11代谢联系与调节8年制

1、1物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节第第 11 11 章章Connection and Regulation of Metabolism2Chapter 11 Connection and Regulation of MetabolismSection 1 Features of metabolism in the bodySection 2 Interconnection between metabolic pathwaysSection 3 Interconnection, features and harmonizition among organsSection 4 Regula

2、tion of metabolism3第一节第一节 体内物质代谢的特点体内物质代谢的特点 The Features Of Metabolism In The Body糖糖分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢脂类脂类氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸41、共同代谢池、共同代谢池 Common Metabolic Pool物质代谢的特点物质代谢的特点无论是来自体内或体外的物质，在进行中间代谢时，无论是来自体内或体外的物质，在进行中间代谢时，不分彼此，参加相同的代谢反应不分彼此，参加相同的代谢反应2、动态平衡、动态平衡 Dynamic Equilibrium 生者化，化又生，生化即化生生者化，化又生，生化即化生新

3、必陈，陈乃谢，新陈恒代谢新必陈，陈乃谢，新陈恒代谢 刘思职刘思职（1904-1983）5氨基酸氨基酸代谢库代谢库食物蛋白质食物蛋白质消化吸收消化吸收 组织组织蛋白质蛋白质分解分解 体内合成氨基酸体内合成氨基酸 (非必需氨基酸非必需氨基酸) -酮酸酮酸 脱氨基作用脱氨基作用 酮酮 体体氧化供能氧化供能糖糖胺胺 类类脱羧基作用脱羧基作用氨氨 尿素尿素代谢转变代谢转变其它含氮化合物其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等) 合成合成 体内氨基酸代谢概况体内氨基酸代谢概况62004年年5月月4日上午，北京大学医学部在生化楼举行刘思职院士诞日上午，北京大学医学部在生化楼举行刘思职院士诞辰辰100周年纪

4、念座谈会暨刘思职院士铜像落成揭幕仪式。全国人周年纪念座谈会暨刘思职院士铜像落成揭幕仪式。全国人大常委会副委员长、北京大学常务副校长韩启德院士和中国生物大常委会副委员长、北京大学常务副校长韩启德院士和中国生物化学与分子生物学前任理事长邹承鲁院士为铜像揭幕。化学与分子生物学前任理事长邹承鲁院士为铜像揭幕。 73、整体性、整体性 Integration4、ATP是是“通用高能化合物通用高能化合物”互相联系，相互转变，互相联系，相互转变，彼此制约，协调一致彼此制约，协调一致5、NADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量分解代谢：分解代谢：NAD+合成代谢：合成代谢：NADPH6、代谢调

5、节、代谢调节 Regulation of Metabolism8第二节第二节 代谢途径间的相互联系代谢途径间的相互联系一、糖、脂肪、氨基酸分解代谢具有共同通路一、糖、脂肪、氨基酸分解代谢具有共同通路多糖多糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质葡萄糖葡萄糖甘油甘油脂肪酸脂肪酸氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA三羧酸循环三羧酸循环CO2H2O氧氧化化磷磷酸酸化化ATPHATP9二、任一供能物质的代谢占优势，常能减少其二、任一供能物质的代谢占优势，常能减少其 它供能物质的降解它供能物质的降解糖类糖类蛋白质蛋白质脂肪脂肪三、三羧酸循环是联系糖、脂、氨基酸代谢的纽带三、三羧酸循环是联系糖、脂、氨基酸代谢的纽带10琥珀酰琥珀酰C

6、oA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯乙酰乙酰乙酰乙酰CoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸甘氨酸甘氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸 蛋氨酸蛋氨酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸酮体酮体亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸 谷

7、氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸 脯氨酸脯氨酸CO2CO2T A C11葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrPheVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸12第三节第三节 器官间的代谢联系、特点及其调整器官间的代谢联系、特点及其调整 Interconnection、Features and Harmonization Among Organs一、各器官间的代谢联系一、各器官间的代谢联系Metabo

8、lic Connection Among Organs 各器官的代谢并非孤立进行，而是相互联系各器官的代谢并非孤立进行，而是相互联系 肝脏是调节和联系全身器官代谢的中枢性器官肝脏是调节和联系全身器官代谢的中枢性器官13141516一、各器官的代谢特点一、各器官的代谢特点Metabolic Features of Organs 骨骼肌骨骼肌 Skeletal Muscle 合成、储存糖原；合成、储存糖原； 肌糖原不能直接生成自由葡萄糖肌糖原不能直接生成自由葡萄糖 （缺乏葡萄糖（缺乏葡萄糖-6-6-磷酸酶）磷酸酶） 通常以脂肪酸氧化为主要供能方式；通常以脂肪酸氧化为主要供能方式； 剧烈运动时，以糖

