物质代谢的整合与调节教学文稿

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1、第十二章 物质代谢的整合与调节MetabolicIntegration Regulation 本章主要内容 物质代谢的特点物质代谢的相互联系肝在物质代谢中的作用肝外重要组织器官的代谢特点及联系物质代谢调节的主要方式 物质代谢的特点TheSpecialtyofMetabolism 第一节 一 体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体 各种物质代谢之间互有联系 相互依存 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 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

2、功能各异 四 体内各种代谢物均具有共同的代谢池 例如 五 ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式 营养物分解 Na K ATP酶 六 NADPH提供合成代谢所需的还原当量 例如 乙酰CoA NADPH H 脂酸 胆固醇 磷酸戊糖途径 氧化反应 还原反应 物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships 第二节 一 各种能量物质的代谢相互联系相互制约 三大营养素各自代谢途径 共同中间产物 共同代谢途径 三大营养素可在体内氧化供能 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 50 70 脂肪 10 40 和蛋白质 供能

3、以糖及脂为主 并尽量节约蛋白质的消耗 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 例如 糖分解增强 ATP 抑制异柠檬酸脱氢酶 三羧酸循环关键酶 柠檬酸堆积 出现线粒体 激活乙酰CoA羧化酶 脂酸合成关键酶 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 二 糖 脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系 糖 脂 蛋白质和核酸通过共同的中间代谢物 柠檬酸循环 生物氧化等彼此联系且相互转变 一种物质代谢障碍可引起其他物质代谢的紊乱 糖类代谢可概括如下 一 葡萄糖可转变为脂肪酸 1 摄入的糖量超过能量消耗时 脂类代谢可概

4、括如下 2 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖 糖代谢与脂类代谢的相互联系 脂肪 甘油 磷酸二羟丙酮 糖代谢 脂肪酸 乙酰CoA 糖 氧化 脂肪代谢和糖代谢的关系 延胡索酸 琥珀酸 苹果酸 草酰乙酸 3 磷酸甘油 甘油 乙酰CoA 甘油三酯 脂肪酸 植物或微生物 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 氨基酸代谢可概括如下 二 葡萄糖与大部分氨基酸可以相互转变 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 酮酸 可转变为糖 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 酮戊二酸 1 蛋白质

5、可以转变为脂肪 2 氨基酸可作为合成磷脂的原料 三 氨基酸可转变为多种脂质但脂质几乎不能转变为氨基酸 但不能说 脂类可转变为氨基酸 3 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸 四 一些氨基酸 磷酸戊糖是合成核苷酸的原料 1 氨基酸是体内合成核酸的重要原料 2 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供 糖尿病高血脂的形成 胰岛素相对不足 蛋白质代谢的变化 胰岛素相对不足 糖尿病与高血压 胰岛素抵抗 饮食 运动 药物 监测 治疗 肝在物质代谢中的作用 FunctionofLiverinMaterialMetabolism 第三节 肝是人体最重要的物质代谢中心和枢纽 肝具有肝动脉和门静脉的双重血液供应 肝可通过肝动脉

6、获得充足的氧以保证肝内各种生化反应的正常进行 从消化道吸收的营养物质经门静脉进入肝被改造利用 有害物质则可进行转化和解毒 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 作用 一 肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官 维持血糖水平相对稳定 保障全身各组织 尤其是大脑和红细胞的能量供应 一 肝内生成的葡糖 6 磷酸是糖代谢的枢纽 二 肝是糖异生的主要场所 不同营养状态下肝内如何进行糖代谢 饱食状态 肝糖原合成 过多糖则转化为脂肪 以VLDL形式输出 肝糖原分解 以糖异生为主脂肪动员 酮体合成 节省葡萄糖 饥饿状态 空腹状态 二 肝在脂质代谢中占据中心地位 作用 在脂类的消化 吸收 合

