物质代谢的联系与调节课件

物质代谢的联系与调节MetabolicInterrelationshipsandRegulation

物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships一、在能量代谢上的相互联系三大营养素糖脂肪蛋白质共同中间产物乙酰CoA2H氧化磷酸化ATPCO2共同最终代谢通路TAC三大营养素可在体内氧化供能从能量供应角度看，三大营养素可以相互代替，并相互制约。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。二、糖、脂、蛋白质及核苷酸代谢间的相互联系（一）糖代谢与脂代谢的相互联系糖变脂摄糖过多变构+乙酰辅酶A羧化酶↑合成脂肪酸↑储脂↑肥胖及血TG

↑柠檬酸↑ATP↑合成糖原储存（肝、肌肉）乙酰辅酶A↑脂肪的甘油部分能在体内转变为糖，但脂酸不能转变为糖脂肪脂肪酸↑动员甘油↑糖↑（少）α-磷酸甘油↑

（少）乙酰CoA↑↑（多）

脂肪分解代谢有赖于糖代谢正常进行糖代谢

草酰乙酸

三羧酸循环糖异生高血酮症

糖尿病是由于胰岛素分泌不足、和/或周围组织对胰岛素敏感性降低而引起的以高血糖为主要特征（糖代谢紊乱），伴有脂肪、蛋白质代谢紊乱的内分泌代谢性疾病。1型：胰岛β细胞破坏，胰岛素分泌绝对量不足。2型：胰岛素抵抗为主、伴胰岛素分泌不足；或胰岛素分泌不足为主、伴胰岛素抵抗。特殊型：如β细胞功能遗传缺陷，妊娠糖尿病。糖尿病（DM）与代谢紊乱糖尿病导致代谢紊乱的生化机制最基本的机制是组织细胞利用胰岛素不足；胰岛素是唯一降低血糖，也是唯一同时促进糖原、脂肪和蛋白质合成的激素；组织利用胰岛素↓↓脂代谢↑乙酰CoA

↑↓↓草酰乙酸↓→葡萄糖进入肌,脂肪等组织↓→供能↓丙酮酸↓酮体生成

↑

除生酮aa（Leu和Lys）外，其余aa均可生成-酮酸或三羧酸循环的中间产物，并循糖异生途径转变为糖糖代谢中间产物可氨基化转变为非必需aa（但不能转变成8种必需aa）食物中蛋白质能代替糖、脂供能但食物中糖、脂不能代替蛋白质（二）糖代谢与氨基酸代谢的相互联系

所有aa均分解能生成乙酰CoA，用于脂肪、胆固醇合成aa（如Ser）亦可作为磷脂合成原料仅脂肪动员的甘油可进入糖酵解途径并转变为非必需aa（但不能转变成8种必需aa）（三）脂代谢与氨基酸代谢的相互联系Gly、Asp、Gln及一碳单位是嘌呤合成的原料Asp、Gln是尿嘧啶和胞嘧啶合成的原料Asp、Gln及一碳单位是胸腺嘧啶合成的原料（四）核酸与氨基酸代谢的相互关系脂肪Leu、LysTyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro酮体、胆固醇AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸磷酸二羟丙酮第四节代谢调节（重点与难点）代谢调节作用的三个水平：细胞水平的代谢调节（酶活性和酶量，代谢物浓度，区室化）---本章重点

激素水平的代谢调节（内分泌细胞→激素→细胞内代谢）

整体水平的代谢调节（中枢神经→神经递质→效应器→激素分泌→细胞内代谢）（一）细胞内酶的隔离分布（区室化）胞液：糖酵解、糖原合成与分解、糖异生、磷酸戊糖途径、脂酸合成酶系一、细胞水平的代谢调节胞核：核酸合成酶系线粒体：三羧酸循环、氧化磷酸化、呼吸链、脂酸氧化酶系意义：使相关联而又不同的代谢途径间既有联系又不互相干扰，保证各条代谢途径按各自方向顺利进行。关键酶（调节酶、限速酶）的概念

