生物化學(xué)第七章5課件

物質(zhì)代謝的聯(lián)系MetabolicInterrelationships新陳代謝的概念新陳代謝是生物體內(nèi)全部有序化學(xué)變化的總稱。它包括物質(zhì)代謝和能量代謝兩個(gè)方面。物質(zhì)代謝：是指生物體與外界環(huán)境之間物質(zhì)的交換和生物體內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。能量代謝：是指生物體與外界環(huán)境之間能量的交換和生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)變過(guò)程。在新陳代謝過(guò)程中，既有同化作用，又有異化作用。同化作用：(又叫做合成代謝)是指生物體把從外界環(huán)境中獲取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)，并且儲(chǔ)存能量的變化過(guò)程。異化作用：(又叫做分解代謝)是指生物體能夠把自身的一部分組成物質(zhì)加以分解，釋放出其中的能量，并且把分解的終產(chǎn)物排出體外的變化過(guò)程。代謝是新陳代謝的簡(jiǎn)稱，是細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱。糖、脂和蛋白質(zhì)的合成代謝途徑各不相同，但是它們的分解代謝途徑則有共同之處，即糖、脂和蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列分解反應(yīng)后都生成了酮酸并進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最后被氧化成CO2和H2O，同時(shí)釋放出蘊(yùn)藏的能量。代謝的概念這些能量的50%以上迅速轉(zhuǎn)化為熱能，用于維持體溫，并向體外散發(fā)。其余不足50%則以高能磷酸鍵的形式貯存于體內(nèi)，供機(jī)體利用。體內(nèi)最主要的高能磷酸鍵化合物是三磷酸腺苷（ATP）。此外，還可有高能硫酯鍵等。機(jī)體利用ATP去合成各種細(xì)胞組成分子、各種生物活性物質(zhì)和其他一些物質(zhì)；細(xì)胞利用ATP去進(jìn)行各種離子和其它一些物質(zhì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，維持細(xì)胞兩側(cè)離子濃度差所形成的勢(shì)能；肌肉還可利用ATP所載荷的自由能進(jìn)行收縮和舒張，完成多種機(jī)械功。物質(zhì)代謝的特點(diǎn)TheSpecialtyofMetabolism第一節(jié)一、整體性

