《物质代谢与联系》PPT课件.ppt

第 九 章物质代谢的联系与调节Metabolic Interrelationships and Regulation 物 质 代 谢 的 特 点The Specialty of Metabolism第 一 节 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 调 节 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 三 、 各 组 织 、 器 官 物 质 代 谢 各 具 特 色结 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 四 、 各 种 代 谢 物 均 具 有 各 自 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 五 、 ATP是 机 体 能 量 利 用 的 共 同 形 式营 养 物分 解 释 放能 量 ADP+PiATP 直接供能 六 、 NADPH 是 合 成 代 谢 所 需 的 还 原 当 量例 如乙 酰 CoA NADPH + H + 脂 酸 、 胆 固 醇磷 酸 戊 糖 途 径 物 质 代 谢 的 相 互 联 系Metabolic Interrelationships第 二 节 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 CoA TAC 2H 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 ， 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1. 摄 入 的 糖 量 超 过 能 量 消 耗 时 二 、 糖 、 脂 和 蛋 白 质 之 间 的 相 互 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 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 相 互 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 -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-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 与 氨 基 酸 代 谢 的 相 互 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 -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 葡 萄 糖 、 糖 原丙 酮 酸乙 酰 CoA 脂 肪Leu、 Lys草 酰 乙 酸 - 酮 戊 二 酸 琥 珀 酸延 胡 索 酸TyrPro Val, Ile,Met, ThrAsp G lu ArgH isPro胆 固 醇 、 酮 体AlaTrpSerG lyThrCys 甘 油 脂 酸 目 录 组 织 、 器 官 的 代 谢 特 点 及 联 系Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus第 三 节 是 机 体 物 质 代 谢 的 枢 纽 。在 糖 、 脂 、 蛋 白 质 、 水 、 盐 及 维 生 素 代 谢 中 均 具有 独 特 而 重 要 的 作 用 。肝合 成 、 储 存 糖 原分 解 糖 原 生 成 葡 萄 糖 ， 释 放 入 血是 糖 异 生 的 主 要 器 官肝 在 糖 代 谢 中 的 作 用如 肝 在 维 持 血 糖 稳 定 中 起 重 要 作 用 。 酮 体乳 酸 游 离 脂 酸葡 萄 糖以 葡 萄 糖 有 氧 氧 化 供 能 为 主 。心 脏 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 。 脑 合 成 、 储 存 糖 原 ；通 常 以 脂 酸 氧 化 为 主 要 供 能 方 式 ； 剧 烈 运动 时 ， 以 糖 酵 解 为 主 。肌 肉 能 量 主 要 来 自 糖 酵 解 。红细胞 合 成 及 储 存 脂 肪 的 重 要 组 织 ；将 脂 肪 分 解 成 脂 酸 、 甘 油 ， 供 机 体 其 他 组 织 利 用 。 脂 肪 组 织 也 可 进 行 糖 异 生 和 生 成 酮 体 ；肾 髓 质 主 要 由 糖 酵 解 供 能 ； 肾 皮 质 主 要 由 脂 酸 、酮 体 有 氧 氧 化 供 能 。肾 脏 代 谢 调 节The Regulation of Metabolism第 四 节 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(key enzyme)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 。 （ 一 ） 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 在 细 胞 内 的 分 布多 酶 体 系 分 布糖 酵 解 胞 液磷 酸 戊 糖 途 径糖 异 生糖 原 合 成三 羧 酸 循 环 线 粒 体氧 化 磷 酸 化 线 粒 体胞 液胞 液胞 液 多 酶 体 系 分 布线 粒 体脂 酸 氧 化脂 酸 合 成 胞 液内 质 网 、 胞 液胆 固 醇 合 成磷 脂 合 成 内 质 网DNA、 RNA合 成 细 胞 核 酶 的 隔 离 分 布 的 意 义 避 免 了 各 种 代 谢 途 径 互 相 干 扰 。多 酶 体 系 分 布蛋 白 质 合 成多 种 水 解 酶 溶 酶 体线 粒 体 、 胞 液尿 素 合 成血 红 素 合 成 内 质 网 、 胞 液线 粒 体 、 胞 液 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 (limiting velocity enzymes)。 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 。 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 。 例 ： 糖 代 谢 的 关 键 酶 快 速 代 谢 迟 缓 代 谢数 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(allosteric regulation)化 学 修 饰 调 节(chemical modification) 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 。（ 二 ） 关 键 酶 的 变 构 调 节 被 调 节 的 酶 称 为 变 构 酶 或 别 构 酶(allosteric enzyme)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 。 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 代 谢 终 产 物 反 馈 抑 制 (feedback inhibition) 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 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 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 (covalent modification)，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 互 变 酶 的 磷 酸 化 与 脱 磷 酸 化-OHThrSerTyr酶 蛋 白 H 2OPi 磷 蛋 白 磷 酸 酶 ATP ADP蛋 白 激 酶 ThrSerTyr -O-PO32-磷 酸 化 的酶 蛋 白 3. 化 学 修 饰 的 特 点 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 。 具 有 放 大 效 应 ， 效 率 较 变 构 调 节 高 。 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 底 物 对 酶 合 成 的 诱 导 和 阻 遏 产 物 对 酶 合 成 的 阻 遏 激 素 对 酶 合 成 的 诱 导 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 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 的 代 谢 调 节 激 素 分 类 膜 受 体 激 素 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 的 作 用 方 式激 素 作 用 方 式 2. 胞内受体激素的作用方式 （ 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 ）三 、 整 体 水 平 的 代 谢 调 节 （ 1） 蛋 白 质 代 谢 变 化分 解 加 强 ， 氨 基 酸 异 生 成 糖（ 2） 糖 代 谢 变 化 糖 异 生 加 强 ，组 织 对 葡 萄 糖 利 用 降 低（ 3） 脂 代 谢 变 化 脂 肪 动 员 加 强 ， 酮 体 生 成 增 多 2. 长 期 饥 饿（ 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 （ 二 ） 应 激1. 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 ” 。 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 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 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 附 录 目 录