物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)

本章主要內(nèi)容物質(zhì)代謝相互聯(lián)絡(luò)代謝調(diào)整普通原理激素作用與受體細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第1頁(yè)1.1物質(zhì)代謝基本目標(biāo)1.1.1生成ATP

ATP被稱之為“通用能量貨幣”

1.1.2生成還原輔酶

動(dòng)物機(jī)體代謝過程中所產(chǎn)生還原力，其代表性物質(zhì)是輔酶（NADPH+H+）

1.1.3產(chǎn)生生物合成前體小分子

1物質(zhì)代謝相互聯(lián)絡(luò)物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第2頁(yè)1.2物質(zhì)代謝相互聯(lián)絡(luò)1物質(zhì)代謝相互聯(lián)絡(luò)物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第3頁(yè)1.2.1糖代謝與脂代謝

糖與脂類聯(lián)絡(luò)最為親密，糖能夠轉(zhuǎn)變成脂類。當(dāng)有過量葡萄糖攝入時(shí)，糖分解代謝產(chǎn)物磷酸二羥丙酮還原成α-磷酸甘油。丙酮酸氧化脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA，在線粒體中合成脂酰CoA。α-磷酸甘油與脂酰CoA再用來合成甘油三酯。乙酰CoA也是合成膽固醇原料。磷酸戊糖路徑還為脂肪酸、膽固醇合成提供了所需NADPH。

在動(dòng)物體內(nèi)脂肪轉(zhuǎn)變成葡萄糖是有程度。脂肪分解產(chǎn)物包含甘油和脂肪酸。其中甘油是生糖物質(zhì)。奇數(shù)脂肪酸丙酸能夠經(jīng)甲基丙二酸單酰CoA路徑進(jìn)入異生過程生成葡萄糖（比如在反芻動(dòng)物）。然而偶數(shù)脂肪酸β-氧化產(chǎn)生乙酰CoA不能凈合成糖,因?yàn)橐阴oA不能逆轉(zhuǎn)再生成丙酮酸。盡管有試驗(yàn)顯示，同位素標(biāo)識(shí)乙酰CoA碳原子最終似乎摻入到了葡萄糖分子中去，但其前提是必須向三羧酸循環(huán)中補(bǔ)充如草酰乙酸等有機(jī)酸，而動(dòng)物體內(nèi)草酰乙酸又主要由糖代謝代謝中間產(chǎn)物丙酮酸羧化后得到。

物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第4頁(yè)1.2.2糖代謝與氨基酸代謝

糖分解代謝中間產(chǎn)物，α-酮酸能夠作為“碳骨架”，經(jīng)過轉(zhuǎn)氨基或氨基化作用進(jìn)而轉(zhuǎn)變成非必需氨基酸。

不過當(dāng)動(dòng)物缺乏糖攝入（如饑餓）時(shí)，體蛋白分解加強(qiáng)。已知組成蛋白質(zhì)20種氨基酸中，除賴氨酸和亮氨酸以外，其余都能夠經(jīng)過脫氨基作用最終直接地或間接地轉(zhuǎn)變成糖異生路徑中某個(gè)中間產(chǎn)物，再沿異生路徑合成糖，以滿足機(jī)體對(duì)葡萄糖需要和維持血糖水平穩(wěn)定。糖供給不足，不但非必需氨基酸合成降低，而且因?yàn)榧?xì)胞能量水平下降，使需要消耗大量高能磷酸化合物（ATP和GTP）蛋白質(zhì)合成速率受到顯著抑制。

物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第5頁(yè)1.2.3脂代謝與氨基酸代謝

生酮氨基酸能夠經(jīng)過解酮作用轉(zhuǎn)變成乙酰CoA之后合成脂肪酸，生糖氨基酸既然能異生成糖，自然也能夠轉(zhuǎn)變成脂肪。另外，蛋氨酸，絲氨酸等還是合成磷脂原料。甘油能夠經(jīng)過糖代謝路徑為合成一些非必需氨基酸提供碳骨架。

動(dòng)物組織難以利用脂肪酸合成氨基酸。這是因?yàn)橹舅岱纸馍梢阴oA要進(jìn)入三羧酸循環(huán)分解，假如再由循環(huán)中中間產(chǎn)物形成氨基酸必定要消耗循環(huán)中有機(jī)酸（如草酰乙酸等α-酮酸），而如無其它起源補(bǔ)充，反應(yīng)則不能連續(xù)下去。物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第6頁(yè)1.2.4核苷酸代謝與其它物質(zhì)代謝

