生物化学 第九章物质代谢的联系与调节

第九章物质代谢的联系与调节MetabolicInterrelationshipsandRegulation目的要求1.掌握酶的变构调节的概念、机制和生理意义2.掌握酶的化学修饰调节的概念、特点3.熟悉酶蛋白合成的诱导和阻遏4.熟悉饥饿和应激状态下的整体调节5.了解物质代谢的特点物质代谢的特点第一节TheSpecialtyofMetabolism物质代谢的特点(一)整体性

(二)代谢调节

(三)各组织、器官物质代谢各具特色（四）各种代谢物均具有共同的代谢池（五）ATP是机体储存能量及消耗能量的共同的形式本节内容自学物质代谢的相互联系第二节MetabolicInterrelationships一.在能量代谢上的相互联系三大营养素共同中间产物共同最终代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2三大营养素可在体内氧化供能供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗脂肪分解增强ATP增多ATP/ADP比值增高任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。糖分解被抑制

6-磷酸果糖激酶-1被抑制(糖分解代谢限速酶之一)例如：饥饿时：

肝糖原分解，肌糖原分解

肝糖异生，蛋白质分解以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低1~2天3~4周

（一）糖代谢与脂代谢的相互联系二.糖、脂和蛋白质之间的相互联系（二）糖与氨基酸代谢的相互联系（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系（四）核酸与氨基酸代谢的相互联系（一）体内糖可转变脂肪，但（偶数）脂肪酸不能转变成糖

1.摄入的糖量超过能量消耗时：葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）2.脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡萄糖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：高酮血症草酰乙酸相对不足糖不足脂肪大量动员酮体生成增加氧化受阻（二）体内糖与大部分氨基酸碳架部分可以相互转变例如：丙氨酸丙酮酸脱氨基糖异生葡萄糖1.大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的α-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糖丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA柠檬酸α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸氨基酸乙酰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（三）脂类不能转变成氨基酸，但氨基酸能转变成脂肪——

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α-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（四）某些氨基酸是核苷酸/核酸合成的前体1.氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶2.磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸组织、器官的代谢特点及联系MetabolicSpecialtyandInterrelationshipsofTissuesandApparatus第三节本节内容自学1.肝：是机体物质代谢的枢纽2.心：依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖为能源物质。3.脑：几乎以葡萄糖为唯一功能物质，长期饥饿时利用酮体。4.肌：主要利用脂酸作为供能物质。5.红细胞：能量主要来自葡萄糖的酵解途径。6.脂肪：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。代谢调节

第四节TheRegulationofMetabolism

代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。高等生物代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢调节

整体水平代谢调节主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及其含量进行调节，这种调节称为细胞水平代谢调节。一.细胞水平代谢调节㈠细胞内酶的隔离分布

代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域。多酶体系分布多酶体系分布DNA及RNA合成细胞核糖酵解胞液蛋白质合成内质网，胞液戊糖磷酸途径胞液糖原合成胞液糖异生胞液脂酸合成胞液脂酸β氧化线粒体胆固醇合成内质网，胞液多种水解酶溶酶体磷脂合成内质网三羧酸循环线粒体血红素合成胞液，线粒体氧化磷酸化线粒体尿素合成胞液，线粒体呼吸链线粒体主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布②有利于各种代谢途径中酶作用相互协调胞浆内磷酸戊糖途径：产生大量NADPH脂肪酸合成：需要大量的NADPH酶的隔离分布的意义：①避免各种代谢途径相互干扰。如合成胞浆：乙酰CoA脂肪酸β-氧化线粒体：脂肪酸乙酰CoA

代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中一种或几种酶催化的反应所决定。则这种（些）具有调节作用的酶称为关键酶

(keyenzymes)或调节酶（regulatoryenzymes)关键酶及限速酶的概念：1.活性低：关键酶酶催化的反应速度最慢，限制着该途径的总速度，因此又称为限速酶（limitingvelocityenzymes)。2.催化单向反应，决定整个代谢途径的方向。3.受底物和代谢产物等各种效应剂的调节。关键酶的特点：代谢途径关键酶糖原降解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖酵解己糖激酶磷酸果糖激酶-1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双磷酸酶-1脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶胆固醇合成HMG辅酶A还原酶某些重要代谢途径的关键酶快速调节迟缓调节调节发生时间调节的实质调节的方式数秒或数分钟内数小时或数天内改变酶的分子结构改变酶的含量变构调节蛋白合成的诱导和阻遏化学修饰调节酶蛋白的降解代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的1.变构调节的概念小分子化合物与酶分子活性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，这种调节称为酶的变构调节或别构调节(allostericregulation)（二）关键酶的变构调节被调节的酶称为变构酶或别构酶

