生物化学第09章物质代谢的联系与调节

目录第9章物质代谢的联系与调节MetabolicInterrelationships&Regulation1目录动态生物化学糖代谢脂类代谢生物氧化氨基酸代谢核苷酸代谢物质代谢的联系与调节2目录生物体的新陈代谢3合成代谢分解代谢能量代谢物质代谢物质代谢与能量代谢的统一，二者相辅相成。生物小分子合成生物大分子需要能量释放能量生物大分子分解成生物小分子•新陈代谢——泛指生物体与周围环境进行物质与能量交换的过程。是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一。目录物质代谢物质代谢:指机体与环境间不断进行的物质交换。是生命的本质特征，是生命活动的物质基础。物质代谢停止，生命也随之终止。4目录物质代谢的特点TheSpecialtyofMetabolism第一节5目录一、体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体糖类脂类蛋白质水无机盐维生素•各种物质代谢之间不是孤立，而是互有联系，相互依存，同时整体进行的。•某个代谢的紊乱可导致其他代谢的紊乱（糖尿病）6消化吸收中间代谢废物排泄目录二、机体物质代谢不断受到精细调节机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度内外环境不断变化影响机体代谢适应环境的变化7•代谢调节是生物界普遍存在的重要特征，是机体适应内外环境变化的需要。目录三、各组织、器官物质代谢各具特色结构不同酶系的种类、含量不同不同的组织、器官代谢途径不同、功能各异8•肝脏是物质代谢枢纽，对三大营养物质代谢作用最大•脂肪组织因含有脂蛋白脂酶和激素敏感脂肪酶，所以是是具有存储和动员脂肪的功能•脑和红细胞只能利用血液葡萄糖作为能源，因不能储存糖原。红细胞没有线粒体，脑没有脂肪酸B氧化酶体系。目录四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池消化吸收的糖肝糖原分解的糖氨基酸或甘油糖异生血糖9各种来源的营养物质（内源+外源），都参与到共同的代谢池中参与代谢。（血糖、血脂、氨基酸代谢池等）各种组织代谢参与目录五、ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式营养物分解释放能量ADP+PiATP直接供能10•体内物质代谢释放的能量均储存于ATP高能磷酸键•以ATP形式为生命活动直接供应能量目录六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量，供氢体乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径11•NAD（CoAI），主要参与氧化分解代谢•NADPH（CoAII），主要参与还原合成代谢目录物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships第二节12目录琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系TAC目录一、各种能量物质的代谢相互联系相互制约三大营养素共同中间产物共同最终代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2HATP+H2OCO2•三大营养物的代谢通过共同的中间代谢物、TAC和生物氧化相互联系、相互转变14目录从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。一般情况下，机体优先利用燃料的次序是糖原、脂肪和蛋白质。供能以糖及脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。蛋白质供能不够经济。15目录脂肪分解增强ATP增多ATP/ADP比值增高任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。糖分解被抑制6-磷酸果糖激酶-1被抑制(糖分解代谢限速酶之一)例如：16目录饥饿时：肝糖原分解，肌糖原分解肝糖异生，蛋白质分解以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低1~2天3~4周17目录（一）体内糖可转变成脂肪、氨基酸、胆固醇等，但偶数碳原子的脂肪酸不能转变成糖1.摄入的糖量超过能量消耗时：二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）18目录2.脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡萄糖19丙酮酸不可逆步骤目录3.脂肪的分解代谢受糖代谢的影响饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时：高酮血症草酰乙酸相对不足糖不足脂肪大量动员酮体生成增加氧化受阻，不能进入TAC20B氧化酮体过量目录（二）体内糖与大部分氨基酸碳架部分可以相互转变例如：丙氨酸丙酮酸脱氨基糖异生葡萄糖1.大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的α-酮酸，可转变为糖（生糖氨基酸）21目录2.糖代谢的中间产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柠檬酸α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸22目录氨基酸乙酰CoA脂肪1.蛋白质可以转变为脂肪2.氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）脂类不能转变成氨基酸，但氨基酸能转变成脂肪23目录——但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸其他α-酮酸某些非必需氨基酸3.脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸24目录（四）某些氨基酸是核苷酸/核酸合成的前体1.氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶2.磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供25目录（五）枢纽性中间产物沟通不同的代谢通路糖酵解、异生、有氧氧化、磷酸戊糖途径及糖原代谢的交汇点:6磷酸葡萄糖（6C水平）糖、核苷酸代谢的交汇点:5磷酸核糖（5C）糖、甘油代谢交汇点:磷酸二羟丙酮（3C）糖、脂、氨基酸分解代谢的交汇点:乙酰辅酶A（2C）氨基酸、核苷酸代谢的交汇点:一碳单位（1C）三个重要氨基酸与糖代谢的交汇点:Asp-草酰乙酸(4C);Glu-酮戊二酸(5C);Ala-丙酮酸(3C)奇数碳原子脂肪酸代谢与糖代谢的交汇点:琥珀酸辅酶A(4C)、乙酰辅酶A(2C)。