9、酵解为主。剧烈运动时，以糖酵解为主。17 心肌心肌 Cardiac Muscle酮体酮体乳酸乳酸 游离脂肪酸游离脂肪酸葡萄糖葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能为主以葡萄糖有氧氧化供能为主18 脑脑 Brain耗能大，耗氧多。耗能大，耗氧多。（耗氧量占全身耗氧量的（耗氧量占全身耗氧量的20%25%20%25%）葡萄糖为主要能源。葡萄糖为主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。19 肝肝 liver 代谢枢纽，耗氧多（占全身的代谢枢纽，耗氧多（占全身的20%20%） 葡萄糖、脂肪酸、甘油、氨基酸为供能物质葡萄糖、脂肪酸、甘油、氨基酸为供能物质 不能利用

10、酮体不能利用酮体 可进行糖异生、酮体生成可进行糖异生、酮体生成20 红细胞红细胞 erythrocyte 葡萄糖酵解为主要能源葡萄糖酵解为主要能源不能利用脂肪酸或其它非糖物质供能不能利用脂肪酸或其它非糖物质供能21 肾肾 kidney也可进行糖异生和生成酮体；也可进行糖异生和生成酮体；肾髓质无线粒体，主要由糖酵解供能；肾髓质无线粒体，主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂肪酸、酮体有氧氧化供能。肾皮质主要由脂肪酸、酮体有氧氧化供能。22三、不同生理或病理状态时代谢的调整三、不同生理或病理状态时代谢的调整23第四节第四节 代谢调节代谢调节 细胞水平细胞水平 细胞内酶的调节细胞内酶的调节 激素水平激素水

11、平 协调细胞、组织、器官之间的代谢协调细胞、组织、器官之间的代谢 整体水平整体水平 由酶、激素及神经系统构成的调节网络由酶、激素及神经系统构成的调节网络Regulation of Metabolism24一、细胞水平的调节（酶的调节）一、细胞水平的调节（酶的调节） 酶结构的调节酶结构的调节 变构调节变构调节 化学修饰化学修饰 酶量的调节酶量的调节 合成合成 降解降解 酶的分布酶的分布Metabolic Regulation at the Cellular level25（一）酶结构的调节（一）酶结构的调节 小分子化合物与酶蛋白的调节亚基或调节部位进行小分子化合物与酶蛋白的调节亚基或调节部位进行

12、 非共价结合，引起酶构象变化，从而改变酶的活性。非共价结合，引起酶构象变化，从而改变酶的活性。变构酶变构酶 allosteric enzyme变构剂变构剂 变构激活剂变构激活剂 allosteric activator 变构抑制剂变构抑制剂 allosteric inhibitor 1、变构调节、变构调节Allosteric regulation26变构调节的特点变构调节的特点 变构酶的调节亚基与变构剂以非共价形式结合变构酶的调节亚基与变构剂以非共价形式结合 快速调节快速调节 变构剂与酶分子的结合是可逆的变构剂与酶分子的结合是可逆的 变构酶催化的反应通常是不可逆反应或限速反应变构酶催化的反应通

13、常是不可逆反应或限速反应 作用效应短暂作用效应短暂 变构剂多为代谢物（反馈调节）变构剂多为代谢物（反馈调节） 反应动力学不遵循米反应动力学不遵循米-曼方程曼方程V=Vmax S Km + S272、化学修饰、化学修饰 Chemical Modification酶蛋白肽链上某些氨基酸残基在其它酶的催化下发生酶蛋白肽链上某些氨基酸残基在其它酶的催化下发生 共价修饰，从而引起酶活性的改变，称为酶的化学修饰共价修饰，从而引起酶活性的改变，称为酶的化学修饰OHThrSerTyrH2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶PThrSerTyr2829化学修饰的特点化学修饰的特点 多种形

14、式：磷酸化、甲基化、乙酰化、腺苷化多种形式：磷酸化、甲基化、乙酰化、腺苷化 快速调节快速调节 不可逆，如果逆行，需其它酶催化不可逆，如果逆行，需其它酶催化 催化的反应较别构酶广泛，不限于限速反应催化的反应较别构酶广泛，不限于限速反应 催化效率高，并级联放大催化效率高，并级联放大30磷酸化磷酸化去磷酸去磷酸糖原合成酶（糖原合成限速酶）磷酸化酶（糖原分解限速酶）无活性无活性有活性有活性有活性有活性无活性无活性31同工酶的调节同工酶的调节催化相同的化学反应，但分子结构、理化性质和免疫学性质催化相同的化学反应，但分子结构、理化性质和免疫学性质不同的一组酶。不同的一组酶。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶LDH1 L

15、DH2 LDH3 LDH4 LDH5 H4 H3M H2M2 HM3 M4心肌、肝脏心肌、肝脏骨骼肌骨骼肌意义意义不同组织、细胞有不同的代谢特点不同组织、细胞有不同的代谢特点乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸32（二）酶量的调节（二）酶量的调节 迟缓调节迟缓调节 酶的合成与降解酶的合成与降解（三）酶在亚细胞结构中的隔离分布（三）酶在亚细胞结构中的隔离分布各类代谢互不干扰各类代谢互不干扰作用物在局部浓集作用物在局部浓集33二、激素水平的调节二、激素水平的调节信息分子作用方式（距离）：信息分子作用方式（距离）：内分泌（激素）：内分泌（激素）：远距离调节远距离调节 旁分泌：旁分泌：作用于邻近细

