物质代谢的联系和调节

本章主要内容物质代谢相互联络代谢调整普通原理激素作用与受体细胞信号传导系统物质代谢的联系和调节第1页1.1物质代谢基本目标1.1.1生成ATP

ATP被称之为“通用能量货币”

1.1.2生成还原辅酶

动物机体代谢过程中所产生还原力，其代表性物质是辅酶（NADPH+H+）

1.1.3产生生物合成前体小分子

1物质代谢相互联络物质代谢的联系和调节第2页1.2物质代谢相互联络1物质代谢相互联络物质代谢的联系和调节第3页1.2.1糖代谢与脂代谢

糖与脂类联络最为亲密，糖能够转变成脂类。当有过量葡萄糖摄入时，糖分解代谢产物磷酸二羟丙酮还原成α-磷酸甘油。丙酮酸氧化脱羧转变为乙酰CoA，在线粒体中合成脂酰CoA。α-磷酸甘油与脂酰CoA再用来合成甘油三酯。乙酰CoA也是合成胆固醇原料。磷酸戊糖路径还为脂肪酸、胆固醇合成提供了所需NADPH。

在动物体内脂肪转变成葡萄糖是有程度。脂肪分解产物包含甘油和脂肪酸。其中甘油是生糖物质。奇数脂肪酸丙酸能够经甲基丙二酸单酰CoA路径进入异生过程生成葡萄糖（比如在反刍动物）。然而偶数脂肪酸β-氧化产生乙酰CoA不能净合成糖,因为乙酰CoA不能逆转再生成丙酮酸。尽管有试验显示，同位素标识乙酰CoA碳原子最终似乎掺入到了葡萄糖分子中去，但其前提是必须向三羧酸循环中补充如草酰乙酸等有机酸，而动物体内草酰乙酸又主要由糖代谢代谢中间产物丙酮酸羧化后得到。

物质代谢的联系和调节第4页1.2.2糖代谢与氨基酸代谢

糖分解代谢中间产物，α-酮酸能够作为“碳骨架”，经过转氨基或氨基化作用进而转变成非必需氨基酸。

不过当动物缺乏糖摄入（如饥饿）时，体蛋白分解加强。已知组成蛋白质20种氨基酸中，除赖氨酸和亮氨酸以外，其余都能够经过脱氨基作用最终直接地或间接地转变成糖异生路径中某个中间产物，再沿异生路径合成糖，以满足机体对葡萄糖需要和维持血糖水平稳定。糖供给不足，不但非必需氨基酸合成降低，而且因为细胞能量水平下降，使需要消耗大量高能磷酸化合物（ATP和GTP）蛋白质合成速率受到显著抑制。

物质代谢的联系和调节第5页1.2.3脂代谢与氨基酸代谢

生酮氨基酸能够经过解酮作用转变成乙酰CoA之后合成脂肪酸，生糖氨基酸既然能异生成糖，自然也能够转变成脂肪。另外，蛋氨酸，丝氨酸等还是合成磷脂原料。甘油能够经过糖代谢路径为合成一些非必需氨基酸提供碳骨架。

动物组织难以利用脂肪酸合成氨基酸。这是因为脂肪酸分解生成乙酰CoA要进入三羧酸循环分解，假如再由循环中中间产物形成氨基酸必定要消耗循环中有机酸（如草酰乙酸等α-酮酸），而如无其它起源补充，反应则不能连续下去。物质代谢的联系和调节第6页1.2.4核苷酸代谢与其它物质代谢

核苷酸既是核酸基本组成单位，也在调整代谢中起主要作用。ATP是能量通用货币和转移磷酸基团主要分子，UTP参加单糖转变和多糖合成，CTP参加磷脂合成，而GTP为蛋白质多肽链生物合成所必需。许多主要辅酶辅基，如CoA、NAD、FAD等都是腺嘌呤核苷酸衍生物，参加酶催化作用。环核苷酸，如cAMP，cGMP作为胞内信号分子（第二信使）参加细胞信号传导。糖代谢为核苷酸合成提供了磷酸核糖（及脱氧核糖）和NADPH还原力。甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺等参加嘌呤和嘧啶环合成，各种酶和蛋白因子参加了核酸生物合成（复制和转录），糖、脂等燃料分子为核酸生物学功效实现提供了能量确保。

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糖、脂类和蛋白质代谢之间相互影响主要表现在能量供给上。动物所需要能量约70％以上是由糖供给。当饲料中糖类供给充分时，机体以糖作为能量主要起源，而脂肪和蛋白质分解供能较少。糖供给量超出机体需要时，则能够转变成脂肪作为能量贮备。糖类供给不足或饥饿时，首先动员脂肪分解供能，另首先动用机体蛋白分解异生成糖。连续饥饿，体内脂肪分解大大加紧，甚至会出现酮血症。普通情况下，饲料蛋白质主要营养作用是满足动物生长、修补和更新组织需要。合成蛋白质需要能量，主要依靠糖，其次是脂肪。蛋白质合成代谢增强时，首先是糖分解代谢必定增强，除了提供其所需要能量外，还可合成非必需氨基酸作为蛋白质合成原料。可见，饲料中能源物质不足时，会影响蛋白质合成。1.2.5营养物质之间相互影响物质代谢的联系和调节第8页2动物代谢调整普通原理2.1代谢调整实质

