12.第十章-代谢的整合与调节

第十章代谢的整合与调节(IntegrationandRegulationofMetabolism)目录第一节代谢的整体性第二节代谢调节的主要方式第三节体内重要组织和器官的代谢特点重点难点熟悉了解掌握代谢的整体性代谢调节的方式重要组织器官的代谢特点细胞内物质代谢的调节方式饱食、空腹、饥饿状态下的整体代谢激素调节靶细胞的代谢营养过剩和应激状态下的整体代谢第一节代谢的整体性(IntegrityofMetabolism)一、体内代谢过程互相联系形成一个整体

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（一）代谢的整体性（二）体内各种代谢物都具有共同的代谢池例如：各种组织消化吸收的糖肝糖原分解糖异生血糖（三）体内代谢处于动态平衡例如：血糖3.98~6.11mmol/L食物糖消化吸收

肝糖原分解非糖物质糖异生氧化分解CO2+H2O糖原合成肝(肌)糖原脂类、氨基酸代谢脂肪、氨基酸等磷酸戊糖途径其他糖（四）NADPH提供合成代谢所需的还原当量例如：乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径氧化反应还原反应二、物质代谢与能量代谢相互关联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，机体优先利用燃料的次序是糖原（50~70%）、脂肪（10~40%）和蛋白质。供能以糖及脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。

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天一周以上脂肪分解增强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：糖分解增强ATP↑脂酸合成增加，分解抑制抑制异柠檬酸脱氢酶（三羧酸循环关键酶）柠檬酸堆积，出线粒体

激活乙酰CoA羧化酶（脂酸合成关键酶）（一）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：

三、糖、脂和蛋白质代谢之间的联系葡萄糖乙酰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3-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）糖与氨基酸代谢的联系例如：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乙醇胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）脂类与氨基酸代谢的联系——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）核酸与糖、蛋白质代谢的联系

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二节代谢调节的主要方式(TheMainWaysofMetabolicRegulation)代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。单细胞生物高等生物——三级水平代谢调节细胞水平代谢调节(基础，最主要的调节方式)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。（一）各种代谢在细胞内区隔分布是物质代谢及其调节的亚细胞结构基础多酶体系分布多酶体系分布DNA、RNA合成细胞核糖酵解细胞质蛋白质合成内质网、细胞质戊糖磷酸途径细胞质糖原合成细胞质糖异生细胞质、线粒体脂肪酸合成细胞质脂肪酸氧化细胞质、线粒体胆固醇合成内质网、细胞质多种水解酶溶酶体磷脂合成内质网柠檬酸循环线粒体血红素合成细胞质、线粒体氧化磷酸化线粒体尿素合成细胞质、线粒体

酶的这种区隔分布，能避免不同代谢途径之间彼此干扰，使同一代谢途径中的系列酶促反应能够更顺利地连续进行，既提高了代谢途径的进行速度，也有利于调控。①反应速度最慢②催化单向反应或非平衡反应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(限速酶)催化反应的特点：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。（二）关键酶活性决定整个代谢过程的速度和方向某些重要的代谢途径的关键酶代谢途径关键酶糖酵解己糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶丙酮酸氧化脱羧丙酮酸脱氢酶系柠檬酸循环异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶系柠檬酸合酶糖原分解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖异生丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖-1,6-二磷酸酶葡糖-6-磷酸酶脂肪酸合成乙酰辅酶A羧化酶脂肪酸分解肉碱脂酰转移酶I胆固醇合成HMG辅酶A还原酶①快速调节②迟缓调节数秒、数分钟通过改变酶的活性数小时、几天通过改变酶的含量变构调节

(allostericregulation)化学修饰调节

(chemicalmodification)•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。1.别构调节是生物界普遍存在的代谢调节方式（三）别构调节通过别构效应改变关键酶活性

一些小分子化合物能与酶蛋白分子活性中心外的特定部位特异结合，改变酶蛋白分子构象、从而改变酶活性，这种调节称为酶的别构调节(allostericregulation)。

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(allosteric

effector)。•变构激活剂

allosteric

effector

——引起酶活性增加的变构效应剂。•变构抑制剂

allosteric

effector

——引起酶活性降低的变构效应剂。一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂2.别构调节的机制

别构酶催化亚基调节亚基别构效应剂：底物、终产物、其他小分子代谢物别构效应剂+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.别构调节的生理意义①

代谢终产物反馈抑制(feedbackinhibition)

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CoA②别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别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。化学修饰的主要方式：磷酸化---去磷酸化（四）化学修饰调节通过酶促共价修饰调节酶活性酶化学修饰类型酶活性改变糖原磷酸化酶磷酸化/去磷酸化激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化/去磷酸化激活/抑制糖原合酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活丙酮酸脱羧酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活磷酸果糖激酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活丙酮酸脱氢酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活HMG-CoA还原酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活HMG-CoA还原酶激酶磷酸化/去磷酸化激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化/去磷酸化抑制/激活脂肪细胞甘油三酯脂酶磷酸化/去磷酸化激活/抑制磷酸化/去磷酸化修饰对酶活性的调节2.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具有放大效应，效率较变构调节高。③磷酸化与脱磷酸化是最常见的方式。