一个代谢途径的速度和方向，常由一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定。这些调节代谢的酶称调节酶（regulatoryenzymes）或关键酶（keyenzymes）1.所催化的反应速度最慢，故又称限速酶；关键酶的特点:2.催化单向反应或非平衡反应，故能决定整个代谢途径的方向；3.酶活性除受底物影响外，还受多种代谢物或效应剂的调节。糖原分解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖酵解

己糖激酶，PFK-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,α酮戊二酸脱氢酶系糖异生

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,葡萄糖-6-磷酸酶脂酸合成

乙酰CoA羧化酶胆固醇合成HMGCoA还原酶某些重要代谢途径的关键酶代谢途径关键酶变构调节共价(化学)修饰调节代谢调节主要通过对关键酶活性的调节实现快速调节(数秒~数分)迟缓调节(数小时~数天)酶的代谢调节酶量的调节酶蛋白的合成酶蛋白的降解酶活性调节(二)关键酶的变构调节1.变构调节的概念（allostericregulation）

小分子化合物与酶蛋白分子活性中心以外的部位非共价键结合，使酶蛋白构象发生变化，从而增强或减弱酶的活性。这种调节方式称~变构部位(别构部位)

allostericsite

与变构效应剂结合的部位变构酶(别构酶)allostericenzyme

被变构调节的酶变构效应剂allostericeffector

使酶发生变构效应的物质2.变构调节的机制变构酶(寡聚酶)催化亚基调节亚基与底物结合起催化作用与变构效应剂非共价结合起调节作用变构效应剂的种类：底物，代谢终产物，代谢中间产物，其他小分子代谢物酶活性的变构调节(抑制)示意图变构剂酶底物活性中心变构中心变构抑制3.变构调节的生理意义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

促进脂酸的合成糖酵解

己糖激酶AMP,ADP,FDP,PiG-6-P,ATPPFK-1FDP

柠檬酸丙酮酸激酶ATP,乙酰CoA

TAC

柠檬酸合酶

AMP

ATP,长链脂酰CoA

异柠檬酸脱氢酶

AMP,ADP

ATP糖异生

丙酮酸羧化酶乙酰CoA,ATP

AMP糖原分解磷酸化酶b

AMP,G-1-P,PiATP,G-6-P脂酸合成

乙酰CoA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

Gln-PRPP酰胺转移酶AMP,GMP嘧啶合成

Asp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剂代谢途径变构酶变构激活剂变构抑制剂（三）酶的化学修饰调节概念

一种酶在另一种酶的催化下，通过共价键的断裂与生成，结合或移去某基团，使酶活性改变，这种调节称酶的化学修饰调节chemicalmodificationregulation

或共价修饰调节

covalentmodificationregulation属快速调节，包括:磷酸化/脱（去）磷酸化(最常见)乙酰化/脱乙酰化甲基化/去甲基化腺苷化与脱腺苷SH/-S-S-酶的磷酸化与脱磷酸化酶蛋白磷蛋白磷酸酶PiH2O蛋白激酶ATPADPMg2+酶蛋白ThrSerTyr—OHThrSerTyr—O-PO32-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HMGCoA还原酶磷酸化/脱磷酸抑制/激活HMGCoA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/氧化酶酶化学修饰类型酶活性改变

表9-5酶促化学修饰对酶活性的调节2.酶促化学修饰的特点(1)化学修饰酶一般都具有无活性（低活性）和有活性（高活性）两种形式，它们之间在两种不同的酶催化下可相互转变。酶受激素调节。(可控)(2)化学修饰由酶催化引起共价键的变化，酶促反应具有级联放大效应。（效率高）(3)磷酸化与脱磷酸是最常见的。(经济有效)(4)许多化学修饰酶也同时受到变构调节，酶的化学修饰和变构调节两者相辅相成。