26目录体内重要组织、器官的代谢特点及联系MetabolicSpecialty&InterrelationshipsofImportantTissues&ApparatusintheBody第三节27目录器官组织特有的酶功能主要代谢途径主要供能物质代谢和输出的产物肝葡萄糖激酶，葡萄糖-6-磷酸酶，甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶代谢枢纽糖异生，脂酸β-氧化，糖有氧氧化，糖原代谢，酮体生成等葡萄糖，脂酸，乳酸，甘油，氨基酸葡萄糖，VLDL，HDL，酮体等脑神经中枢糖有氧氧化，糖酵解，氨基酸代谢葡萄糖，脂酸，酮体，氨基酸等乳酸，CO2,H2O心脂蛋白脂酶，呼吸链丰富泵出血液有氧氧化脂酸，葡萄糖，酮体，VLDLCO2，H2O脂肪组织脂蛋白脂酶，激素敏感脂肪酶储存及动员脂肪酯化脂酸，脂解VLDL，CM游离脂酸，甘油骨骼肌脂蛋白脂酶，呼吸链丰富收缩有氧氧化，糖酵解脂酸，葡萄糖，酮体乳酸，CO2，H2O肾甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶排泄尿液糖异生，糖酵解，酮体生成脂酸，葡萄糖，乳酸，甘油葡萄糖红细胞无线粒体运输氧糖酵解葡萄糖乳酸•体内各组织、器官的代谢因为细胞分化与结构不同有着自身的特点，但并非孤立进行，而是通过血液循环及神经系统联合统一的整体•重要器官及组织氧化供能的特点28在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。合成、储存糖原分解糖原生成葡萄糖，释放入血是糖异生的主要器官肝在糖代谢中的作用例如：——肝在维持血糖稳定中起重要作用。一、肝是人体最重要的物质代谢中心和枢纽29酮体乳酸游离脂酸葡萄糖正常优先以脂酸为燃料产生ATP。能量可依次以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供。二、心可利用多种能源物质，以有氧氧化为主30•耗能大，耗氧多。•不能储存糖原、有意义的脂肪、蛋白质•葡萄糖为主要能源，每天消耗约100g。•长期饥饿时，葡萄糖供应不足时，脑虽不能直接利用脂酸，但可间接利用脂肪代谢中间物酮体供能。三、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大31•合成、储存肌糖原；•通常以脂酸氧化为主要供能方式；剧烈运动时，以糖酵解为主。•缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，使肌糖原不能直接分解成葡萄糖四、肌肉主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸32目录五、糖酵解是为成熟红细胞提供能量的主要途径红细胞没有线粒体，每天消耗1520g葡萄糖。33目录•将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。六、脂肪组织是合成、储存脂肪的重要组织34目录肾髓质，无线粒体，主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。七、肾是可进行糖异生和生成酮体两种代谢的器官35目录代谢调节方式TheWayforRegulationofMetabolism第四节36目录代谢调节是生物适应环境的一种能力，是生物的重要特征。高等生物存在三种水平的代谢调节。细胞水平代谢调节:单细胞生物主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性及含量进行调节。激素水平代谢调节:高等生物有专司调节功能的内分泌系统（内分泌细胞及内分泌器官），其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。整体水平代谢调节:高等动物还有中枢神经系统，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对机体代谢进行综合调节。细胞水平代谢调节最为基础，激素和神经对代谢的调节都是通过细胞水平代谢调节来实现的。37目录①快速调节②迟缓调节数秒、数分钟通过改变酶的活性数小时、几天通过改变酶的含量变构调节(allostericregulation)化学修饰调节(chemicalmodification)1.细胞酶系的区域化隔离分布2.酶活性的调节一、细胞水平的代谢调节383.酶含量的调节目录1.酶的区域性隔离分布线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;细胞核:核酸合成内质网:蛋白质合成;磷脂合成•细胞内与代谢途径有关的酶类常常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中。•多酶体系的隔离分布有利于提高同一代谢途径的酶促反应连续进行，提高反应速率；使各种代谢途径互不干扰，彼此协调，有利于代谢途径的特异调节。39目录多酶体系分布多酶体系分布DNA及RNA合成细胞核糖酵解胞液蛋白质合成内质网，胞液戊糖磷酸途径胞液糖原合成胞液糖异生胞液脂酸合成胞液脂酸β氧化线粒体胆固醇合成内质网，胞液多种水解酶溶酶体磷脂合成内质网三羧酸循环线粒体血红素合成胞液，线粒体氧化磷酸化线粒体尿素合成胞液，线粒体呼吸链线粒体主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布40目录①速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶(limitingvelocityenzymes)。②催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。③这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶(keyenzyme)的活性决定。细胞水平的代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。2.酶活性的调节41关键酶催化的反应具有以下特点：代谢途径关键酶糖原降解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖酵解己糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶糖有氧氧化丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶糖异生丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖双磷酸酶-1脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶胆固醇合成HMG辅酶A还原酶某些重要代谢途径的关键酶42目录2.1酶的变构调节或别构调节：•小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性。•代谢途径关键酶多数受此种变构调节。•代谢途径的起始物或产物通过变构调节影响代谢途径。43目录被调节的酶称为变构酶或别构酶(allostericenzyme)。使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allostericeffector)。变构激活剂allostericeffector——引起酶活性增加的变构效应剂。变构抑制剂allostericeffector——引起酶活性降低的变构效应剂。44目录•