同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。1.酶蛋白合成的诱导或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)（五）通过改变细胞内酶含量调节酶活性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2.酶蛋白的降解溶酶体蛋白酶体——

释放蛋白水解酶，降解蛋白质——泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。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、激素水平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.膜受体激素信号通过跨膜受体传递调节细胞代谢激素作用方式：如：胰岛素、肾上腺素、生长激素、促性腺激素、促甲状腺激素、甲状旁腺激素、生长因子2.胞内受体激素可影响基因转录调节细胞代谢如：类固醇激素、甲状腺素、VitD3、视黄酸等脂溶性激素三、整体水平的代谢调节整体水平调节：在神经系统主导下，调节激素释放，并通过激素整合不同组织器官的各种代谢，实现整体调节，以适应饱食、空腹、饥饿、营养过剩、应激等状态，维持整体代谢平衡。（一）饱食状态下三大物质代谢与膳食组成有关※混合膳食→胰岛素水平中度升高：（1）机体主要分解葡萄糖供能（2）未被分解的葡萄糖，部分合成肝糖原和肌糖原贮存；部分在肝内合成甘油三酯，以VLDL形式输送至脂肪等组织。（3）吸收的甘油三酯，部分经肝转换成内源性甘油三酯，大部分输送到脂肪组织、骨骼肌等转换、储存或利用。※高糖膳食→胰岛素水平明显升高，胰高血糖素降低：（1）部分葡萄糖合成肌糖原和肝糖原和VLDL（2）大部分葡萄糖直接被输送到脂肪组织、骨骼肌、脑等组织转换成甘油三酯等非糖物质储存或利用。※高蛋白膳食→胰岛素水平中度升高，胰高血糖素水平升高：（1）肝糖原分解补充血糖（2）肝利用氨基酸异生为葡萄糖补充血糖（3）部分氨基酸转化成甘油三酯（4）还有部分氨基酸直接输送到骨骼肌。※高脂膳食→胰岛素水平降低，胰高血糖素水平升高：（1）肝糖原分解补充血糖（2）肌组织氨基酸分解，转化为丙酮酸，输送至肝异生为葡萄糖，补充血糖。（3）吸收的甘油三酯主要输送到脂肪、肌组织等。（4）脂肪组织在接受吸收的甘油三酯同时，也部分分解脂肪成脂肪酸，输送到其他组织。（5）肝氧化脂肪酸，产生酮体。（二）空腹机体物质代谢以糖原分解、糖异生和中度脂肪动员为特征1.餐后6~8h，肝糖原分解补充血糖2.餐后16~24h，糖原分解↓，糖异生↑，补充血糖

脂肪动员↑，产生酮体，供应肌组织骨骼肌分解氨基酸，为糖异生提供原料空腹：通常指餐后12小时以后，体内胰岛素水平降低，胰高血糖素升高。（三）饥饿时机体主要氧化分解脂肪供能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)：脂肪动员增加而减少糖的利用（1）脂代谢变化脂肪动员加强，酮体生成增多（2）糖代谢变化糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低（3）蛋白质代谢变化肌蛋白质分解加强，氨基酸异生成糖2.长期饥饿时（未进食3天以上）（1）蛋白质代谢变化蛋白质分解减少（2）糖代谢变化肝肾糖异生增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸（3）脂代谢变化脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加（四）应激使机体分解代谢加强概念：应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的“紧张状态”。机体整体反应：交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素、生长激素增加，胰岛素分泌减少引起一系列的代谢变化代谢改变：1.血糖升高2.脂肪动员增强3.蛋白质分解加强这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。骨骼肌释出丙氨酸等氨基酸增加。（五）肥胖是多因素引起物质和能量代谢失衡的结果1.肥胖是多种重大慢性疾病的危险因素

2.较长时间的能量摄入大于消耗导致肥胖（1）抑制食欲激素功能障碍引起肥胖（2）刺激食欲激素功能异常引起肥胖（3）肥胖患者脂连蛋白缺陷（4）胰岛素抵抗导致肥胖第三节体内重要组织和器官的代谢特点(TheImportantMetabolicCharacteristicsofTissuesandOrgansintheBody)满足机体各组织、器官基本细胞功能需要的代谢基本相同，但人体各组织、器官高度分化，功能各异，这些组织、器官的代谢具有各自的特点。在这些组织、器官的细胞中形成了特定的酶谱，即不同的酶系种类和含量，使这些组织、器官除了具有一般的基本代谢外，还具有特点鲜明的代谢途径，以适应相应的功能需要。一、肝是人体物质代谢中心和枢纽在糖、脂、蛋白质、水、无机盐和维生素代谢中均具有独特而重要的作用。耗能大，耗氧多。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。

二、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大酮体乳酸

游离脂酸葡萄糖以有氧氧化供能为主。三、心肌优先利用脂肪酸氧化供能合成、储存糖原；通