物質(zhì)代謝的相互調(diào)節(jié)和聯(lián)系.ppt

1、第 九 章,物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié) Metabolic Interrelationships and Regulation,物質(zhì)代謝的特點(diǎn) The Specialty of Metabolism,第 一 節(jié),第一節(jié) 物質(zhì)代謝的特點(diǎn), 整體性 代謝調(diào)節(jié) 各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色 各種代謝物均具有各自共同的代謝池 ATP是機(jī)體能量利用的共同形式 NADPH是合成代謝所需的還原當(dāng)量,一、整體性,各種物質(zhì)代謝之間互有聯(lián)系，相互依存。,脂肪,葡萄糖、其它單糖,三羧酸循環(huán),電子傳遞（氧化）,蛋白質(zhì),脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、

2、乙酰CoA等）,共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。,大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位,生物氧化的三個(gè)階段,二、代謝調(diào)節(jié),機(jī)體有精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制，調(diào)節(jié)代謝的強(qiáng)度、方向和速度,內(nèi)外環(huán)境不斷變化,影響機(jī)體代謝,適應(yīng)環(huán)境的變化,三、各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色,結(jié)構(gòu)不同,酶系的種類、含量不同,不同的組織、器官,代謝途徑不同、功能各異,四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池,例如,五、ATP是機(jī)體能量利用的共同形式,營(yíng)養(yǎng)物分 解,六、NADPH是合成代謝所需的還原當(dāng)量,例如,乙酰CoA,NADPH + H+,脂酸、膽固醇,磷酸戊糖途

3、徑,物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系 Metabolic Interrelationships,第 二 節(jié),一、在能量代謝上的相互聯(lián)系,三大營(yíng)養(yǎng)素,共同中間產(chǎn)物,共同最終代謝通路,三大營(yíng)養(yǎng)素可在體內(nèi)氧化供能。,從能量供應(yīng)的角度看，三大營(yíng)養(yǎng)素可以互相代替，并互相制約。 一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約蛋白質(zhì)的消耗。,任一供能物質(zhì)的代謝占優(yōu)勢(shì)，常能抑制和節(jié)約其他物質(zhì)的降解。,例如,饑餓時(shí),肝糖原分解 ，肌糖原分解,肝糖異生，蛋白質(zhì)分解 ,以脂酸、酮體分解供能為主 蛋白質(zhì)分解明顯降低,1 2 天,3 4 周,短期饑餓，蛋白質(zhì)分解加強(qiáng)， 長(zhǎng)期饑餓，蛋白質(zhì)分解明顯降低,（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系,1. 攝

4、入的糖量超過(guò)能量消耗時(shí),二、糖、脂和蛋白質(zhì)之間的相互聯(lián)系,2. 脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘?3. 脂肪的分解代謝受糖代謝的影響,饑餓、糖供應(yīng)不足或糖代謝障礙時(shí),脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系,琥珀酸,草酰乙酸,3-磷酸甘油,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸, 糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系,1.糖可能轉(zhuǎn)變?yōu)橹?2.脂肪絕大部分不能轉(zhuǎn)變?yōu)樘?3.脂肪分解代謝的強(qiáng)度及順利進(jìn)行，有賴于糖代謝的正常進(jìn)行。,（二）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,例如,丙氨酸,丙酮酸,脫氨基,糖異生,葡萄糖,1. 大部分氨基酸脫氨基后，生成相應(yīng)的-酮酸，可轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?2. 糖代謝的中間產(chǎn)物可氨基化生成某些 非必需氨基酸,糖,丙酮酸

5、,草酰乙酸,乙酰CoA,檸檬酸,-酮戊二酸,葡萄糖或糖原 磷酸丙糖 磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸 乳酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 草酰乙酸 檸檬酸 延胡索酸 a酮戊二酸 谷氨酸 琥珀酸單酰CoA,糖,脂肪,丙氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 絲氨酸 蘇氨酸 色氨酸,亮氨酸 異亮氨酸 色氨酸,天冬氨酸 天冬酰胺,苯丙氨酸 酪氨酸,異亮氨酸 甲硫氨酸 絲氨酸 蘇氨酸 纈氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 組氨酸 脯氨酸,亮氨酸 賴氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,糖與氨基酸代謝的聯(lián)系,乙醛酸,TCA, 糖代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,1.大多數(shù)氨基酸（生酮 AA除外）可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘?2.糖代謝的中間產(chǎn)物僅能轉(zhuǎn)變?yōu)?2種非必需氨

