物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)教學(xué)課件

1、第11章 物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)Metabolic Interrelationships and Regulation生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室第一節(jié) 物質(zhì)代謝的特點 (考試內(nèi)容，自學(xué))第二節(jié) 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系第三節(jié) 某些組織、器官的代謝特點 (了解，自學(xué))第四節(jié) 代謝調(diào)節(jié)（重點）第二節(jié) 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系Metabolic Interrelationships一、在能量代謝上的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)素糖脂肪蛋白質(zhì)共同中間產(chǎn)物乙酰CoA2H氧化磷酸化ATPCO2共同最終代謝通路TAC三大營養(yǎng)素可在體內(nèi)氧化供能從能量供應(yīng)角度看，三大營養(yǎng)素可以相互代替，并相互制約。一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)

2、約蛋白質(zhì)的消耗。任一供能物質(zhì)的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他物質(zhì)的降解。二、糖、脂和蛋白質(zhì)代謝之間的相互聯(lián)系（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系糖變脂攝糖過多變構(gòu)+乙酰輔酶A羧化酶合成脂肪酸儲脂 肥胖及血TG 檸檬酸ATP合成糖原儲存（肝、肌肉）乙酰輔酶A脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，但脂酸不能轉(zhuǎn)變?yōu)樘侵局舅?動員甘油糖（少）-磷酸甘油 （少）乙酰CoA（多）脂肪分解代謝有賴于糖代謝正常進(jìn)行糖代謝 草酰乙酸 三羧酸循環(huán)糖異生高血酮癥 糖尿病是由于胰島素分泌不足、和/或周圍組織對胰島素敏感性降低而引起的以高血糖為主要特征（糖代謝紊亂），伴有脂肪、蛋白質(zhì)代謝紊亂的內(nèi)分泌代謝性疾病。1型：胰島細(xì)胞破

3、壞，胰島素分泌絕對量不足。2型：胰島素抵抗為主、伴胰島素分泌不足；或胰島素分泌不足為主、伴胰島素抵抗。特殊型：如細(xì)胞功能遺傳缺陷，妊娠高血糖。糖尿?。―M）與代謝紊亂糖尿病導(dǎo)致代謝紊亂的生化機制最基本的機制是組織細(xì)胞利用胰島素不足；胰島素是唯一降低血糖，也是唯一同時促進(jìn)糖原、脂肪和蛋白質(zhì)合成的激素；組織利用胰島素脂代謝乙酰CoA 草酰乙酸葡萄糖進(jìn)入肌, 脂肪等組織供能丙酮酸酮體生成 除生酮aa（Leu和Lys）外，其余aa均可生成-酮酸，并循糖異生途徑轉(zhuǎn)變?yōu)樘翘谴x中間產(chǎn)物可氨基化轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦鑑a（但不能轉(zhuǎn)變成8種必需aa）食物中蛋白質(zhì)能代替糖、脂供能但食物中糖、脂不能代替蛋白質(zhì)（二）糖代謝與

4、氨基酸代謝的相互聯(lián)系 所有aa均分解能生成乙酰CoA，用于脂 肪、膽固醇合成aa（如Ser）亦可作為磷脂合成原料僅脂肪動員的甘油可進(jìn)入糖酵解途徑并轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦鑑a（但不能轉(zhuǎn)變成8種必需aa）（三）脂代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系Gly、Asp、Gln及一碳單位是合成嘌呤的原料Asp、Gln及一碳單位是合成嘧啶的原料（四）核酸與氨基酸代謝的相互關(guān)系脂肪Leu、LysTyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro酮體、膽固醇AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸- 酮戊二酸琥珀酸延胡索酸-磷酸甘油第四節(jié) 代謝調(diào)節(jié)（重點與難點）代謝