糖類

脂類蛋白質(zhì)水

無(wú)機(jī)鹽維生素各種物質(zhì)代謝之間互有聯(lián)系、相互依存又各有特點(diǎn)。

消化吸收中間代謝廢物排泄動(dòng)植物和微生物的大部分組成結(jié)構(gòu)是由三類基本生物分子所構(gòu)成，這三類分子是氨基酸、糖類和脂類（通常為稱為脂肪）。氨基酸和蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是由線性排列氨基酸所組成，氨基酸之間通過(guò)肽鍵相互連接。酶是最常見(jiàn)的蛋白質(zhì)，它們催化代謝中的各類化學(xué)反應(yīng)。一些蛋白質(zhì)具有結(jié)構(gòu)或機(jī)械功能，如參與形成細(xì)胞骨架以維持細(xì)胞形態(tài)。還有許多蛋白質(zhì)在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞黏附和細(xì)胞周期調(diào)控中扮演重要角色。脂類脂肪是由脂肪酸基團(tuán)和甘油基團(tuán)所組成的一大類脂類化合物；其結(jié)構(gòu)為一個(gè)甘油分子上以酯鍵連接了三個(gè)脂肪酸分子形成甘油三酯。脂類是類別最多的生物分子。它們主要的結(jié)構(gòu)用途是形成生物膜，如細(xì)胞膜。此外，它們也可以作為機(jī)體能量來(lái)源。糖類糖類為多羥基的醛或酮，可以以直鏈或環(huán)的形式存在。糖類是含量最為豐富的生物分子，具有多種功能，如儲(chǔ)存和運(yùn)輸能量（例如淀粉、糖原）以及作為結(jié)構(gòu)性組分（植物中的纖維素和動(dòng)物中的幾丁質(zhì)）。核苷酸DNA和RNA是主要的兩類核酸，它們都是由核苷酸連接形成的直鏈分子。核酸分子對(duì)于遺傳信息的儲(chǔ)存和利用是必不可少的，通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯來(lái)完成從遺傳信息到蛋白質(zhì)的過(guò)程。這些遺傳信息由DNA修復(fù)機(jī)制來(lái)進(jìn)行保護(hù)，并通過(guò)DNA復(fù)制來(lái)進(jìn)行擴(kuò)增。一些病毒（如HIV）含有RNA基因組，它們可以利用逆轉(zhuǎn)錄來(lái)從病毒RNA合成DNA模板。維生素是一類生命所需的微量有機(jī)化合物，但細(xì)胞自身無(wú)法合成。在人類營(yíng)養(yǎng)學(xué)中，大多數(shù)的維生素可以在被修飾后發(fā)揮輔酶的功能；例如，細(xì)胞所利用的所有的水溶性維生素都是被磷酸化或偶聯(lián)到核苷酸上。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD，還原形式為NADH）是維生素B3（俗稱煙酸）的一種衍生物，它也是一種重要的輔酶，可以作為氫受體。數(shù)百種不同類型的脫氫酶可以從它們的底物上移去電子，同時(shí)將NAD+還原為NADH。而后，這種還原形式便可以作為任何一個(gè)還原酶的輔酶，用于為酶底物的還原提供電子。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸在細(xì)胞中存在兩種不同的形式：NADH和NADPH。NAD+/NADH多在分解代謝反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，而NADP+/NADPH則多用于合成代謝反應(yīng)中。無(wú)機(jī)元素含量豐富的無(wú)機(jī)元素都是作為電解質(zhì)的離子。體內(nèi)最重要的離子有鈉、鉀、鈣、鎂等金屬離子和氯離子、磷酸根離子以及碳酸氫根離子。在細(xì)胞膜的內(nèi)外維持準(zhǔn)確的離子梯度，可以保持滲透壓和pH值的穩(wěn)定。離子對(duì)于神經(jīng)和肌肉組織也同樣不可缺少，這是因?yàn)檫@些組織中的動(dòng)作電位（可以引起神經(jīng)信號(hào)和肌肉收縮）是由細(xì)胞外液和細(xì)胞原生質(zhì)之間的電解質(zhì)交換來(lái)產(chǎn)生的。電解質(zhì)進(jìn)入和離開(kāi)細(xì)胞是通過(guò)細(xì)胞膜上的離子通道蛋白來(lái)完成的。例如，肌肉收縮依賴于位于細(xì)胞膜和橫行小管（T-tubule）上的離子通道對(duì)于鈣離子、鉀離子和鈉離子的流動(dòng)的控制。過(guò)渡金屬過(guò)渡金屬在生物體體內(nèi)通常是作為微量元素存在的，其中鋅和鐵的含量最為豐富。這些金屬元素被一些蛋白質(zhì)用作輔因子或者對(duì)于酶活性的發(fā)揮具有關(guān)鍵作用，例如攜氧的血紅蛋白和過(guò)氧化氫酶。這些輔因子可以與特定蛋白質(zhì)緊密結(jié)合；雖然酶的輔因子會(huì)在催化過(guò)程中被修飾，這些輔因子總是能夠在催化完成后回到起始狀態(tài)。消化淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素等大分子多聚體不能很快被細(xì)胞所吸收，需要先被分解為小分子單體然后才能被用于細(xì)胞代謝。有多種消化性酶能夠降解這些多聚體，如蛋白酶可以將但蛋白質(zhì)降解為多肽片斷或氨基酸，糖苷水解酶可以將多糖分解為單糖。微生物只是簡(jiǎn)單地分泌消化性酶到周圍環(huán)境中，而動(dòng)物則只能由其消化系統(tǒng)中的特定細(xì)胞來(lái)分泌這些酶。由這些位于細(xì)胞外的酶分解獲得的氨基酸或單糖接著通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)鞍妆贿\(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)。糖類的分解代謝一旦糖鏈被分解為單糖后就可以被細(xì)胞所吸收。進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的糖，如葡萄糖和果糖，就會(huì)通過(guò)糖酵解途徑被轉(zhuǎn)化為丙酮酸鹽并產(chǎn)生部分的ATP。丙酮酸鹽是多個(gè)代謝途徑的中間物，但其大部分會(huì)被轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A并進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。雖然檸檬酸循環(huán)能夠產(chǎn)生ATP，但其最重要的產(chǎn)物是NADH－由乙酰輔酶A被氧化來(lái)提供電子并由NAD生成，同時(shí)釋放出無(wú)用的二氧化碳。在無(wú)氧條件下，糖酵解過(guò)程會(huì)生成乳酸鹽，即由乳酸脫氫酶將丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化為乳酸鹽，同時(shí)將NADH又氧化為NAD+，使得NAD可以被循環(huán)利用于糖酵解中。另一種降解葡萄糖的途徑是磷酸戊糖途徑，該途徑可以將輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）還原為NADPH，并生成戊糖，如核糖（合成核苷酸的重要組分）。丙酮酸葡萄糖“糖酵解”不需氧“磷酸戊糖途徑”需氧有氧情況缺氧情況好氧生物厭氧生物“三羧酸循環(huán)”“乙醛酸循環(huán)”

