代谢和调控总论

第十三章代谢和代谢调控总论葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸甘油脂酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬酰氨第一节新陈代谢的概念和研究方法一、物质代谢的概念（一）物质代谢的含义（二）同化作用和异化作用（三）合成代谢与分解代谢（四）中间代谢一、物质代谢的概念（一）物质代谢的含义

新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，指生物与周围环境进行物质交换过程。通过消化吸收，中间代谢和排泄等四个阶段完成

中间代谢是外源性物质和内源性物质在生物体进行一系列化学变化的过程，物质在生物细胞进行代谢转变的过程中，必然伴随着能量变化和转移，前者为物质代谢，后者为能量代谢（二）同化作用与异化作用

新陈代谢包括包括同化作用与异化作用

同化作用（assimilation）生物不断地从外界环境中摄取营养物质，通过消化吸收和一系列生化反应转变成自身组织成分的过程

异化作用（dissimilation）生物将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用生物通过同化作用与异化作用过程不断地进行自我更新同化作用与异化作用是生命活动中一对矛盾的统一体，即时对立的又是统一的，通过同化作用，为异化作用提供物质基础，异化作用为同化作同提供充足的能量（三）合成代谢与分解代谢合成代谢是由小分子物质合成胶大分子物质的过程分解代谢是由大分子物质分解成小分子物质的过程合成代谢需要消耗能量，分解代谢伴随着能量的释放从同化作用与异化作用的生化代谢过程来看，同化作用以合成代谢为主，也包含有一定的分解过程，异化作用以分解代谢为主，也包含有一定的合成代谢过程新陈代谢同化作用异化作用物质合成吸收能量物质分解释放能量物质代谢能量代谢二、物质代谢的特点（一）整体性

糖类

脂类蛋白质水

无机盐维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存。

消化吸收中间代谢废物排泄（二）代谢途径的多样性1、直线途径：从起始物到终产物，整个反应过程无代谢支路．如DNA的生物合成,RNA的生物合成及蛋白质的生物合成２、分支途径：代谢物可通过某个共同中间产物进行代谢分途，产生２种或更多种产物．如由葡萄糖代谢产生的丙酮酸，可经不同的代谢途径生成不同的产物．３、循环途径:循环中的中间产物可反复生成,反复利用,使生物体能经济高效的进行代谢转变.如TAC（三）物质代谢的组织特异性各组织器官的分化不同，所含酶类的种类含量各有差异，导致各组织、器官具有不同的代谢特点．结构不同酶系的种类、含量不同不同的组织、器官代谢途径不同、功能各异例如肝脏：糖原合成、分解，酮体生成。脑组织：以葡萄糖供能为主。对氨敏感。结构不同酶系的种类、含量不同不同的组织、器官代谢途径不同、功能各异例如肝脏：糖原合成、分解，酮体生成。脑组织：以葡萄糖供能为主。对氨敏感。机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度内外环境不断变化影响机体代谢适应环境的变化（四）代谢的可调节性机体内存在一套精细完善的调节机制，从而保证错综复杂的物质代谢得以有条不紊地进行．ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。（五）ATP是机体能量利用的共同形式三、能量代谢的概念在物质代谢过程中伴有的能量交换称为能量代谢在机体的代谢过程中，合成代谢所吸收的自由能由分解代谢所释放的自由能供给。自由能的交换以ATP的形式进行物质代谢和能量代谢是密不可分的

基础代谢：机体在基础状态下的能量代谢称为基础代谢

基础状态的条件：①清晨空腹，即禁食12～14h，前一天应清淡、不要太饱的饮食，以排除食物特殊动力效应的影响②平卧，全身肌肉放松，尽力排除肌肉活动的影响③清醒且情绪安闲，以排除精神紧张的影响④室温20-25℃，排除环境温度的影响正常人基础代谢每24小时5900-7500KJ（1400-1800千卡）热能重体力劳动者每小时能量的消耗超过200KJ（500千卡）四、物质代谢的研究方法代谢研究的关键是分析技术，现已发展到微量超微量甚至单分子的分析，在生物学研究方面，常用的实验技术有：超速离心法同位素（放射性核素）示踪法放射免疫测定法气质联用测定法（GC/MS）液质联用测定法(LC/MS)

核磁共振分析法利用正常机体的方法利用正常机体的方法使用病变动物切除器官法脏器灌注法组织切片或匀浆法纯酶法及酶抑制剂法同位素示踪法使用亚细胞成分的方法致突变法转基因和基因敲除法第二节物质代谢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