5、調(diào)節(jié)作用的三個水平：細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)（酶活性和酶量，代謝物濃度，區(qū)室化）-本章重點 激素水平的代謝調(diào)節(jié)（內(nèi)分泌細(xì)胞激素細(xì)胞內(nèi)代謝） 整體水平的代謝調(diào)節(jié)（中樞神經(jīng)神經(jīng)遞質(zhì)效應(yīng)器激素分泌細(xì)胞內(nèi)代謝）（一）細(xì)胞內(nèi)酶的隔離分布（區(qū)室化）胞液：糖酵解、糖原合成與分解、糖異生、磷酸戊糖途徑、脂酸合成酶系一、細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)胞核：核酸合成酶系線粒體：三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化、呼吸鏈、脂酸氧化酶系關(guān)鍵酶（調(diào)節(jié)酶、限速酶）的概念 一個代謝途徑的速度和方向，常由一個或幾個具有調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶的活性所決定。這些調(diào)節(jié)代謝的酶稱調(diào)節(jié)酶（regulatory enzymes）或 關(guān)鍵酶（key enzymes）1. 所

6、催化的反應(yīng)速度最慢，故又稱限速酶；關(guān)鍵酶的特點:2. 催化單向反應(yīng)或非平衡反應(yīng)，故能決定 整個代謝途徑的方向；3. 酶活性除受底物影響外，還受多種代 謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。糖原分解 磷酸化酶糖原合成 糖原合酶糖酵解 己糖激酶， PFK-1， 丙酮酸激酶糖有氧氧化 丙酮酸脫氫酶系，檸檬酸合酶， 異檸檬酸脫氫酶,酮戊二酸脫氫酶系糖異生 丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激 酶,果糖1,6-二磷酸酶,葡萄糖-6-磷酸酶脂酸合成 乙酰CoA羧化酶膽固醇合成 HMGCoA還原酶某些重要代謝途徑的關(guān)鍵酶代謝途徑 關(guān)鍵酶變構(gòu)調(diào)節(jié)共價(化學(xué))修飾調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)主要通過對關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)(數(shù)秒數(shù)分)遲緩調(diào)

7、節(jié)(數(shù)小時數(shù)天)酶的代謝調(diào)節(jié)酶量的調(diào)節(jié)酶蛋白的合成酶蛋白的降解酶活性調(diào)節(jié)(二) 關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)1. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念（allosteric regulation） 小分子化合物與酶蛋白分子活性中心以外的部位非共價鍵結(jié)合，使酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，從而增強或減弱酶的活性。這種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)部位(別構(gòu)部位) allosteric site 與變構(gòu)效應(yīng)劑結(jié)合的部位變構(gòu)酶(別構(gòu)酶) allosteric enzyme 被變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶變構(gòu)效應(yīng)劑 allosteric effector 使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)2. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的機制變構(gòu)酶(寡聚酶)催化亞基調(diào)節(jié)亞基與底物結(jié)合起催化作用與變構(gòu)效應(yīng)劑非共價結(jié)合起調(diào)節(jié)作

8、用變構(gòu)效應(yīng)劑的種類：底物，代謝終產(chǎn)物，代謝中間產(chǎn)物，其他小分子代謝物酶活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)(抑制)示意圖變構(gòu)劑酶底物活性中心變構(gòu)中心變構(gòu)抑制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多。乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA長鏈脂酰CoA變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費G-6-P+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促進(jìn)糖的儲存變構(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)脂酸的合成糖酵解 己糖激酶 AMP,ADP,FDP,Pi G-6-P, ATP PFK-1 F

9、DP 檸檬酸 丙酮酸激酶 ATP,乙酰CoA TAC 檸檬酸合酶 AMP ATP,長鏈脂酰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,G-1-P,Pi ATP,G-6-P脂酸合成 乙酰CoA羧化酶 檸檬酸,異檸檬酸 長鏈脂酰CoA 氨基酸代謝 谷氨酸脫氫酶 ADP,亮氨酸,蛋氨酸 GTP,ATP,NADH嘌呤合成 Gln-PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶 AMP,GMP嘧啶合成 Asp轉(zhuǎn)甲酰酶 CTP,UTP核酸合成 脫氧胸苷激酶 dCTP,dATP dTTP 一些代謝途徑中的變構(gòu)酶及其變構(gòu)劑代謝途徑 變構(gòu)酶 變構(gòu)激活劑 變構(gòu)

