代謝和調(diào)控總論

第十三章代謝和代謝調(diào)控總論葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸甘油脂酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸賴氨酸色氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬酰氨第一節(jié)新陳代謝的概念和研究方法一、物質代謝的概念（一）物質代謝的含義（二）同化作用和異化作用（三）合成代謝與分解代謝（四）中間代謝一、物質代謝的概念（一）物質代謝的含義

新陳代謝（metabolism）是生命最基本的特征之一，指生物與周圍環(huán)境進行物質交換過程。通過消化吸收，中間代謝和排泄等四個階段完成

中間代謝是外源性物質和內(nèi)源性物質在生物體進行一系列化學變化的過程，物質在生物細胞進行代謝轉變的過程中，必然伴隨著能量變化和轉移，前者為物質代謝，后者為能量代謝（二）同化作用與異化作用

新陳代謝包括包括同化作用與異化作用

同化作用（assimilation）生物不斷地從外界環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質，通過消化吸收和一系列生化反應轉變成自身組織成分的過程

異化作用（dissimilation）生物將原有的組成成份經(jīng)過一系列的生化反應，分解為簡單成分重新利用或排出體外，即所謂異化作用生物通過同化作用與異化作用過程不斷地進行自我更新同化作用與異化作用是生命活動中一對矛盾的統(tǒng)一體，即時對立的又是統(tǒng)一的，通過同化作用，為異化作用提供物質基礎，異化作用為同化作同提供充足的能量（三）合成代謝與分解代謝合成代謝是由小分子物質合成膠大分子物質的過程分解代謝是由大分子物質分解成小分子物質的過程合成代謝需要消耗能量，分解代謝伴隨著能量的釋放從同化作用與異化作用的生化代謝過程來看，同化作用以合成代謝為主，也包含有一定的分解過程，異化作用以分解代謝為主，也包含有一定的合成代謝過程新陳代謝同化作用異化作用物質合成吸收能量物質分解釋放能量物質代謝能量代謝二、物質代謝的特點（一）整體性

糖類

脂類蛋白質水

無機鹽維生素各種物質代謝之間互有聯(lián)系，相互依存。

消化吸收中間代謝廢物排泄（二）代謝途徑的多樣性1、直線途徑：從起始物到終產(chǎn)物，整個反應過程無代謝支路．如DNA的生物合成,RNA的生物合成及蛋白質的生物合成２、分支途徑：代謝物可通過某個共同中間產(chǎn)物進行代謝分途，產(chǎn)生２種或更多種產(chǎn)物．如由葡萄糖代謝產(chǎn)生的丙酮酸，可經(jīng)不同的代謝途徑生成不同的產(chǎn)物．３、循環(huán)途徑:循環(huán)中的中間產(chǎn)物可反復生成,反復利用,使生物體能經(jīng)濟高效的進行代謝轉變.如TAC（三）物質代謝的組織特異性各組織器官的分化不同，所含酶類的種類含量各有差異，導致各組織、器官具有不同的代謝特點．結構不同酶系的種類、含量不同不同的組織、器官代謝途徑不同、功能各異例如肝臟：糖原合成、分解，酮體生成。腦組織：以葡萄糖供能為主。對氨敏感。結構不同酶系的種類、含量不同不同的組織、器官代謝途徑不同、功能各異例如肝臟：糖原合成、分解，酮體生成。腦組織：以葡萄糖供能為主。對氨敏感。機體有精細的調(diào)節(jié)機制，調(diào)節(jié)代謝的強度、方向和速度內(nèi)外環(huán)境不斷變化影響機體代謝適應環(huán)境的變化（四）代謝的可調(diào)節(jié)性機體內(nèi)存在一套精細完善的調(diào)節(jié)機制，從而保證錯綜復雜的物質代謝得以有條不紊地進行．ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機械能(肌肉收縮)滲透能(物質主動轉運)化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲存和利用都以ATP為中心。（五）ATP是機體能量利用的共同形式三、能量代謝的概念在物質代謝過程中伴有的能量交換稱為能量代謝在機體的代謝過程中，合成代謝所吸收的自由能由分解代謝所釋放的自由能供給。自由能的交換以ATP的形式進行物質代謝和能量代謝是密不可分的

基礎代謝：機體在基礎狀態(tài)下的能量代謝稱為基礎代謝

基礎狀態(tài)的條件：①清晨空腹，即禁食12～14h，前一天應清淡、不要太飽的飲食，以排除食物特殊動力效應的影響②平臥，全身肌肉放松，盡力排除肌肉活動的影響③清醒且情緒安閑，以排除精神緊張的影響④室溫20-25℃，排除環(huán)境溫度的影響正常人基礎代謝每24小時5900-7500KJ（1400-1800千卡）熱能重體力勞動者每小時能量的消耗超過200KJ（500千卡）四、物質代謝的研究方法代謝研究的關鍵是分析技術，現(xiàn)已發(fā)展到微量超微量甚至單分子的分析，在生物學研究方面，常用的實驗技術有：超速離心法同位素（放射性核素）示蹤法放射免疫測定法氣質聯(lián)用測定法（GC/MS）液質聯(lián)用測定法(LC/MS)