三大营养素在能量代谢上相互联系从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。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。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）糖与氨基酸代谢的相互联系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(必需氨基酸只能从食物中摄取).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（二）糖代谢与脂代谢的相互联系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.糖可以转变为胆固醇,能为磷脂合成提供原料.4.胆固醇不能转变为糖,甘油磷脂中的甘油可以异生成糖.5.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

氧化受阻脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物氨基酸乙酰CoA脂肪1.氨基酸可以转变为脂肪(生酮氨基酸亮氨酸和赖氨酸只能转变为脂酸)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）脂类与氨基酸代谢的相互联系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）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系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第三节代谢调控总论代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。进化越高的生物其代谢调节机制就越复杂。单细胞生物主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶活力及酶的合成量进行调节，这种调节称为细胞水平代谢调节，是最为原始的代谢调节方式，同时也是一切其他高级调节的基础。高等生物——

三级水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢调节 高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。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、细胞水平的代谢调节•细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节。•细胞内酶呈隔离分布。•代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(keyenzyme)的活性决定。•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。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。多酶体系在细胞内的分布

酶的隔离分布的意义

——避免了各种代谢途径互相干扰。①速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶(limitingvelocityenzymes)。②催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。③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。关键酶催化的反应具有以下特点：代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定。

快速代谢：

迟缓代谢：通过改变酶的活性通过改变酶的含量变构调节化学修饰调节

酶活力的调节

酶含量的调节数秒、数分钟数小时、几天酶蛋白合成的调节酶蛋白降解的调节•细胞水平上的代谢调节主要是对关键酶活性或含量的调节。主要有两种调节方式：（一）酶活力的调节1、反馈调节与变构酶反馈调节是指代谢产物对催化其生成的酶的调节作用

反馈抑制(负反馈作用)

反馈激活(正反馈作用)ABGFJDCH---E1E3E2反馈抑制AB•

•

•

•

•GCD反馈激活例1：糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶例2：乙酰CoA的积累激活PEP羧激酶

++E反馈性调节机理主要是通过酶的变构效应来实现的变构调节的概念

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。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。•酶分子上与效应剂结合的部位称为变构部位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反馈调节中酶活性调节的机制代谢物别构中心活性中心

变构调节的生理意义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；能量有效利用，各代谢途径协调乙酰CoA

乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA长链脂酰CoA2CH3-COCOACH3-CO-CH3-COCOACH3-COCOAHMGCOAMVA鲨烯胆固醇HMGCOA还原酶_

胆固醇对肝脏生成其的合成代谢的限速酶HMGCOA还原酶的反馈性抑制作用

大肠杆菌CTP生物合成的反馈性抑制作用天冬氨酸+氨基甲酰磷酸氨基甲酰天冬氨酸UMPCTPUTPUDP天冬氨酸氨基甲酰转移酶（ATC酶）—ATP可与CTP竞争性的和ATC酶结合解除CTP对ATC酶的抑制作用

大肠杆菌天冬氨酸代谢的反馈调控天冬氨酸激酶--a-酮丁酸大肠杆菌天冬氨酸生成赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和异亮氨酸的反应，是分支连锁反应，除反应起始阶段的反馈调节作用外，分支步骤也存在相互协调的反馈抑制作用（1）协同反馈抑制作用两个或两个以上的产物对同一个起始反应的酶的同时进行反馈调节互相有协调促进作用，反馈作用大于各个产物单独作用之和（2）顺序反馈抑制作用对于一个连续代谢过程，每一步反应生成的中间产物对生成它的酶都有一个反馈抑制作用，从而造成终产物的反馈抑制作用逆向于连续反应的传递

2、ATP、ADP和AMP的调节作用除了产物的反馈抑制作用外，许多代谢物都可作为变构效应剂，对代谢进行调节，如ATP、ADP和AMP可通过作为许多酶的别构效应剂，对代谢进行调节，如ATP通过对糖分解代谢几个关键酶的别构抑制作用和ADP、AMP对糖代谢几个关键酶的别构激动作用，来调节糖分解代谢的速率3、酶的共价修饰调节（化学修饰调节）概念：酶蛋白肽链上某些基团在酶的催化下发生 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–互变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

化学修饰的特点①酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。②作用迅速，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。酶级联系统调控示意图由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456（二）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和阻遏Ⅱ产物对酶合成的阻遏Ⅲ激素对酶合成的诱导Ⅳ药物对酶合成的诱导Ⅰ底物对酶合成的诱导这种调节普遍存在与