10、抑制劑（三）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)概念 一種酶在另一種酶的催化下，通過共價鍵的斷裂與生成，結(jié)合或移去某基團(tuán)，使酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)chemical modification regulation 或共價修飾調(diào)節(jié) covalent modification regulation屬快速調(diào)節(jié)，包括:磷酸化/脫（去）磷酸化(最常見)乙?；?脫乙?；谆?去甲基化腺苷化與脫腺苷SH/-S-S-酶的磷酸化與脫磷酸化酶蛋白磷蛋白磷酸酶PiH 2O蛋白激酶ATPADPMg2+酶蛋白ThrSerTyrOHThrSerTyrO-PO32-糖原磷酸化酶 磷酸化/脫磷酸 激活/抑制磷酸化酶b激酶 磷酸化

11、/脫磷酸 激活/抑制 糖原合酶 磷酸化/脫磷酸 抑制/激活丙酮酸脫羧酶 磷酸化/脫磷酸 抑制/激活磷酸果糖激酶 磷酸化/脫磷酸 抑制/激活丙酮酸脫氫酶 磷酸化/脫磷酸 抑制/激活HMGCoA還原酶 磷酸化/脫磷酸 抑制/激活HMGCoA還原酶激酶 磷酸化/脫磷酸 激活/抑制乙酰CoA羧化酶 磷酸化/脫磷酸 抑制/激活甘油三酯脂肪酶 磷酸化/脫磷酸 激活/抑制黃嘌呤氧化脫氫酶 SH/-S-S- 脫氫酶/氧化酶酶 化學(xué)修飾類型 酶活性改變 表9-5 酶促化學(xué)修飾對酶活性的調(diào)節(jié)2. 酶促化學(xué)修飾的特點(1) 化學(xué)修飾酶一般都具有無活性（低活性）和有活性（高活性）兩種形式，它們之間在兩種不同的酶催化下

12、可相互轉(zhuǎn)變。酶受激素調(diào)節(jié)。(可控)(2) 化學(xué)修飾由酶催化引起共價鍵的變化，酶促反應(yīng)具有級聯(lián)放大效應(yīng)。（效率高）(3) 磷酸化與脫磷酸是最常見的。(經(jīng)濟(jì)有效)(4) 許多化學(xué)修飾酶也同時受到變構(gòu)調(diào)節(jié)，酶的化學(xué)修飾和變構(gòu)調(diào)節(jié)兩者相輔相成。 （完善）（四）酶量的調(diào)節(jié)概念：通過調(diào)節(jié)酶的含量（即通過控制酶蛋白的合成與分解的速度）來實現(xiàn)對代謝反應(yīng)速度和強度的調(diào)節(jié)。特點：酶蛋白的合成或降解所需時間較長，消耗ATP較多，屬遲緩調(diào)節(jié)，作用慢（幾小時幾天）、持續(xù)時間長。1. 酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏酶的底物、激素或藥物能在轉(zhuǎn)錄水平增加酶的合成。誘導(dǎo)劑(inducer)加速酶蛋白合成的化合物阻遏劑(represso

13、r)減少酶蛋白合成的化合物1）底物對酶合成的誘導(dǎo)與阻遏例：酪蛋白（飼料）精氨酸酶量（鼠肝）+2）產(chǎn)物對酶合成的阻遏例：膽固醇 HMG-CoA還原酶量（肝）3）激素對酶合成的誘導(dǎo)例：糖皮質(zhì)激素糖異生4種限速酶量+4）藥物對酶合成的誘導(dǎo)血游離膽紅素(新生兒黃疸)苯巴比妥葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶（肝微粒體）+2. 酶蛋白的降解細(xì)胞內(nèi)酶蛋白的降解由蛋白水解酶類催化。有：1）溶酶體中的蛋白水解酶2）蛋白酶體：泛素識別、結(jié)合蛋白質(zhì)；蛋白水解酶降解蛋白質(zhì)二、激素水平的調(diào)節(jié)不講，信號傳導(dǎo)章專門講三、整體調(diào)節(jié) 在不同生理和病理狀況下，機體的神經(jīng)系統(tǒng)的活動、激素的分泌和各代謝途徑中的酶(三個調(diào)節(jié)水平)均發(fā)生相應(yīng)的變化，