核磁共振分析法利用正常機體的方法利用正常機體的方法使用病變動物切除器官法臟器灌注法組織切片或勻漿法純酶法及酶抑制劑法同位素示蹤法使用亞細胞成分的方法致突變法轉基因和基因敲除法第二節(jié)物質代謝的相互聯(lián)系三大營養(yǎng)素共同中間產(chǎn)物共同最終代謝通路糖脂肪蛋白質乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2

三大營養(yǎng)素在能量代謝上相互聯(lián)系從能量供應的角度看，三大營養(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)約蛋白質的消耗。任一供能物質的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他物質的降解。饑餓時

肝糖原分解

，肌糖原分解

肝糖異生，蛋白質分解以脂酸、酮體分解供能為主蛋白質分解明顯降低1~2天3~4周（一）糖與氨基酸代謝的相互聯(lián)系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，生成相應的α-酮酸，可轉變?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(必需氨基酸只能從食物中攝取).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（二）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系1.攝入的糖量超過能量消耗時葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪組織）合成糖原儲存（肝、肌肉）2.脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉變?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.糖可以轉變?yōu)槟懝檀?能為磷脂合成提供原料.4.膽固醇不能轉變?yōu)樘?甘油磷脂中的甘油可以異生成糖.5.脂肪的分解代謝受糖代謝的影響?zhàn)囸I、糖供應不足或糖代謝障礙時高酮血癥草酰乙酸相對不足糖不足脂肪大量動員酮體生成增加

氧化受阻脂肪代謝和糖代謝的關系延胡索酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物氨基酸乙酰CoA脂肪1.氨基酸可以轉變?yōu)橹?生酮氨基酸亮氨酸和賴氨酸只能轉變?yōu)橹?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)系脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途徑丙酮酸

其他α-酮酸某些非必需氨基酸3.脂肪的甘油部分可轉變?yōu)榉潜匦璋被幔ㄋ模┖怂崤c糖、蛋白質代謝的相互聯(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第三節(jié)代謝調(diào)控總論代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。進化越高的生物其代謝調(diào)節(jié)機制就越復雜。單細胞生物主要通過細胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對酶活力及酶的合成量進行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)稱為細胞水平代謝調(diào)節(jié)，是最為原始的代謝調(diào)節(jié)方式，同時也是一切其他高級調(diào)節(jié)的基礎。高等生物——

三級水平代謝調(diào)節(jié)細胞水平代謝調(diào)節(jié)激素水平代謝調(diào)節(jié) 高等生物在進化過程中，出現(xiàn)了專司調(diào)節(jié)功能的內(nèi)分泌細胞及內(nèi)分泌器官，其分泌的激素可對其他細胞發(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)遞質對靶細胞直接發(fā)生影響，或通過某些激素的分泌來調(diào)節(jié)某些細胞的代謝及功能，并通過各種激素的互相協(xié)調(diào)而對機體代謝進行綜合調(diào)節(jié)。

一、細胞水平的代謝調(diào)節(jié)?細胞水平的代謝調(diào)節(jié)主要是酶水平的調(diào)節(jié)。?細胞內(nèi)酶呈隔離分布。?代謝途徑的速度、方向由其中的關鍵酶(keyenzyme)的活性決定。?代謝調(diào)節(jié)主要是通過對關鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實現(xiàn)的。代謝途徑有關酶類常常組成多酶體系，分布于細胞的某一區(qū)域。多酶體系在細胞內(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，它的速度決定整個代謝途徑的總速度，故又稱其為限速酶(limitingvelocityenzymes)。②催化單向反應不可逆或非平衡反應，它的活性決定整個代謝途徑的方向。③這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應劑的調(diào)節(jié)。關鍵酶催化的反應具有以下特點：代謝途徑是一系列酶促反應組成的，其速度及方向由其中的關鍵酶決定。

快速代謝：

遲緩代謝：通過改變酶的活性通過改變酶的含量變構調(diào)節(jié)化學修飾調(diào)節(jié)

酶活力的調(diào)節(jié)

酶含量的調(diào)節(jié)數(shù)秒、數(shù)分鐘數(shù)小時、幾天酶蛋白合成的調(diào)節(jié)酶蛋白降解的調(diào)節(jié)?細胞水平上的代謝調(diào)節(jié)主要是對關鍵酶活性或含量的調(diào)節(jié)。主要有兩種調(diào)節(jié)方式：（一）酶活力的調(diào)節(jié)1、反饋調(diào)節(jié)與變構酶反饋調(diào)節(jié)是指代謝產(chǎn)物對催化其生成的酶的調(diào)節(jié)作用

反饋抑制(負反饋作用)

反饋激活(正反饋作用)ABGFJDCH---E1E3E2反饋抑制AB?