CO2+H2O“乳酸發(fā)酵”乳酸“乳酸發(fā)酵”、“乙醇發(fā)酵”乳酸或乙醇

CO2+H2OE1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶NAD+乳酸糖酵解的代謝途徑GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶ANAD+NADH+H+

丙酮酸乙酰CoA+CoA-SH輔酶A+CO2丙酮酸脫氫酶系丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+

多酶復(fù)合體：是催化功能上有聯(lián)系的幾種酶通過(guò)非共價(jià)鍵連接彼此嵌合形成的復(fù)合體。其中每一個(gè)酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的輔酶。CO2CoASHNAD+NADH+H+5.

NADH+H+的生成1.-羥乙基-TPP的生成

2.乙酰硫辛酰胺的生成

3.乙酰CoA的生成4.硫辛酰胺的生成

P三羧酸循環(huán)總圖草酰乙酸CH3CO～SoA(乙酰輔酶A)蘋果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2HNAD+NAD+FADNAD+有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程糖的有氧氧化代謝途徑可分為：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脫羧和三羧酸循環(huán)三個(gè)階段。TAC循環(huán)

G（Gn）丙酮酸

乙酰CoA

CO2NADH+H+FADH2H2O

[O]ATPADP胞液

線粒體

氧化磷酸化ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)++++++++++---------化學(xué)滲透假說(shuō)詳細(xì)示意圖己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶6－磷酸葡萄糖酶1,6-二磷酸果糖酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸戊糖途徑總反應(yīng)圖糖酵解途徑3×6-磷酸葡萄糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤蘚糖6-磷酸果糖3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖3×6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯3NADPH3×6-磷酸葡萄糖酸3H2O3×5-磷酸核酮糖3NADPH3CO2磷酸戊糖途徑第一階段第二階段5-磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛C34-磷酸赤蘚糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖C53NADP+3NADP+3H+

6-磷酸葡萄糖脫氫酶

3NADP+3NADP+3H+

6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶3CO2磷酸戊糖途徑小結(jié)

反應(yīng)部位：

胞漿

反應(yīng)底物：

6-磷酸葡萄糖

重要反應(yīng)產(chǎn)物：

NADPH、5-磷酸核糖

限速酶：

6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PD)磷酸戊糖途徑的生物學(xué)意義1、磷酸戊糖途徑也是普遍存在的糖代謝的一種方式2、產(chǎn)生大量的NADPH，為細(xì)胞的各種合成反應(yīng)提供還原力3、該途徑的反應(yīng)起始物為6-磷酸葡萄糖，不需要ATP參與起始反應(yīng)，因此磷酸戊糖循環(huán)可在低ATP濃度下進(jìn)行。4、此途徑中產(chǎn)生的5-磷酸核酮糖是輔酶及核苷酸生物合成的必需原料。5、磷酸戊糖途徑是機(jī)體內(nèi)核糖產(chǎn)生的唯一場(chǎng)所。脂肪的代謝脂肪是通過(guò)水解作用分解為脂肪酸和甘油。甘油可以進(jìn)入糖酵解途徑。脂肪酸通過(guò)β-氧化被分解并釋放出乙酰輔酶A，而乙酰輔酶A如上所述進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。在氧化過(guò)程中脂肪酸可以釋放出比糖類更多的能量，這是因?yàn)樘穷惤Y(jié)構(gòu)的含氧比例較高。甘油三酯（脂肪）的酶促水解脂肪脂肪酶甘油+脂肪酸CH2OHHCOHCH2OHCH2OHR2-C-O-CHCH2OHO=--H2OR1COOH二酰甘油脂肪酶H2OR2COOH單酰甘油脂肪酶----CH2-O-C-R1R2-C-O-CHCH2-O-C-R3O=O=O=

