第12章代謝和代謝調(diào)控總論調(diào)節(jié)

第十三章代謝和代謝調(diào)控總論新陳代謝的概念和研究方法第一節(jié)新陳代謝（metabolism）是指機(jī)體與外界環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)交換的過程。它包括了消化、吸收、中間代謝和排泄四個(gè)階段。一、物質(zhì)代謝的概念（一）物質(zhì)代謝的含義中間代謝：經(jīng)過消化、吸收的外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和體內(nèi)原有的物質(zhì)，在全身一切組織和細(xì)胞中進(jìn)行的化學(xué)變化。代謝的過程中發(fā)生的物質(zhì)變化，稱為物質(zhì)代謝。伴有的能量轉(zhuǎn)移過程稱為能量代謝。（二）同化作用和異化作用

同化作用(assimilation)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為機(jī)體自身物質(zhì)。

異化作用(dissimilation)：機(jī)體自身物質(zhì)轉(zhuǎn)化為廢物而排出體外。

合成代謝(anabolism)：小分子物質(zhì)合成大分子物質(zhì)的過程。

分解代謝(catabolism)：大分子物質(zhì)分解為二氧化碳、水和氨的過程。（三）合成代謝與分解代謝（四）中間代謝串連式代謝：上一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物就是下一步反應(yīng)的反應(yīng)物分支式代謝：某些關(guān)鍵產(chǎn)物是許多不同反應(yīng)的共同產(chǎn)物或反應(yīng)物循環(huán)式代謝：反應(yīng)組成循環(huán)在物質(zhì)代謝過程中同時(shí)伴有能量的交換稱為能量代謝。二、能量代謝的概念(energymetabolism)含義：營(yíng)養(yǎng)物輸入能量當(dāng)機(jī)體從外界環(huán)境攝取營(yíng)養(yǎng)物，也就是等于從外界輸入能量（營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所含的化學(xué)能）當(dāng)這些物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)進(jìn)行分解代謝時(shí)又將化學(xué)能釋放出來。以供生命活動(dòng)的需要，亦即機(jī)體一切生命活動(dòng)所需的能量，都是從物質(zhì)所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)變而來的。物質(zhì)分解所釋放的化學(xué)能可用于合成另一物質(zhì)，也可用于其生命活動(dòng)所需要的各種形式的能，如肌肉收縮的機(jī)械能，神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)的電能等。

但化學(xué)能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺鞴Φ母鞣N能，總有一部分化學(xué)能不可避免地轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢勺鞴Χ詿岬男问?，稱為散發(fā)熱（q），而可用于作功的一部分能稱為自由能（△F），轉(zhuǎn)變的總能量稱為反應(yīng)熱（△H）。根據(jù)能量守恒定律，反應(yīng)熱必等于轉(zhuǎn)變的自由能與散發(fā)熱之和，即

△H=△F+q

△H：反應(yīng)熱△F(freeenergy△G)：自由能q：散發(fā)熱△G=G產(chǎn)物-G反應(yīng)物

△G﹤0：反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行：放能反應(yīng)

△G=0：反應(yīng)達(dá)到平衡

△G﹥0：反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行：吸能反應(yīng)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直接供能體溫（1）卡價(jià)：食物在體內(nèi)被氧化分解至最終產(chǎn)物所釋放的總能量以千卡計(jì)算，稱為食物的卡價(jià)。（2）呼吸商：機(jī)體與外界環(huán)境在呼吸過程中所交換的二氧化碳與氧的摩爾數(shù)的比值稱為呼吸商。（二）食物的卡價(jià)與呼吸商人體在清醒而安靜的狀態(tài)中同時(shí)又沒有食物的消化吸收作用的情況下，并處于適宜溫度下，所消耗的能量，稱為基礎(chǔ)代謝。（三）基礎(chǔ)代謝（basalmetabolism)含義：物質(zhì)代謝生物體的新陳代謝合成代謝分解代謝

（同化作用）（異化作用）生物小分子合成為生物大分子

需要能量釋放能量生物大分子分解為生物小分子

能量代謝小結(jié)：三、物質(zhì)代謝的研究方法1、利用正常機(jī)體的方法2、使用病變動(dòng)物法3、切除器官法4、臟器灌注法5、組織切片或勻漿法6、純酶法以及酶抑制劑法7、同位素示蹤法8、使用亞細(xì)胞成分的方法9、基因突變法物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系第二節(jié)

生物體內(nèi)的新陳代謝是一個(gè)完整而又統(tǒng)一的過程一，這些代謝過程是密切相互促進(jìn)和制約的。糖、脂類及蛋白質(zhì)代謝的密切聯(lián)系，主要表現(xiàn)于三者的各個(gè)代謝的中間產(chǎn)物可以相轉(zhuǎn)變。

脂類和蛋白質(zhì)代謝的進(jìn)行程度取決于糖代謝進(jìn)行的程度。糖和脂類不足時(shí)，蛋白質(zhì)分解代謝加強(qiáng)。糖充足時(shí)可減少脂類消耗。1.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一、蛋白質(zhì)與糖代謝的相互聯(lián)系例如：丙氨酸丙酮酸脫氨基糖異生葡萄糖2.大部分氨基酸脫氨基后，生成相應(yīng)的α-酮酸，可轉(zhuǎn)變?yōu)樘遣荒苡锰峭耆娲澄镏械鞍踪|(zhì)的供應(yīng)，相反，蛋白質(zhì)在一定程度上可以替代糖。（二）糖與脂代謝的相互聯(lián)系1.攝入的糖量超過能量消耗時(shí)：