7、成 分解与运输均具有重要作用 一 肝在脂质消化吸收中具有重要作用 肝细胞合成和分泌的胆汁酸 是脂质消化吸收必不可少的物质 厌油腻 脂肪泻等 肝功能下降胆道阻塞 饱食后合成甘油三酯 胆固醇 磷脂 并以VLDL形式分泌入血 供其他组织器官摄取与利用 饥饿时 肝脂肪酸 氧化产生的大量乙酰辅酶A有两条去路 一是彻底氧化供能 二是生成酮体 合成分泌的apoC 是毛细血管内皮细胞LPL的激活剂 二 肝是甘油三酯和脂肪酸代谢的中枢器官 三 肝是维持机体胆固醇平衡的主要器官 肝是合成胆固醇最活跃的器官 是血浆胆固醇的主要来源 胆汁酸的生成是肝降解胆固醇的最重要途径 肝也是体内胆固醇的主要排泄器官 肝对胆固醇的

8、酯化也具有重要作用 四 肝是血浆磷脂的主要来源 体内大多数组织都能合成磷脂 但肝合成最活跃 肝可利用糖及某些氨基酸合成磷脂 是血液中磷脂的主要来源 三 肝的蛋白质合成及分解代谢均非常活跃 一 肝合成多数血浆蛋白质肝细胞的一个重要功能是合成与分泌血浆蛋白质 肝还是清除血浆蛋白质 清蛋白除外 的重要器官 二 肝内氨基酸代谢十分活跃 催化氨基酸转氨基 脱氨基 转甲基 脱羧基等反应的酶类十分丰富分解氨基酸 合成非必需氨基酸利用一些氨基酸合成各种含氮化合物 如嘌呤类衍生物 嘧啶类衍生物 肌酸 乙醇胺 胆碱等 三 肝是机体解 氨毒 的主要器官 合成尿素 氨基甲酰磷酸合成酶 及鸟氨酸氨基甲酰转移酶只存在于肝

9、细胞线粒体 合成谷氨酰胺 四 肝参与多种维生素和辅酶的代谢 一 肝在脂溶性维生素吸收和血液运输中具有重要作用胆汁酸 脂溶性维生素A D E和K吸收视黄醇结合蛋白 结合运输视黄醇维生素D结合蛋白 结合运输维生素D 二 肝储存多种维生素储存维生素A E K及B12 富含维生素B1 B2 B6 泛酸和叶酸 三 肝参与多数维生素的转化 胡萝卜素 维生素A维生素PP NAD 和NADP 泛酸 辅酶A维生素B1 焦磷酸硫胺素维生素D3 25 羟维生素D3 五 肝参与多种激素的灭活 激素的灭活 inactivation 激素主要在肝中转化 降解或失去活性的过程称为激素的灭活 主要方式 生物转化作用 肝病时

10、体内雌激素 醛固酮 抗利尿激素等水平升高 则可出现男性乳房发育 肝掌 蜘蛛痣及水钠潴溜等现象 肝外重要组织器官的物质代谢特点及联系CharacteristicandInterconnectionofMetabolisminExtra hepaticTissue Organ 第四节 正常优先以脂酸为燃料 依次消耗脂酸 葡萄糖 酮体等能源物质 一 心肌优先利用脂肪酸氧化分解供能 一 心肌可利用多种营养物质及其代谢中间产物为能源 二 心肌细胞分解营养物质供能方式以有氧氧化为主 二 脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大 一 葡萄糖和酮体是脑的主要能量物质 二 脑耗氧量高达全身耗氧总量的四分之一 三 脑具有特

11、异的氨基酸及其代谢调节机制 葡萄糖为主要能源 每天消耗约100g 不能利用脂酸 葡萄糖供应不足时 利用酮体 合成 储存肌糖原和磷酸肌酸 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 三 骨骼肌主要氧化脂肪酸 强烈运动产生大量乳酸 一 不同类型骨骼肌产能方式不同 直接能源 ATP磷酸肌酸 可快速转移能量 生成ATP静息状态 以有氧氧化肌糖原 脂肪酸 酮体为主剧烈运动 糖无氧酵解供能大大增加乳酸循环 整合糖异生与肌糖酵解途径 红肌 耗能多 富含肌红蛋白及细胞色素体系 具有较强氧化磷酸化能力 白肌 耗能少 主要靠酵解供能 二 骨骼肌适应不同耗能状态选择不同能源 四 糖酵解是成熟红细胞的供能