动物代谢过程表现为机体不停从外界摄入营养物质，然后在体内经由不一样代谢路径进行转变，又不停地把代谢产物排出体外和释放热量。这种状态称为恒态（stablestate）。恒态是机体代谢基本状态。恒态破坏意味着疾病或机体死亡。机体经过代谢调整维持恒态。代谢调整主要是对代谢路径中酶进行调整，包含酶活性和酶量。尤其是路径中关键酶（限速酶、调整酶），使他们活性不致过高或过低，不会缺乏也不会不适时表示，以保持整个机体代谢以恒态方式进行。代谢调整实质，就是把体内酶组织起来，在统一指挥下，相互协作，方便使整个代谢过程适应生理活动需要。

物质代谢的联系和调节第9页2.2代谢调整方式2.2.1细胞水平调整酶区室化（compartmentalizing）动物细胞膜结构把细胞分为许多区域，称为酶区室化。酶区室化作用确保了代谢路径定向和有序，也使合成路径和分解路径彼此独立、分开进行。

酶活性调整

变构调整和共价修饰调整是对关键酶活性调整两种主要方式。

酶含量调整即调整酶合成，因为细胞内酶含量普通与其活性呈正相关。物质代谢的联系和调节第10页2.2.2激素水平调整

激素（hormone）经过血液抵达其专一作用组织和细胞，称为靶组织（targettissue）、靶细胞（targetcell），与其特异受体结合，引发细胞内代谢改变，于是引发生理效应。

2.2.3整体水平调整

在中枢神经系统控制下，经过神经递质（neurotransmitter）或激素对靶组织、靶细胞直接发生影响来调整其代谢及功效，并经过各种激素相互协调而对机体代谢进行综合调整，这种调整称为整体水平代谢调整。因为神经和激素对于内外环境改变有十分敏锐反应，依据这些改变来调整代谢过程，使机体成为一个整体，各个组织器官代谢相互协调配合，以适应环境改变。

物质代谢的联系和调节第11页3.细胞信号传导

信号传导实现细胞之间通讯联络，使多细胞生物对外界环境改变能够作出协同一致反应。细胞信号传导系统包含信号分子、受体、第二信使分子、胞内靶蛋白或靶酶等。3.1信号分子（signalmolecules）

激素（胰岛素、肾上腺素等）生长因子（生长激素、上皮生长因子等）细胞因子（白细胞介素、肿瘤坏死因子等）神经递质（乙酰胆碱、5-羟色胺等）气体分子（NO、CO等）物质代谢的联系和调节第12页3.2受体（receptor）

是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒素、药品等）并与之结合生物大分子，主要是蛋白质。大多数受体位于细胞膜上，少部分在胞内或核内。3.2.1受体特点

亲和性——与配体（ligand）有极高亲和力；

专一性——

存在于特定组织细胞膜上或胞内。这些细胞或组织称为靶组织、靶细胞；效应性——受体一旦与配体结合（可逆地）即引发细胞生理效应物质代谢的联系和调节第13页

门控通道型受体（膜上）

如乙酰胆碱受体

G蛋白偶联型受体（膜上）如肾上腺素受体酪氨酸激酶型受体（膜上）

如生长激素受体

DNA转录调整型受体（核内）如雌激素受体受体类型3.2.2受体类型物质代谢的联系和调节第14页膜上受体三种类型门控通道型G蛋白偶联型酪氨酸激酶型物质代谢的联系和调节第15页G蛋白分布极广，参加细胞物质代谢调整和基因转录调控3.3G蛋白偶联型受体系统3.3.1G蛋白全称为GTP结合调整蛋白，是位于细胞膜胞浆面外周蛋白，是由（αβγ）

3个亚基组成三聚体，α结合GTP时，与βγ

分离，成为活性形式，而结合GDP时，又与βγ结合成3聚体，成为非活性形式。物质代谢的联系和调节第16页与G蛋白偶联受体结构特点胞外——结合配体部分胞内——与G蛋白作用部分过膜——七段螺旋

物质代谢的联系和调节第17页蛋白激酶A（PKA）路径IP3-钙离子/钙调蛋白激酶路径蛋白激酶C路径3.3.2由G蛋白介导可激活一些信号传导路径物质代谢的联系和调节第18页配体与受体结合G蛋白活化（交换GTP/GDP）结合并激活AC（腺苷酸环化酶）生成cAMP（第二信使）激活蛋白激酶A（PKA）发挥生理调整作用蛋白激酶A(PKA)路径（cAMP-PKA路径）物质代谢的联系和调节第19页第二信使cAMP激活蛋白激酶A机制

——PKA变构激活

R表示调整亚基，C表示催化亚基物质代谢的联系和调节第20页由激活蛋白激酶A引发一系列酶级联放大效应促进糖原快速分解

注意：一系列酶经过磷酸化被化学修饰从而改变了活性物质代谢的联系和调节第21页IP3-钙离子/钙调蛋白激酶路径蛋白激酶C路径物质代谢的联系和调节第22页第二信使IP3

和DG产生物质代谢的联系和调节第23页

酪氨酸蛋白激酶受体结构特点