葡萄糖乙酰CoA合成糖原儲(chǔ)存（肝、肌肉）脂酸脂肪磷酸-甘油磷酸二羥丙酮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-甘油葡萄糖丙酮酸一般生理情況下依靠脂肪大量轉(zhuǎn)變成糖是困難的，但糖轉(zhuǎn)變成脂肪則可大量進(jìn)行。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）蛋白質(zhì)與脂類代謝的相互聯(lián)系蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變成脂類，機(jī)體幾乎不利用脂肪合成蛋白質(zhì)。脂肪甘油磷酸甘油糖酵解途徑丙酮酸其他α-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.體內(nèi)許多游離核苷酸在代謝中起重要作用ATP是能量和磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的重要物質(zhì)GTP參與蛋白質(zhì)的合成UTP參與多糖的生物合成CTP參與磷脂的生物合成參與構(gòu)成輔酶：輔酶Ⅰ、輔酶Ⅱ、FAD、FMN2.核酸參與蛋白質(zhì)生物合成的幾乎全過程，而核酸的生物合成又需要許多蛋白因子的參與。3.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4.磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供代謝調(diào)控總論第三節(jié)代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要細(xì)胞內(nèi)代謝物通過影響細(xì)胞內(nèi)酶的活性及含量的變化進(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)。最原始的調(diào)節(jié)方式高等生物——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，或通過神經(jīng)纖維及神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)效應(yīng)器發(fā)生直接影響，或改變某些激素的分泌，并通過各種激素的互相協(xié)調(diào)而對(duì)機(jī)體代謝進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。

一、細(xì)胞或酶水平的調(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。（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)的分布多酶體系分布糖酵解胞液磷酸戊糖途徑糖異生糖原合成三羧酸循環(huán)線粒體氧化磷酸化線粒體胞液胞液、線粒體胞液多酶體系分布線粒體脂酸b氧化脂酸合成胞液內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞液膽固醇合成磷脂合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

酶的隔離分布的意義

——避免了各種代謝途徑互相干擾。多酶體系分布蛋白質(zhì)合成多種水解酶溶酶體線粒體、胞液尿素合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞液快速調(diào)節(jié)

慢速調(diào)節(jié)數(shù)秒、數(shù)分鐘通過改變酶的活性數(shù)小時(shí)、幾天通過改變酶的含量變構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)化學(xué)修飾調(diào)節(jié)

(chemicalmodification)?代謝調(diào)節(jié)主要是通過對(duì)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。酶水平的調(diào)節(jié):

代謝途徑的速度、方向是由其中的關(guān)鍵酶（keyenzyme）的活性所決定的一、酶活力的調(diào)節(jié)最初反應(yīng)物終產(chǎn)物Mostimportant限速酶調(diào)節(jié)反應(yīng)途徑速率多酶體系①通常處于多酶體系的起始階段，酶的調(diào)節(jié)可以更經(jīng)濟(jì)、更有準(zhǔn)備的改變整個(gè)反應(yīng)的代謝過程。②這類酶活性常常受代謝終產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)具有以下特點(diǎn)：反饋調(diào)節(jié)反饋抑制（負(fù)反饋）反饋激活（正反饋）1.變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念小分子化合物（反饋抑制劑）與酶分子活性中心以外的某一部位（反饋調(diào)節(jié)劑結(jié)合部位）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)。（一）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(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——引起酶活性增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。?變構(gòu)抑制劑——引起酶活性降低的變構(gòu)效應(yīng)劑。

終產(chǎn)物對(duì)代謝過程的抑制通常是通過對(duì)別構(gòu)酶的作用來完成的。例1：肝膽固醇生物合成的反饋抑制2乙酰CoA乙酰乙酰CoA→HMGCoAHMGCoA還原酶MVA鯊烯膽固醇(—)例2：大腸桿菌CTP生物合成的反饋控制天冬氨酸+氨甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸

ATC酶UMPUTPCTP(—)蘇氨酸例3：氨基酸生物合成的反饋控制天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰半醛高絲氨酸L-賴氨酸α-酮丁酸L-異亮氨酸L-甲硫氨酸高絲氨酸脫氫酶天冬氨酸激酶（1）協(xié)同反饋抑制：（2）順序反饋抑制：ABCDEF所謂協(xié)同反饋抑制是指兩個(gè)或以上的反饋抑制作用，其作用點(diǎn)是一個(gè)酶時(shí)，反饋?zhàn)饔玫膹?qiáng)度大于兩者單獨(dú)作用的和。協(xié)同反饋抑制ABCDEFG順序反饋抑制順序反饋抑制是指串聯(lián)反應(yīng)中的每一步的中間代謝物都能反饋抑制合成其本身的酶，從而造成終產(chǎn)物的反饋抑制作用逆向于串聯(lián)反應(yīng)的傳遞。2、ATP、ADP和AMP的調(diào)節(jié)例：GlcG-6-pCO2+ATPG-1-p糖原分解①②③運(yùn)動(dòng)時(shí)，ATP消耗，AMP或ADP濃度較高，可激活①③，而抑制②。休息時(shí)，則抑制①③，激活②。3.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)結(jié)合，引起分子變構(gòu)，使酶的活力發(fā)生改變，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ThrSer