6、基酸。,食物中的蛋白質(zhì)不能為糖、脂所替代,1. 蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?2. 氨基酸可作為合成磷脂的原料,（三）脂類與氨基酸代謝的相互聯(lián)系, 但不能說(shuō)，脂類可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被帷?3. 脂肪的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被? 脂類代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,1.蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹悾?各種氨基酸分解后均可合成脂酸進(jìn)而合成脂肪；也可合成膽固醇，氨基酸也是合成磷脂的原料。,2.脂類不能轉(zhuǎn)變?yōu)榘被帷?（僅甘油可轉(zhuǎn)變?yōu)槟承┓潜匦璋被幔?（四）核酸與糖、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,1. 氨基酸是體內(nèi)合成核酸的重要原料,2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供, 核酸代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,一些氨基酸參與核苷酸的合成 磷

7、酸戊糖也是合成核苷酸的原料,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,目 錄,組織、器官的代謝特點(diǎn)及聯(lián)系,Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus,第 三 節(jié),是機(jī)體物質(zhì)代謝的樞紐。 在糖、脂、蛋白質(zhì)、水、鹽及維生素代謝中均具有獨(dú)特而重要的作用。,肝,肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供能為主。,心臟,耗能大，耗氧多。 腦耗氧量占全身的20-25% 葡萄糖為主要能源。 腦無(wú)糖原儲(chǔ)存，平時(shí)依靠血糖供能：100g/日 不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時(shí)，利

8、用酮體。 長(zhǎng)期饑餓時(shí)則主要利用酮體為能源：50-100g/日,腦,合成、儲(chǔ)存糖原； 通常以脂酸氧化為主要供能方式； 劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，以糖酵解為主。,肌 肉,紅細(xì)胞能量主要來(lái)自葡萄糖的酵解。30g/日,紅細(xì)胞,合成及儲(chǔ)存脂肪的重要組織； 將脂肪分解成脂酸、甘油，供機(jī)體其他組織利用。,脂肪組織,也可進(jìn)行糖異生和生成酮體； 腎髓質(zhì)主要由糖酵解供能；腎皮質(zhì)主要由脂酸、酮體有氧氧化供能。,腎臟,代 謝 調(diào) 節(jié) The Regulation of Metabolism,第 四 節(jié),代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,主要通過(guò)細(xì)胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對(duì)酶的活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)稱為原始調(diào)節(jié)或細(xì)胞

9、水平代謝調(diào)節(jié)。,單細(xì)胞生物,高等生物 三級(jí)水平代謝調(diào)節(jié),細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié),一、細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié), 細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)主要是酶水平的調(diào)節(jié)。 細(xì)胞內(nèi)酶呈隔離分布。 代謝途徑的速度、方向由其中的關(guān)鍵酶(key enzyme)的活性決定。 代謝調(diào)節(jié)主要是通過(guò)對(duì)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。,（一）細(xì)胞內(nèi)酶的隔離分布,代謝途徑有關(guān)酶類常常組成多酶體系，分布于細(xì)胞的某一區(qū)域 。,多酶體系在細(xì)胞內(nèi)的分布,酶的隔離分布的意義 避免了各種代謝途徑互相干擾。, 速度最慢，它的速度決定整個(gè)代謝途徑的總速度，故又稱其為限速酶(limiting velocity enzymes)。, 催化單向反應(yīng)不可逆或非平衡反應(yīng)，它的

10、活性決定整個(gè)代謝途徑的方向。, 這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。,關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)具有以下特點(diǎn)：,代謝途徑是一系列酶促反應(yīng)組成的，其速度及方向由其中的關(guān)鍵酶決定 。,某些重要代謝途徑的關(guān)鍵酶 代謝途徑 關(guān)鍵酶 糖原合成 磷酸化酶 糖原分解 糖原合成酶 糖酵解 已糖激酶、磷酸果糖激酶-1、 丙酮酸激酶 糖有氧氧化 丙酮酸脫氫酶系、 TAC 檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶、 -酮戊二酸脫氫酶系,某些重要代謝途徑的關(guān)鍵酶 代謝途徑 關(guān)鍵酶 脂肪動(dòng)員 甘油三酯脂肪酶 脂酸合成 乙酰CoA羧化酶 膽固醇合成 HMGCoA還原酶 嘌呤合成 谷氨酰胺PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶,快速代謝,遲緩代