?

?

?

?GCD反饋激活例1：糖代謝途徑中丙酮酸積累激活丙酮酸羧化酶例2：乙酰CoA的積累激活PEP羧激酶

++E反饋性調(diào)節(jié)機理主要是通過酶的變構效應來實現(xiàn)的變構調(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合，引起酶蛋白分子構象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的變構調(diào)節(jié)或別構調(diào)節(jié)。被調(diào)節(jié)的酶稱為變構酶或別構酶(allostericenzyme)使酶發(fā)生變構效應的物質，稱為變構效應劑(allostericeffector)

?變構激活劑——引起酶活性增加的變構效應劑。?變構抑制劑——引起酶活性降低的變構效應劑。?酶分子上與效應劑結合的部位稱為變構部位變構調(diào)節(jié)的機制變構酶：催化亞基、調(diào)節(jié)亞基變構效應劑：底物、終產(chǎn)物其他小分子代謝物變構效應劑+酶的調(diào)節(jié)亞基酶的構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反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機制代謝物別構中心活性中心

變構調(diào)節(jié)的生理意義代謝終產(chǎn)物反饋抑制反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多；能量有效利用，各代謝途徑協(xié)調(diào)乙酰CoA

乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA長鏈脂酰CoA2CH3-COCOACH3-CO-CH3-COCOACH3-COCOAHMGCOAMVA鯊烯膽固醇HMGCOA還原酶_

膽固醇對肝臟生成其的合成代謝的限速酶HMGCOA還原酶的反饋性抑制作用

大腸桿菌CTP生物合成的反饋性抑制作用天冬氨酸+氨基甲酰磷酸氨基甲酰天冬氨酸UMPCTPUTPUDP天冬氨酸氨基甲酰轉移酶（ATC酶）—ATP可與CTP競爭性的和ATC酶結合解除CTP對ATC酶的抑制作用

大腸桿菌天冬氨酸代謝的反饋調(diào)控天冬氨酸激酶--a-酮丁酸大腸桿菌天冬氨酸生成賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸和異亮氨酸的反應，是分支連鎖反應，除反應起始階段的反饋調(diào)節(jié)作用外，分支步驟也存在相互協(xié)調(diào)的反饋抑制作用（1）協(xié)同反饋抑制作用兩個或兩個以上的產(chǎn)物對同一個起始反應的酶的同時進行反饋調(diào)節(jié)互相有協(xié)調(diào)促進作用，反饋作用大于各個產(chǎn)物單獨作用之和（2）順序反饋抑制作用對于一個連續(xù)代謝過程，每一步反應生成的中間產(chǎn)物對生成它的酶都有一個反饋抑制作用，從而造成終產(chǎn)物的反饋抑制作用逆向于連續(xù)反應的傳遞

2、ATP、ADP和AMP的調(diào)節(jié)作用除了產(chǎn)物的反饋抑制作用外，許多代謝物都可作為變構效應劑，對代謝進行調(diào)節(jié)，如ATP、ADP和AMP可通過作為許多酶的別構效應劑，對代謝進行調(diào)節(jié)，如ATP通過對糖分解代謝幾個關鍵酶的別構抑制作用和ADP、AMP對糖代謝幾個關鍵酶的別構激動作用，來調(diào)節(jié)糖分解代謝的速率3、酶的共價修飾調(diào)節(jié)（化學修飾調(diào)節(jié)）概念：酶蛋白肽鏈上某些基團在酶的催化下發(fā)生 可逆的共價修飾，從而引起酶活性改變， 這種調(diào)節(jié)稱為酶的化學修飾化學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

化學修飾的特點①酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相轉變。催化互變反應的酶在體內(nèi)可受調(diào)節(jié)因素如激素的調(diào)控。②作用迅速，具有放大效應，效率較變構調(diào)節(jié)高。③磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。

同一個酶可以同時受變構調(diào)節(jié)和化學修飾調(diào)節(jié)。酶級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖由于酶的共價修飾反應是酶促反應，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效應。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（無活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（無活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液腎上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456（二）酶量的調(diào)節(jié)1.酶蛋白合成的誘導與阻遏加速酶合成的化合物稱為誘導劑(inducer)減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor)

常見的誘導或阻遏方式Ⅰ

底物對酶合成的誘導和阻遏Ⅱ產(chǎn)物對酶合成的阻遏Ⅲ激素對酶合成的誘導Ⅳ藥物對酶合成的誘導Ⅰ底物對酶合成的誘導這種調(diào)節(jié)普遍存在與