核苷酸既是核酸基本組成單位，也在調(diào)整代謝中起主要作用。ATP是能量通用貨幣和轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)主要分子，UTP參加單糖轉(zhuǎn)變和多糖合成，CTP參加磷脂合成，而GTP為蛋白質(zhì)多肽鏈生物合成所必需。許多主要輔酶輔基，如CoA、NAD、FAD等都是腺嘌呤核苷酸衍生物，參加酶催化作用。環(huán)核苷酸，如cAMP，cGMP作為胞內(nèi)信號(hào)分子（第二信使）參加細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)。糖代謝為核苷酸合成提供了磷酸核糖（及脫氧核糖）和NADPH還原力。甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺等參加嘌呤和嘧啶環(huán)合成，各種酶和蛋白因子參加了核酸生物合成（復(fù)制和轉(zhuǎn)錄），糖、脂等燃料分子為核酸生物學(xué)功效實(shí)現(xiàn)提供了能量確保。

物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第7頁(yè)

糖、脂類和蛋白質(zhì)代謝之間相互影響主要表現(xiàn)在能量供給上。動(dòng)物所需要能量約70％以上是由糖供給。當(dāng)飼料中糖類供給充分時(shí)，機(jī)體以糖作為能量主要起源，而脂肪和蛋白質(zhì)分解供能較少。糖供給量超出機(jī)體需要時(shí)，則能夠轉(zhuǎn)變成脂肪作為能量貯備。糖類供給不足或饑餓時(shí)，首先動(dòng)員脂肪分解供能，另首先動(dòng)用機(jī)體蛋白分解異生成糖。連續(xù)饑餓，體內(nèi)脂肪分解大大加緊，甚至?xí)霈F(xiàn)酮血癥。普通情況下，飼料蛋白質(zhì)主要營(yíng)養(yǎng)作用是滿足動(dòng)物生長(zhǎng)、修補(bǔ)和更新組織需要。合成蛋白質(zhì)需要能量，主要依靠糖，其次是脂肪。蛋白質(zhì)合成代謝增強(qiáng)時(shí)，首先是糖分解代謝必定增強(qiáng)，除了提供其所需要能量外，還可合成非必需氨基酸作為蛋白質(zhì)合成原料?？梢姡暳现心茉次镔|(zhì)不足時(shí)，會(huì)影響蛋白質(zhì)合成。1.2.5營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間相互影響物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第8頁(yè)2動(dòng)物代謝調(diào)整普通原理2.1代謝調(diào)整實(shí)質(zhì)

動(dòng)物代謝過程表現(xiàn)為機(jī)體不停從外界攝入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，然后在體內(nèi)經(jīng)由不一樣代謝路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)變，又不停地把代謝產(chǎn)物排出體外和釋放熱量。這種狀態(tài)稱為恒態(tài)（stablestate）。恒態(tài)是機(jī)體代謝基本狀態(tài)。恒態(tài)破壞意味著疾病或機(jī)體死亡。機(jī)體經(jīng)過代謝調(diào)整維持恒態(tài)。代謝調(diào)整主要是對(duì)代謝路徑中酶進(jìn)行調(diào)整，包含酶活性和酶量。尤其是路徑中關(guān)鍵酶（限速酶、調(diào)整酶），使他們活性不致過高或過低，不會(huì)缺乏也不會(huì)不適時(shí)表示，以保持整個(gè)機(jī)體代謝以恒態(tài)方式進(jìn)行。代謝調(diào)整實(shí)質(zhì)，就是把體內(nèi)酶組織起來，在統(tǒng)一指揮下，相互協(xié)作，方便使整個(gè)代謝過程適應(yīng)生理活動(dòng)需要。

物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第9頁(yè)2.2代謝調(diào)整方式2.2.1細(xì)胞水平調(diào)整酶區(qū)室化（compartmentalizing）動(dòng)物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)把細(xì)胞分為許多區(qū)域，稱為酶區(qū)室化。酶區(qū)室化作用確保了代謝路徑定向和有序，也使合成路徑和分解路徑彼此獨(dú)立、分開進(jìn)行。

酶活性調(diào)整

變構(gòu)調(diào)整和共價(jià)修飾調(diào)整是對(duì)關(guān)鍵酶活性調(diào)整兩種主要方式。

酶含量調(diào)整即調(diào)整酶合成，因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)酶含量普通與其活性呈正相關(guān)。物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第10頁(yè)2.2.2激素水平調(diào)整

激素（hormone）經(jīng)過血液抵達(dá)其專一作用組織和細(xì)胞，稱為靶組織（targettissue）、靶細(xì)胞（targetcell），與其特異受體結(jié)合，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)代謝改變，于是引發(fā)生理效應(yīng)。