H2OR3COOH三酰甘油脂肪酶O=O=---CH2-O-C-R1R2-C-O-CHCH2OH限速酶甘油的氧化分解與轉(zhuǎn)化肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)載體線粒體膜脂酰CoA脫氫酶L(+)-β羥脂酰CoA脫氫酶

NAD+NADH+H+烯脂酰CoA水化酶H2OFADFADH2

β酮脂酰CoA硫解酶CoA-SH脂酰CoA合成酶ATPCoASHAMPPPiH2O呼吸鏈2ATPH2O呼吸鏈3ATPTCA氨基酸代謝氨基酸既可以被用于合成蛋白質(zhì)或其他生物分子，又可以被氧化為尿素和二氧化碳以提供能量。氧化的第一步是由轉(zhuǎn)氨酶將氨基酸上的氨基除去，氨基隨后被送入尿素循環(huán)，而留下的脫去氨基的碳骨架以酮酸的形式存在。有多種酮酸（如α-酮戊二酸，由脫去氨基的谷氨酸所形成）是檸檬酸循環(huán)的中間物。此外，生糖氨基酸（glucogenicaminoacid）能夠通過(guò)糖異生作用被轉(zhuǎn)化為葡萄糖氨基酸代謝庫(kù)食物蛋白質(zhì)消化吸收

組織蛋白質(zhì)分解體內(nèi)合成氨基酸(非必需氨基酸)氨基酸代謝概況α-酮酸脫氨基作用酮體氧化供能糖胺類脫羧基作用氨尿素代謝轉(zhuǎn)變其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成

鳥(niǎo)氨酸循環(huán)2ADP+PiCO2+NH3

+H2O氨甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鳥(niǎo)氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鳥(niǎo)氨酸尿素線粒體胞液小結(jié)代謝的一個(gè)很大的特點(diǎn)是：即使是差異巨大的不同物種，它們之間的基本代謝途徑也還是相似的。例如，檸檬酸，作為三羧酸循環(huán)中的最為人們所知的中間產(chǎn)物，存在于所有的生物體中，無(wú)論是微小的單細(xì)胞的細(xì)菌還是巨大的多細(xì)胞生物如大象。代謝中所存在的這樣的相似性很可能是由于相關(guān)代謝途徑的高效率以及這些途徑在進(jìn)化史早期就出現(xiàn)而形成的結(jié)果。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。肝合成、儲(chǔ)存糖原分解糖原生成葡萄糖，釋放入血液是糖異生的主要器官肝在糖代謝中的作用如——肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。酮體乳酸游離脂酸葡萄糖以葡萄糖有氧氧化供能為主。心臟耗能大，耗氧多。葡萄糖為主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時(shí)，利用酮體。

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。肌肉能量主要來(lái)自糖酵解。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。腎臟四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池例如各種組織

消化吸收的糖

肝糖原分解糖異生血糖五、ATP是機(jī)體能量利用的共同形式營(yíng)養(yǎng)物分解釋放能量ADP+PiATP直接供能六、NADPH是合成代謝所需的還原當(dāng)量例如乙酰CoANADPH+H+脂酸、膽固醇磷酸戊糖途徑物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系MetabolicInterrelationships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糖脂肪蛋白質(zhì)乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2三大營(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。脂肪分解增強(qiáng)ATP增多ATP/ADP比值增高任一供能物質(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。糖分解被抑制

6-磷酸果糖激酶-1被抑制（糖分解代謝限速酶之一）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（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系1.攝入的糖量超過(guò)能量消耗時(shí)

二、糖、脂和蛋白質(zhì)之間的相互聯(lián)系葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪組織）合成糖原儲(chǔ)存（肝、肌肉）2.脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘侵嵋阴oA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、腎、腸磷酸-甘油葡萄糖3.脂肪的分解代謝受糖代謝的影響?zhàn)囸I、糖供應(yīng)不足或糖代謝障礙時(shí)高酮血癥草酰乙酸相對(duì)不足糖不足脂肪大量動(dòng)員酮體生成增加氧化受阻（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α-酮酸，可轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?.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草酰乙酸乙酰CoA檸檬酸α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸氨基酸乙酰CoA脂肪

