节就不如共价修饰来得快而有效,故在应激情况下,共价修饰尤 为重要.4 酶量的调节由于酶的合成、降解所需时间较长,消耗 ATP较多,故酶量调节属缓慢调节, 酶蛋白的诱导和阻遏壹股将加速酶合成的化合物称为诱导剂,减少酶合成的称阻遏剂,二者是在酶蛋 白生物合成的转录或译过程中发挥作用,但影响转录较常见,通常底物多为诱 导剂,产物多为阻遏剂.而激素和药物也是常见的诱导剂.酶蛋白降解改变酶蛋白分子的降解速度也能调节细胞内酶含量,此过程主要靠蛋白水解酶来 完成.二激素水平的调节.这是高等生物体内代谢调节的重要方式.激素作用有较高的组织特异性和效应特 异性.激素和靶细胞上特异受体

16、结合,引起细胞信号转导,表现为壹系列的生物 学效应.按激素受体在细胞的部位不同,可将激素分俩大类：1 .膜受体激素：这类激素和受体结合后,将信息传递到细胞内,通过变构调节, 化学修饰来调节相关酶的活性从而调节代谢,也可对基因表达进行调控.2 .胞内受体激素：这类激素和胞内受体结合；通过影响基因转录,进而促进或 阻遏蛋白质或酶的合成,从而对细胞代谢进行调节(三)整体调节1 饥饿(1)短期饥饿肝糖原在饥饿早期即可耗尽肌肉蛋白质分解增强,用以加速糖异生.糖异生增强；饥饿2天后,肝糖异生明显增加,用以满足脑和红细胞对糖的需 要.脂肪发动增强,酮体生成增多,脂肪酸和酮体成为心肌、骨骼肌等的重要燃料, 壹

17、局部酮体可被大脑利用.组织对葡萄糖利用降低,但饥饿初期大脑仍以葡萄糖为主要能源.(2)长期饥饿：壹般饥饿1周之上为长期饥饿,此时机体蛋白质降解减少,主要靠脂肪酸和酮体 供能.脂肪发动进壹步增强,肝生成大量酮体,脑组织以利用酮体为主,因其不能利 用脂肪酸.肌肉以脂肪酸为主要能源.保证酮体优先供给脑组织.肌肉蛋白质分解减少,乳酸和丙酮酸取代氨基酸成为糖异生的主要来源.负氮平衡有所改善.肾糖异生作用明显增强2 应激应激状态,交感神经兴奋,肾上腺激素分泌增多,血胰高血糖素和生长激素水平增加,胰岛素分泌减少,引起壹系列代谢改变.1血糖升高,这对保证大脑,红细胞的供能有重要意义.脂肪发动增强,血浆脂肪酸升高,成为骨骼肌、肾等组织的主要能量来源.3蛋白质分解增强,尿素生成及尿氮排出增加,呈负氮平衡.总之应激时机体代谢特点是分解代谢增强,合成代谢受到抑制,以满足机体在此种紧张状态下对能量的需要.【小结要点】壹、物质代谢的联系壹物质代谢二糖、脂和蛋白质代谢的联系二、物质代谢的调节壹细胞水平的代谢调节1 .细胞内酶的隔离