2.2.3整體水平調(diào)整

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制下，經(jīng)過神經(jīng)遞質(zhì)（neurotransmitter）或激素對(duì)靶組織、靶細(xì)胞直接發(fā)生影響來調(diào)整其代謝及功效，并經(jīng)過各種激素相互協(xié)調(diào)而對(duì)機(jī)體代謝進(jìn)行綜合調(diào)整，這種調(diào)整稱為整體水平代謝調(diào)整。因?yàn)樯窠?jīng)和激素對(duì)于內(nèi)外環(huán)境改變有十分敏銳反應(yīng)，依據(jù)這些改變來調(diào)整代謝過程，使機(jī)體成為一個(gè)整體，各個(gè)組織器官代謝相互協(xié)調(diào)配合，以適應(yīng)環(huán)境改變。

物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第11頁(yè)3.細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)

信號(hào)傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞之間通訊聯(lián)絡(luò)，使多細(xì)胞生物對(duì)外界環(huán)境改變能夠作出協(xié)同一致反應(yīng)。細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)包含信號(hào)分子、受體、第二信使分子、胞內(nèi)靶蛋白或靶酶等。3.1信號(hào)分子（signalmolecules）

激素（胰島素、腎上腺素等）生長(zhǎng)因子（生長(zhǎng)激素、上皮生長(zhǎng)因子等）細(xì)胞因子（白細(xì)胞介素、腫瘤壞死因子等）神經(jīng)遞質(zhì)（乙酰膽堿、5-羥色胺等）氣體分子（NO、CO等）物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第12頁(yè)3.2受體（receptor）

是指細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能識(shí)別生物活性分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、毒素、藥品等）并與之結(jié)合生物大分子，主要是蛋白質(zhì)。大多數(shù)受體位于細(xì)胞膜上，少部分在胞內(nèi)或核內(nèi)。3.2.1受體特點(diǎn)

親和性——與配體（ligand）有極高親和力；

專一性——

存在于特定組織細(xì)胞膜上或胞內(nèi)。這些細(xì)胞或組織稱為靶組織、靶細(xì)胞；效應(yīng)性——受體一旦與配體結(jié)合（可逆地）即引發(fā)細(xì)胞生理效應(yīng)物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第13頁(yè)

門控通道型受體（膜上）

如乙酰膽堿受體

G蛋白偶聯(lián)型受體（膜上）如腎上腺素受體酪氨酸激酶型受體（膜上）

如生長(zhǎng)激素受體

DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)整型受體（核內(nèi)）如雌激素受體受體類型3.2.2受體類型物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第14頁(yè)膜上受體三種類型門控通道型G蛋白偶聯(lián)型酪氨酸激酶型物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第15頁(yè)G蛋白分布極廣，參加細(xì)胞物質(zhì)代謝調(diào)整和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控3.3G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)3.3.1G蛋白全稱為GTP結(jié)合調(diào)整蛋白，是位于細(xì)胞膜胞漿面外周蛋白，是由（αβγ）

3個(gè)亞基組成三聚體，α結(jié)合GTP時(shí)，與βγ

分離，成為活性形式，而結(jié)合GDP時(shí)，又與βγ結(jié)合成3聚體，成為非活性形式。物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第16頁(yè)與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)胞外——結(jié)合配體部分胞內(nèi)——與G蛋白作用部分過膜——七段螺旋

物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第17頁(yè)蛋白激酶A（PKA）路徑IP3-鈣離子/鈣調(diào)蛋白激酶路徑蛋白激酶C路徑3.3.2由G蛋白介導(dǎo)可激活一些信號(hào)傳導(dǎo)路徑物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第18頁(yè)配體與受體結(jié)合G蛋白活化（交換GTP/GDP）結(jié)合并激活A(yù)C（腺苷酸環(huán)化酶）生成cAMP（第二信使）激活蛋白激酶A（PKA）發(fā)揮生理調(diào)整作用蛋白激酶A(PKA)路徑（cAMP-PKA路徑）物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第19頁(yè)第二信使cAMP激活蛋白激酶A機(jī)制

——PKA變構(gòu)激活

R表示調(diào)整亞基，C表示催化亞基物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第20頁(yè)由激活蛋白激酶A引發(fā)一系列酶級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)促進(jìn)糖原快速分解

注意：一系列酶經(jīng)過磷酸化被化學(xué)修飾從而改變了活性物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第21頁(yè)IP3-鈣離子/鈣調(diào)蛋白激酶路徑蛋白激酶C路徑物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第22頁(yè)第二信使IP3

和DG產(chǎn)生物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)第23頁(yè)

酪氨酸蛋白激酶受體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)