1.蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?/p>

2.氨基酸可作為合成磷脂的原料絲氨酸磷脂酰絲氨酸膽胺腦磷脂膽堿卵磷脂（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?。脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途徑丙酮酸其他?酮酸某些非必需氨基酸3.脂肪的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被幔ㄋ模┖怂崤c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甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳單位合成嘌呤合成嘧啶2.磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro膽固醇、酮體AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸目錄目錄代謝調(diào)節(jié)TheRegulationofMetabolism第四節(jié)生物體是一個(gè)完整的統(tǒng)一體，各種代謝密切聯(lián)系、相互作用、相互制約，生物在其進(jìn)化過(guò)程中形成一套有效而靈敏的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。研究代謝調(diào)節(jié)有著重要的理論與實(shí)踐意義，是當(dāng)代生物化學(xué)最活躍的研究領(lǐng)域之一。在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來(lái)越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。以高等動(dòng)物為例，代謝調(diào)節(jié)在四個(gè)相互關(guān)系、彼此協(xié)調(diào)又各具特色的層面上進(jìn)行，即神經(jīng)水平、激素水平、細(xì)胞水平和酶水平。但就整個(gè)生物界來(lái)說(shuō)，酶和細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)是最基本的調(diào)節(jié)方式，為動(dòng)、植物和單細(xì)胞生物所共有。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)激素水平代謝調(diào)節(jié)高等生物在進(jìn)化過(guò)程中，出現(xiàn)了專司調(diào)節(jié)功能的內(nèi)分泌細(xì)胞及內(nèi)分泌器官，其分泌的激素可對(duì)其他細(xì)胞發(fā)揮代謝調(diào)節(jié)作用。整體水平代謝調(diào)節(jié)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，或通過(guò)神經(jīng)纖維及神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)靶細(xì)胞直接發(fā)生影響，或通過(guò)某些激素的分泌來(lái)調(diào)節(jié)某些細(xì)胞的代謝及功能，并通過(guò)各種激素的互相協(xié)調(diào)而對(duì)機(jī)體代謝進(jìn)行綜合調(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(keyenzyme)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。①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(limitingvelocityenzymes)。②催化單向反應(yīng)不可逆或非平衡反應(yīng)，它的活性決定整個(gè)代謝途徑的方向。③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。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(allostericenzyme)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allostericeffector——引起酶活性增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。?變構(gòu)抑制劑allostericeffector

——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)亞基酶的構(gòu)象改變酶的活性改變（激活或抑制）疏松亞基聚合緊密亞基解聚酶分子多聚化3.變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義①

代謝終產(chǎn)物反饋抑制(feedbackinhibition)反應(yīng)途徑中的酶，使代謝物不致生成過(guò)多。乙酰CoA乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA長(zhǎng)鏈脂酰CoA

②變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費(fèi)。G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促進(jìn)糖的儲(chǔ)存③變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。檸檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化乙酰輔酶A羧化酶促進(jìn)脂酸的合成（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(covalentmodification)，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?；?--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-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白3.化學(xué)修飾的特點(diǎn)①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。②具有放大效應(yīng)，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。③磷酸化與脫磷酸是最常見(jiàn)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導(dǎo)劑(inducer)減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor)酶活性的化學(xué)調(diào)控與

生物活性分子的設(shè)計(jì)

某些人工合成或天然存在的化學(xué)物質(zhì)對(duì)酶的活性有重要影響作用。對(duì)這類物質(zhì)生理活性作用機(jī)制的研究及其在醫(yī)藥、農(nóng)藥（包括殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑、動(dòng)物和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等）及環(huán)保方面的應(yīng)用，是化學(xué)調(diào)控最重要內(nèi)容。生物體在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，由于自身或外界的某些原因，體內(nèi)的代謝平衡或生理平衡可能遭到破壞，從而引起某些疾病，甚至導(dǎo)致死亡。疾病的藥物治療，即化學(xué)調(diào)控方法，是恢復(fù)機(jī)體正常代謝平衡或生理平衡最重要的方法。抑制酶活性的藥物對(duì)氨基水楊酸二氫葉酸還原酶阿司匹林前列腺素合成酶5-氟尿嘧啶胸苷酸合成酶新斯的明乙酰膽堿酯酶哌嗪琥珀酸脫氫酶利福平RNA聚合酶磺胺類葉酸合成酶氯霉素肽基轉(zhuǎn)移酶內(nèi)、外環(huán)境改變機(jī)體相關(guān)組織分泌激素激素與靶細(xì)胞上的受體結(jié)合靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，適應(yīng)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)激素的特點(diǎn)激素是生物體內(nèi)特定細(xì)胞產(chǎn)生的對(duì)某些靶細(xì)胞具有特殊刺激作用的微量物質(zhì)，對(duì)各種生命活動(dòng)和代謝過(guò)程具有調(diào)控功能。激素調(diào)控往往是局部性的，并且直接或間接受到神經(jīng)系統(tǒng)的控制。通常一種激素只作用于一定的細(xì)胞組織，不同的激素調(diào)節(jié)不同的物質(zhì)代謝或生理過(guò)程。1，含量少；在生物體某特定組織細(xì)胞產(chǎn)生；2，通過(guò)體液的運(yùn)動(dòng)被輸送到其他組織中發(fā)揮作用；3，作用很大，效率高，在新陳代謝中起調(diào)節(jié)控制作用。在醫(yī)療上，激素也是一類重要藥物。激素分類