12、主要途径 成熟红细胞没有线粒体 不能进行营养物质的有氧氧化 不能利用脂肪酸和其他非糖物质作为能源 葡萄糖酵解是其主要能量来源 五 脂肪组织是储存和释放能量的重要场所 一 机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂肪组织 膳食脂肪 以CM形式运输至脂肪组织储存 膳食糖 主要运输至肝转化成脂肪 以VLDL形式运输至脂肪组织储存 部分在脂肪细胞转化为脂肪储存 二 饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂肪供能 饥饿 脂解激素 HSL 脂肪动员 脂肪酸甘油 酮体 肝 氧化供能 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 一般情况下 肾糖异生只有肝糖异生葡萄糖量的10 长期饥饿 5 6周

13、肾糖异生可达每天40g 与肝糖异生的量几乎相等 六 肾能进行糖异生和酮体生成 物质代谢调节的主要方式ThemainwayforRegulationofMetabolism 第五节 代谢调节普遍存在于生物界 是生物的重要特征 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 这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节 单细胞生物 高等生物 三级水平代谢调节 细胞水平代谢调节 一 细胞水平的代谢调节主要调节关键酶活性 细胞水平的代谢调节主要是酶水平的调节 细胞内酶呈隔离分布 代谢途径的速度 方向由其中的关键酶 keyenzyme 的活性决定 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的 一 各

14、种代谢酶在细胞内区隔分布是物质代谢及其调节的亚细胞结构基础 代谢途径有关酶类常常组成多酶体系 分布于细胞的某一区域 主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布 酶隔离分布的意义 提高同一代谢途径酶促反应速率 使各种代谢途径互不干扰 彼此协调 有利于调节物对各途径的特异调节 二 关键酶活性决定整个代谢途径的速度和方向 关键酶催化的反应特点 常常催化一条代谢途径的第一步反应或分支点上的反应 速度最慢 其活性能决定整个代谢途径的总速度 常催化单向反应或非平衡反应 其活性能决定整个代谢途径的方向 酶活性除受底物控制外 还受多种代谢物或效应剂调节 关键酶 keyenzymes 代谢过程中具有调节作用的酶 某些重

15、要代谢途径的关键酶 快速调节 改变酶分子结构 迟缓调节 改变酶含量 调节关键酶活性 酶分子结构改变或酶含量改变 是细胞水平代谢调节的基本方式 也是激素水平代谢调节和整体代谢调节的重要环节 三 别构调节通过别构效应改变关键酶活性 别构调节是生物界普遍存在的代谢调节方式一些小分子化合物能与酶蛋白分子活性中心外的特定部位特异结合 改变酶蛋白分子构象 从而改变酶活性 这种调节称为酶的别构调节 allostericregulation 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 alloster

16、iceffector 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 一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂 2 代谢途径的起始物或产物通过变构调节影响代谢途径 变构酶 催化亚基 能与底物结合 起催化作用 调节亚基 能与变构效应剂结合而起调节作用 变构效应剂 底物 终产物其他小分子代谢物 别构效应剂 酶的调节亚基 别构效应的机制有两种 1 调节亚基含有一个 假底物 pseudosubstrate 序列 假底物 序列能阻止催化亚基结合底物 抑制酶活性 效应剂结合调节亚基导致 假底物 序列构象变化 释放催化亚基 使其发挥催化作用 如cAMP激活PKA 2 别构效应剂与调节亚基结合 能引起酶分子三级和 或四级结构在 T 构象 紧密态 无活性 低活性 与 R 构象 松弛态 有活性 高活性 之间互变 从而影响酶活性 如氧调节Hb 3 别构调节使一种物质的代谢与相应的代谢需求和相关物质的代谢协调 调节相应代谢的强度 方向 以协调相关代谢 满足相应代谢需求 别构效应剂 底物 终产物 其他小分子代谢物 细胞内浓度的改变 反映相关代谢途径的强度和相