14、使各種物質(zhì)代謝的速度與同外環(huán)境的變化相適應(yīng)，以保證機體的能量需要和內(nèi)環(huán)境的相對恒定。例如：在饑餓和應(yīng)激狀態(tài)下的物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)。（一）饑餓代謝變化的基本規(guī)律： 在饑餓狀態(tài)下，機體發(fā)生一系列生理和代謝變化 。 基本表現(xiàn)為各個組織細(xì)胞從依賴食物提供葡萄糖，逐步轉(zhuǎn)變并適應(yīng)以自身儲脂為主要能量來源的過程；蛋白質(zhì)分解提供能量也明顯；氮平衡轉(zhuǎn)向負(fù)氮平衡。饑餓分期短期饑餓 (12天)長期饑餓(2天以上)又稱糖異生期。主要靠肝臟糖異生葡萄糖和肝外組織節(jié)省葡萄糖的利用維持血糖水平，以滿足腦組織對糖的需求。又稱蛋白保存期。體內(nèi)各個組織包括腦組織都以脂肪酸和酮體作為主要能源。糖原消耗胰島素分泌胰高血糖素分泌引起一系列的

15、代謝變化1. 短期饑餓（12天）血糖趨于降低 （1）蛋白質(zhì)代謝變化分解，氨基酸異生成糖（2）糖代謝變化 糖異生 ，組織對葡萄糖利用（3）脂代謝變化 脂肪動員 ，酮體生成2. 長期饑餓（1）蛋白質(zhì)代謝變化 蛋白質(zhì)分解（2）糖代謝變化肝腎糖異生肝糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸（3）脂代謝變化脂肪動員進(jìn)一步，腦組織利用酮體（二）應(yīng) 激(Stress)概念機體受到強烈剌激如劇痛、創(chuàng)傷、出血、燒傷、冷凍、中毒、急性感染、情緒緊張及強力活動時引起機體的“緊張狀態(tài)”。2. 機體整體反應(yīng)交感神經(jīng)興奮腎上腺髓質(zhì)及皮質(zhì)激素分泌胰高血糖素、生長激素，胰島素分泌 引起一系列的代謝變化3. 代謝改變（1） 血糖升高（2

16、） 脂肪動員增強（3）蛋白質(zhì)分解加強第一節(jié) 物質(zhì)代謝的特點 體內(nèi)各種物質(zhì)（糖、脂、蛋白質(zhì)、水、無機鹽和維生素等）的代謝構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體（一）整體性彼此相互聯(lián)系彼此相互轉(zhuǎn)化彼此相互依存（二）物質(zhì)代謝物與能量代謝相偶聯(lián)新陳代謝同化作用異化作用物質(zhì)合成吸收能量物質(zhì)合成吸收能量物質(zhì)代謝能量代謝 直線途徑(如-氧化)分支途徑(如許多分支點:乙酰CoA、 丙酮酸等)循環(huán)途徑(如TAC、鳥氨酸循環(huán)等)（三）代謝途徑的多樣性 機體存在精細(xì)的調(diào)節(jié)機制，使各種物質(zhì)代謝能適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化。調(diào)節(jié)各種物質(zhì)代謝的強度調(diào)節(jié)各種物質(zhì)代謝的方向調(diào)節(jié)各種物質(zhì)代謝的速度（四）代謝調(diào)節(jié)（五）各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色不同的組織、器官結(jié)構(gòu)不同酶系的種類、含量不同代謝途徑不同、功能各異肝臟含糖、脂、蛋白質(zhì)代謝的各種酶系，是物質(zhì)代謝的總樞紐脂肪組織含激素敏感脂肪酶，能進(jìn)行脂肪儲存與動員腦組織、紅細(xì)胞有糖代謝酶系，能利用糖氧化供能 同一種代謝物共同參加到同一代謝池中代謝 如：血糖代謝池、氨基酸代謝池等（六）各種代謝物均具有共同的代謝池（七）ATP是機體儲存和利用能量的共同形式 生物大分子的合成、肌肉收縮、神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)、細(xì)胞滲透壓及形態(tài)的維持等均需要消耗ATP營養(yǎng)物分解釋放能量ADP+PiATP直接供能（八）NADP