（完善）（四）酶量的调节概念：通过调节酶的含量（即通过控制酶蛋白的合成与分解的速度）来实现对代谢反应速度和强度的调节。特点：酶蛋白的合成或降解所需时间较长，消耗ATP较多，属迟缓调节，作用慢（几小时~几天）、持续时间长。1.酶蛋白合成的诱导与阻遏酶的底物、激素或药物能在转录水平增加酶的合成。诱导剂(inducer)——加速酶蛋白合成的化合物阻遏剂(repressor)—减少酶蛋白合成的化合物1）底物对酶合成的诱导与阻遏例：酪蛋白（饲料）精氨酸酶量（鼠肝）+2）产物对酶合成的阻遏例：胆固醇

—HMG-CoA还原酶量（肝）

3）激素对酶合成的诱导例：糖皮质激素糖异生4种限速酶量+4）药物对酶合成的诱导血游离胆红素(新生儿黄疸)苯巴比妥葡萄糖醛酸基转移酶（肝微粒体）+2.酶蛋白的降解细胞内酶蛋白的降解由蛋白水解酶类催化。有：1）溶酶体中的蛋白水解酶2）蛋白酶体：泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质二、激素水平的调节不讲，信号传导章专门讲三、整体调节

在不同生理和病理状况下，机体的神经系统的活动、激素的分泌和各代谢途径中的酶(三个调节水平)均发生相应的变化，使各种物质代谢的速度与外环境的变化相适应，以保证机体的能量需要和内环境的相对恒定。例如：在饥饿和应激状态下的物质代谢调节。（一）饥饿代谢变化的基本规律：

在饥饿状态下，机体发生一系列生理和代谢变化。

基本表现为各个组织细胞从依赖食物提供葡萄糖，逐步转变并适应以自身储脂为主要能量来源的过程；蛋白质分解提供能量也明显↑；氮平衡转向负氮平衡。饥饿分期短期饥饿(1~2天)长期饥饿(2天以上)又称糖异生期。主要靠肝脏糖异生葡萄糖和肝外组织节省葡萄糖的利用维持血糖水平，以满足脑组织对糖的需求。又称蛋白保存期。体内各个组织包括脑组织都以脂肪酸和酮体作为主要能源。糖原消耗胰岛素分泌↓胰高血糖素分泌↑引起一系列的代谢变化1.短期饥饿（1～2天）血糖趋于降低

（1）蛋白质代谢变化分解↑，氨基酸异生成糖（2）糖代谢变化

糖异生↑

，组织对葡萄糖利用↓（3）脂代谢变化

脂肪动员↑

，酮体生成↑2.长期饥饿（1）蛋白质代谢变化

蛋白质分解↓（2）糖代谢变化肝肾糖异生↑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↑，脑组织利用酮体↑（二）应激(Stress)１．概念机体受到强烈剌激如剧痛、创伤、出血、烧伤、冷冻、中毒、急性感染、情绪紧张及强力活动时引起机体的“紧张状态”。2.机体整体反应交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌↑胰高血糖素、生长激素↑，胰岛素分泌↓

引起一系列的代谢变化3.代谢改变（1）血糖升高（2）脂肪动员增强（3）蛋白质分解加强本章要求掌握的内容1.糖、脂肪、蛋白质三大物质在能量代谢、物质代谢间的相互影响及互相联系。2.代谢调节的三级水平。3.细胞水平代谢调节概念、关键酶及隔离分布特点。4.酶的变构调节与化学修饰调节的概念、特点和生理意义。第一节物质代谢的特点

体内各种物质（糖、脂、蛋白质、水、无机盐和维生素等）的代谢构成一个统一的整体（一）整体性彼此相互联系彼此相互转化彼此相互依存（二）物质代谢物与能量代谢相偶联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

直线途径(如β-氧化)分支途径(如许多分支点