16、胞作用于邻近细胞自分泌：自分泌：作用于自身细胞作用于自身细胞细胞间的直接接触细胞间的直接接触生长激素：代谢生长激素：代谢生长因子生长因子34激素调节模式激素调节模式膜受体膜受体 非膜受体非膜受体激素激素 +信号传递途径信号传递途径生物学效应生物学效应35Membrane ReceptorNuclear Receptor36三、整体调节三、整体调节机体内各细胞、各组织、各器官之间的物质机体内各细胞、各组织、各器官之间的物质代谢，不是孤立的、各自为政的，而是相互代谢，不是孤立的、各自为政的，而是相互协调、相互联系、相互制约，构成一个统一协调、相互联系、相互制约，构成一个统一的整体，以维持整体的生命

17、活动的整体，以维持整体的生命活动神经体液神经体液37饥饿饥饿 starvation1. 短期饥饿（短期饥饿（13天）天）饥饿第饥饿第1天天 肝糖原耗竭，血糖水平肝糖原耗竭，血糖水平胰高血糖素胰高血糖素，胰岛素，胰岛素肌肉摄取葡萄糖肌肉摄取葡萄糖脂肪动员脂肪动员糖异生糖异生蛋白质分解蛋白质分解饥饿第饥饿第3天天 脂肪动员进一步增加脂肪动员进一步增加 酮体逐渐成为脑、心、肾、肌酮体逐渐成为脑、心、肾、肌 肉等的重要供能物质肉等的重要供能物质3839402. 长期饥饿（一周以上）长期饥饿（一周以上） 蛋白质降解减少，以保证人体基本生理功能蛋白质降解减少，以保证人体基本生理功能 脂肪分解和酮体生成进一

18、步增多脂肪分解和酮体生成进一步增多 脑组织以酮体为主要能源，肌肉以脂肪酸为主要能源脑组织以酮体为主要能源，肌肉以脂肪酸为主要能源 肾的糖异生作用明显增强肾的糖异生作用明显增强 血糖维持在较低水平血糖维持在较低水平 生命维持时间的长短主要取决于生命维持时间的长短主要取决于体内脂肪储存量的多少体内脂肪储存量的多少41四、代谢调节障碍四、代谢调节障碍 糖尿病糖尿病 甲状腺机能亢进甲状腺机能亢进 酮症酮症 高脂蛋白血症高脂蛋白血症 白化病白化病 苯酮酸尿症苯酮酸尿症 肥胖症肥胖症 leptin（瘦蛋白）基因缺陷（瘦蛋白）基因缺陷42本章重点本章重点 物质代谢的特点及相互联系物质代谢的特点及相互联系 物

19、质代谢细胞水平的调节物质代谢细胞水平的调节 变构调节（概念、特点）变构调节（概念、特点） 化学修饰（概念、特点）化学修饰（概念、特点） 以饥饿为例说明机体物质代谢的整体调节以饥饿为例说明机体物质代谢的整体调节43代谢途径的关键酶代谢途径的关键酶代谢途径代谢途径关键酶关键酶糖原分解糖原分解糖原合成糖原合成糖酵解糖酵解糖有氧氧化糖有氧氧化糖异生糖异生磷酸化酶磷酸化酶糖原合酶糖原合酶己糖激酶、磷酸果糖激酶己糖激酶、磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸合酶、丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、 -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙

20、酮酸羧激酶、丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖二磷酸酶、葡萄糖果糖二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶44代谢途径的关键酶代谢途径的关键酶代谢途径代谢途径关键酶关键酶脂肪动员脂肪动员脂肪酸分解脂肪酸分解脂肪酸合成脂肪酸合成胆固醇合成胆固醇合成尿素合成尿素合成嘌呤核苷酸合成嘌呤核苷酸合成嘧啶核苷酸合成嘧啶核苷酸合成甘油三酯脂肪酶甘油三酯脂肪酶肉碱脂酰转移酶肉碱脂酰转移酶I乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶HMG-CoA还原酶还原酶氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶IPRPP合酶、酰胺转移酶合酶、酰胺转移酶氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶II、天冬氨酸氨基甲酰转移酶天冬氨酸氨基甲酰转移酶PRP

21、P合酶合酶45The Cycles In Metabolism Tricarboxylic acid cycle (Citric acid cycle, Krebs cycle) Citrate pyruvate cycle -glutamyl cycle Purine nucleotide cycle Glucose-alanine cycle Ornithine cycle ( Urea cycle) Methionine cycle46Tricarboxylic Acid Cycle47Citrate pyruvate cycle NAD+NADH + H+CH3COSCoACoASH柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸苹果酸苹果酸