Ι膜受體激素Ⅱ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cAMP作為第二信使的發(fā)現(xiàn)

第二信使學(xué)說(shuō)是E.W.薩瑟蘭于1965年首先提出。他認(rèn)為人體內(nèi)各種含氮激素（蛋白質(zhì)、多肽和氨基酸衍生物）都是通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷(cAMP)而發(fā)揮作用的。首次把cAMP叫做第二信使，激素等為第一信使。已知的第二信使種類很少，但卻能傳遞多種細(xì)胞外的不同信息，調(diào)節(jié)大量不同的生理生化過(guò)程，這說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路具有明顯的通用性。將作用于細(xì)胞膜的信息傳遞到細(xì)胞內(nèi)，使之產(chǎn)生生理效應(yīng)的細(xì)胞內(nèi)信使，稱為第二信使。細(xì)胞表面受體接受細(xì)胞外信號(hào)后轉(zhuǎn)換而來(lái)的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)稱為第二信使,而將細(xì)胞外的信號(hào)稱為第一信使。第二信使的作用方式一般有兩種:①直接作用。如Ca2+能直接與骨骼肌的肌鈣蛋白結(jié)合引起肌肉收縮;②間接作用。這是主要的方式，第二信使通過(guò)活化蛋白激酶，誘導(dǎo)一系列蛋白質(zhì)磷酸化，最后引起細(xì)胞效應(yīng)。第二信使第二信使：信息分子與質(zhì)膜上的受體結(jié)合，經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)換，激活細(xì)胞質(zhì)膜上的效應(yīng)器，產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)信號(hào)物質(zhì)，即第二信使。常見(jiàn)的第二信使：cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+不同的第二信使產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)G蛋白作用模式

2.胞內(nèi)受體激素的作用方式根據(jù)激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和調(diào)控功能，一般可以分為三類（1）含氮激素。包括蛋白質(zhì)激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。（2）類固醇激素。性腺和腎上腺皮質(zhì)分泌的激素大多數(shù)是類固醇激素。（3）脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系統(tǒng)及其它組織分泌產(chǎn)生。

含氮激素1．氨基酸衍生物激素（1）甲狀腺激素甲狀腺所分泌的激素主要是甲狀腺素和少量的三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性約為甲狀腺素的5－10倍。二者的結(jié)構(gòu)如下：天然的甲狀腺素是酪氨酸的衍生物，均為L(zhǎng)-構(gòu)型。甲狀腺是體內(nèi)吸收碘能力最強(qiáng)的組織，能將體內(nèi)70-80%的碘富集在其中。生理功能在甲狀腺素的合成中，碘化過(guò)程并不是發(fā)生在游離的酪氨酸上，而是甲狀腺球蛋白分子中的酪氨酸殘基發(fā)生碘化反應(yīng)。主要是促進(jìn)糖、脂及蛋白質(zhì)的代謝；促進(jìn)機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育和組織分化；對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、造血過(guò)程、肌肉活動(dòng)及智力和體質(zhì)的發(fā)育等均有顯著作用。幼年動(dòng)物若甲狀腺機(jī)能減退或切除甲狀腺時(shí)，將引起發(fā)育遲緩，身材矮小，行動(dòng)呆笨而緩慢；成年動(dòng)物甲狀腺機(jī)能減退時(shí)，出現(xiàn)厚皮病，心博減慢，基礎(chǔ)代謝降低，性機(jī)能低下。反之，甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)，動(dòng)物眼球突出，心跳加快，基礎(chǔ)代謝增高，消瘦，神經(jīng)系統(tǒng)興奮性提高，表現(xiàn)為神經(jīng)過(guò)敏等.(2)．腎上腺素