(allostericenzyme)使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂

(allostericeffector)

变构激活剂——引起酶活性增加的变构效应剂。变构抑制剂——引起酶活性降低的变构效应剂。代谢途径变构酶变构激活剂变构抑制剂糖酵解己糖激酶AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶-1FDP柠檬酸丙酮酸激酶ATP，乙酰CoA三羧酸循环柠檬酸合酶AMPATP，长链脂酰CoA异柠檬酸脱氢酶AMP，ADPATP糖异生丙酮酸羧化酶乙酰CoA，ATPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP，G-1-P，PiATP，G-6-P脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶柠檬酸，异柠檬酸长链脂酰CoA氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶ADP，亮氨酸，蛋氨酸GTP，ATP，NADH嘌呤合成谷氨酰胺PRPP酰胺转移酶AMP，GMP嘧啶合成天冬氨酸转甲酰酶CTP，UTP核酸合成脱氧胸苷激酶dCTP，dATPdTTP一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂2.变构调节的机制变构酶催化亚基调节亚基变构效应剂：底物、终产物其他小分子代谢物变构效应剂+酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化3.变构调节的生理意义(1)代谢终产物反馈抑制反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。乙酰CoA乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA长链脂酰CoA

(2)变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促进糖的储存(3)变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化

乙酰辅酶A

羧化酶

促进脂酸的合成（三）酶的化学修饰调节1.化学修饰的概念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，这种调节称为酶的化学修饰。2.化学修饰的主要方式磷酸化--去磷酸乙酰化--脱乙酰甲基化--去甲基腺苷化--脱腺苷

SH与–S—S–

变酶的磷酸化与脱磷酸化酶化学修饰类型酶活性改变糖原磷酸化酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制糖原合酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活丙酮酸脱羧酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活磷酸果糖激酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活丙酮酸脱氢酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活HMG-CoA还原酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活HMG-CoA还原酶激酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活脂肪细胞甘油三酯脂肪酶磷酸化/脱磷酸激活/抑制黄嘌呤氧化脱氢酶SH/-S-S-脱氢酶/氧化酶酶促化学修饰对酶活性的调节酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶

ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白3.化学修饰的特点（1）属于化学修饰的酶具有无活性（低活性）和有活性（高活性）两种形式；且这两种形式在不同酶的作用下可互相转变。丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATPADPPi磷蛋白磷酸酶（无活性）（有活性）

胰高血糖素PKA,CaM激酶P(2)具有放大效应，效率较变构调节高。(3)磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。（四）酶量的调节1.酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer)减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor)常见的诱导或阻遏方式Ⅰ

底物对酶合成的诱导:尿素循环的酶Ⅱ产物对酶合成的阻遏:胆固醇可阻遏HMG-CoA还原酶Ⅲ激素对酶合成的诱导:Ⅳ药物对酶合成的诱导

2.酶蛋白降解溶酶体蛋白酶体——

释放蛋白水解酶，降解酶蛋白——

泛素识别、结合待降解的酶蛋白，通过改变酶蛋白的降解速度，也能调节酶的含量。

（多种蛋白水解酶）蛋白酶体降解酶蛋白质内、外环境改变机体相关组织分泌激素激素与靶细胞上的受体结合靶细胞产生生物学效应，适应内外环境改变激素作用机制：二、激素通过作用特异受体调节代谢过程激素分类

Ι

膜受体激素

Ⅱ胞内受体激素按激素受体在细胞的部位不同，分为：1.膜受体激素(cAMP)

2.胞内受体激素的作用方式三.整体水平代谢调节

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，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节（一）饥饿糖原消耗血糖趋于降低胰岛素分泌减少胰高血糖素分泌增加

引起一系列的代谢变化1.短期饥饿（1～3天）

（1）脂代谢变化脂肪动员