11、謝, 代謝調(diào)節(jié)主要是通過(guò)對(duì)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。,1. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念,小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)或別構(gòu)調(diào)節(jié)。,（二）關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié),被調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶或別構(gòu)酶 (allosteric enzyme) 使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)，稱為變構(gòu)效應(yīng)劑 (allosteric effector), 變構(gòu)激活劑allosteric effector 引起酶活性增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。 變構(gòu)抑制劑allosteric effector 引起酶活性降低的變構(gòu)效應(yīng)劑。,2. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的機(jī)制,變構(gòu)酶,催化亞基,調(diào)節(jié)亞基,變

12、構(gòu)效應(yīng)劑：,底物、終產(chǎn)物 其他小分子代謝物,變構(gòu)效應(yīng)劑 + 酶的調(diào)節(jié)亞基,一些代謝途徑中的變構(gòu)酶及其效應(yīng)劑 代謝途徑 變構(gòu)酶 變構(gòu)激活劑 變構(gòu)抑制劑 糖酵解 已糖激酶 AMP,ADP,FDP,Pi G-6-P 磷酸果糖激酶-1 FDP 檸檬酸 丙酮酸激酶 ATP,乙酰CoA 三羧酸循環(huán) 檸檬酸合酶 AMP ATP,長(zhǎng)鏈脂酰CoA 異檸檬酸脫氫酶 AMP,ADP ATP 糖異生 丙酮酸羧化酶 乙酰CoA,ATP AMP 糖原分解 磷酸化酶b AMP,G1P,Pi ATP,G6P, 關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié),一些代謝途徑中的變構(gòu)酶及其效應(yīng)劑 代謝途徑 變構(gòu)酶 變構(gòu)激活劑 變構(gòu)抑制劑 脂酸合成 乙酰CoA羧

13、化酶 檸檬酸， 長(zhǎng)鏈脂酰CoA 異檸檬酸 氨基酸代謝 谷氨酸脫氫酶 ADP,亮，蛋 GTP,ATP,NADH 嘌呤合成 谷氨酰胺PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶 AMP,GMP 嘧啶合成 天冬氨酸轉(zhuǎn)甲酰酶 CTP,UTP 核酸合成 脫氧胸苷激酶 dCTP,dARP dTTP, 關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié),3. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義, 代謝終產(chǎn)物反饋抑制 (feedback inhibition) 反應(yīng)途徑中的酶，使代謝物不致生成過(guò)多。,變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費(fèi)。,變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。,（三）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié),1. 化學(xué)修飾的概念,酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生可逆的共價(jià)修飾(covale

14、nt modification)，從而引起酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱為酶的化學(xué)修飾。,2. 化學(xué)修飾的主要方式,磷酸化 - - - 去磷酸,乙酰化 - - - 脫乙酰,甲基化 - - - 去甲基,腺苷化 - - - 脫腺苷,SH 與 S S 互變,酶的磷酸化與脫磷酸化,3. 化學(xué)修飾的特點(diǎn),酶蛋白的共價(jià)修飾是可逆的酶促反應(yīng)，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相轉(zhuǎn)變。催化互變反應(yīng)的酶在體內(nèi)可受調(diào)節(jié)因素如激素的調(diào)控。 具有放大效應(yīng)，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。 磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。,同一個(gè)酶可以同時(shí)受變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。,（四）酶量的調(diào)節(jié),1. 酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏,加速酶合成的化合物稱為誘

15、導(dǎo)劑(inducer),減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor),常見的誘導(dǎo)或阻遏方式, 底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏, 產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏, 激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo), 藥物對(duì)酶合成的誘導(dǎo),2. 酶蛋白降解,通過(guò)改變酶蛋白分子的降解速度，也能調(diào)節(jié)酶的含量。,內(nèi)、外環(huán)境改變,激素作用機(jī)制,二、激素水平的代謝調(diào)節(jié),激素分類, 膜受體激素 胞內(nèi)受體激素,按激素受體在細(xì)胞的部位不同，分為：,1. 膜受體激素的作用方式,激素作用方式,2. 胞內(nèi)受體激素的作用方式,（一）饑餓,糖原消耗,血糖趨于降低,胰島素分泌減少 胰高血糖素分泌增加,引起一系列的代謝變化,1. 短期饑餓（13天）,三、整體水平的代謝調(diào)節(jié),（1）蛋白質(zhì)代謝變化,分解加強(qiáng)，氨基酸異生成糖,（2）糖代謝變化,糖異生加強(qiáng)， 組織對(duì)葡萄糖利用降低,（3）脂代謝變化,脂肪動(dòng)員加強(qiáng)，酮體生成增多,2. 長(zhǎng)期饑餓,（1）蛋白質(zhì)代謝變化,蛋白質(zhì)分解減少,（2）糖代謝變化,肝腎糖異生增強(qiáng) 肝糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸,（3）脂代