腎上腺分為髓質(zhì)和皮質(zhì)兩部分。髓質(zhì)分泌腎上腺素和少量去甲腎上腺素。去甲腎上腺素主要由交感神經(jīng)末梢分泌。他們也是酪氨酸的衍生物，為R-構(gòu)型。腎上腺素具有與交感神經(jīng)興奮相似的作用，使血管收縮，心臟活動(dòng)加強(qiáng)，血壓升高，臨床上被用來(lái)作為升壓藥物，起抗休克作用。腎上腺素主要是調(diào)節(jié)糖代謝,它能夠促進(jìn)肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量。功能麻黃素和偽麻黃素

麻黃素含有二個(gè)手性碳原子，其構(gòu)型為1R2S,與R-構(gòu)型腎上腺素相似，具有較高的生理活性。偽麻黃素的構(gòu)型為1S2S,其生理作用則有明顯的差異。多肽及蛋白質(zhì)激素

由腦垂體、下丘腦、胰腺、甲狀旁腺、胃腸粘膜以及胸腺等分泌的激素屬于多肽或蛋白質(zhì)激素。這些激素具有各種各樣的功能。(1)．腦垂體激素腦垂體在神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，起調(diào)節(jié)體內(nèi)各種內(nèi)分泌腺作用。垂體可分為前葉、中葉和后葉三個(gè)部分。腦垂體分泌的激素共有10多種。生長(zhǎng)激素（GH）促甲狀腺素（TSH）促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）催乳素（LTH）促卵泡素（FSH）黃體生成素（LH）促黑色細(xì)胞素（MSH）催產(chǎn)素、加壓素

垂體前葉和中葉能夠合成激素，后葉只能存儲(chǔ)和分泌激素。后葉所分泌的激素由下丘腦合成。2．下丘腦激素下丘腦所分泌的激素主要包括一些釋放激素（或釋放因子）和釋放抑制激素。下丘腦激素經(jīng)垂體門靜脈到達(dá)腦垂體，并作用于垂體細(xì)胞，起調(diào)控作用。促甲狀腺素釋放激素（TRH） 促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH） 促卵泡素釋放激素（FRH）促黃體生成素釋放激素（LRH） 生長(zhǎng)素釋放激素（GRH），生長(zhǎng)素釋放抑制激素（GRIH）促黑色細(xì)胞激素釋放激素（MRH） 促黑色細(xì)胞激素抑制釋放激素（MRIH）催乳素釋放激素（PRH），催乳素釋放抑制激素（PRIH）3．胰島激素胰島是胰臟的內(nèi)分泌組織。人的胰島主要由、和三種細(xì)胞組成。-細(xì)胞分泌胰高血糖素，-細(xì)胞分泌胰島素。（1）胰島素胰島素是由胰腺中胰島的β-細(xì)胞分泌的一種含有51個(gè)氨基酸殘基的蛋白質(zhì)激素。胰島素由兩條多肽鏈組成,胰島素的生理功能主要是促進(jìn)細(xì)胞攝取葡萄糖；促進(jìn)肝糖原和肌糖原的合成；抑制肝糖原的分解。胰島素具有抑制細(xì)胞內(nèi)腺苷酸環(huán)化酶活性作用，使cAMP產(chǎn)生顯著減少，導(dǎo)致糖原分解速度減慢。胰島素的生理功能與腎上腺素的作用相反。（2）胰高血糖素胰高血糖素為胰島的α-細(xì)胞分泌的多肽激素，由29個(gè)氨基酸組成，人和豬的胰高血糖素的氨基酸序列完全一樣，其結(jié)構(gòu)如下：His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asp-Thr胰高血糖素主要是促進(jìn)肝糖原分解，使血糖升高，與腎上腺素作用相似。其作用原理是激活肝細(xì)胞中的腺苷酸環(huán)化酶，使cAMP濃度升高，從而提高磷酸化酶活性，促進(jìn)肝糖原分解。4．甲狀旁腺激素甲狀旁腺主要分泌甲狀旁腺素（PTH）和降鈣素（CT），它們都是多肽激素。二者的生理作用相反，PTH可以升高血鈣，而CT則可以降低血鈣，因此都