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1、内蒙古医学院生物化学与分子生物学教研室 王文礼医学本科生物化学与分子生物学第 九 章物质代谢的联系与调节Metabolic Interrelationships and Regulation内蒙古医学院生物化学与分子生物学教研室 王文礼医学本科生物化学与分子生物学物质代谢的特点The Specialty of Metabolism第 一 节一、整体性糖类脂类蛋白质水无机盐维生素各种物质代谢之间互有联系，相互依存。消化吸收中间代谢废物排泄二、代谢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
2、 、含量不同不同的组 织、器官代谢途径不同 、功能各异四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池例如各 种 组 织消化吸收的糖肝糖原分解糖异生血糖五、ATP是机体能量利用的共同形式营养物 分解释放 能量ADP+PiATP直 接 供 能六、NADPH是合成代谢所需的还原当量例如乙酰CoANADPH + H+脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径内蒙古医学院生物化学与分子生物学教研室 王文礼医学本科生物化学与分子生物学物质代谢的相互联系Metabolic Interrelationships第 二 节一、在能量代谢上的相互联系三大营养素共同中 间产物共同最终 代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2H氧 化 磷 酸 化
3、ATPCO2三大营养素可在体内氧化供能。NAD+ 乳 酸 GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2P ATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ FADH2 乙酰CoA 柠檬酸 草酰乙酸 琥珀酰CoA -酮戊二酸 异柠檬酸 苹果酸 NADH GTP ATP 丙酮酸 O2 Cyt-aa3Cyt-C Cyt-C1 Cyt-b Fe-S QFe-S FMNATPG-6-P的代谢去路G（补充血糖）G-6-P F-6-P
4、（进入糖酵解途径）G-1-P合成糖原UDPG6-磷酸葡萄糖内酯 （进入磷酸戊糖途径）葡萄糖醛酸 （进入葡萄糖醛酸途径）脂肪HSL甘 油 RCOOH 磷酸甘油磷酸二羟丙酮葡萄糖合成 脂肪脂酰CoA乙酰CoATAC肝肝外酮体糖酵解途径氨基酸-酮酸 酮 体糖酮戊二酸 谷氨酸糖酵解中间产物 或TAC中间产物乙酰CoA乙酰乙酰CoA氧化供能+ CO2氨基甲酰磷酸 Pi鸟氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸鸟氨酸尿素NH3三大营养素在能量供应可以互相代替， 并互相制约。供能次序：糖、脂肪、蛋白质以糖（5070%）、脂（10 40%）为 主，并尽量节约蛋白质的消耗。脂肪分解增强ATP 增多A
5、TP/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（一）糖可以转变为脂肪,脂肪酸不能转变为糖 摄入的糖量超过能量消耗时二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系葡 萄 糖乙酰CoA合成脂肪 （脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉） 脂肪的甘油部分和奇数碳脂酸能在体内转 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 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响饥饿、糖供应不足或糖代
6、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（二）糖与大部分氨基酸的碳链可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-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸氨基酸乙酰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）脂类与氨基酸代谢的相互联系脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸其他-酮酸某些非必需氨基酸3.脂类不能转变为氨基酸。甘油可转变为 非必需氨基酸（四）核酸与糖、蛋白质
7、代谢的相互联系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葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸 - 酮戊二酸琥珀酸延胡索酸Tyr ProVal, Ile, Met, ThrAsp GluArg His Pro胆固醇、酮体Ala Trp Ser Gly Thr Cys甘油脂酸内蒙古医学院生物化学与分子生物学教研室 王文礼医学本科生物化学与分子生物学组织、器官的代谢特点及联系Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus第
8、三 节是机体物质代谢的枢纽。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。肝合成、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如肝在维持血糖稳定中起重要作用。心脏：以葡萄糖有氧氧化供能为主可 利用脂酸、酮体。脑： 耗能大，耗氧多。 葡萄糖为主要能源。 不能利用脂酸，葡萄糖供应不足 时，利用酮体。肌 肉：合成、储存糖原；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。脂肪组织： 合成及储存脂肪的重要组织；将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。红细胞: 能量主要来自糖酵解。肾脏：也可进行糖异生和生成酮体；肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主
9、要由脂酸、酮体有氧氧化供能。内蒙古医学院生物化学与分子生物学教研室 王文礼医学本科生物化学与分子生物学代 谢 调 节The Regulation of Metabolism第 四 节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激素水平代谢调节整体水平代谢调节 神经调节;神经-激素调节。一、细胞水平的代谢调节细胞水平的代谢调节：酶水平的调节 细胞内酶呈隔离分布：与组织器官、亚细胞结构的代谢特点、功能有关关键酶的活性：调控代谢途径的速度、方向。（一）细胞酶系有特定细胞 和亚细胞区域的隔离分布不
10、同组织细胞有不同代谢酶谱、同工酶谱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 。多酶体系在细胞内的分布 酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。 速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度， 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。 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。关键酶（限速酶、调节酶）催化反应的特点代谢途径的关键酶 代谢途径 关键酶 糖原分解 磷酸化酶 脂肪酸分解 肉毒碱酰基转移酶 糖原合成 糖原合酶 脂肪酸合成 乙酰CoA羧化酶 糖酵解 磷酸果糖激酶-1、己糖激酶、丙酮酸激酶 酮体生成 HMGCoA 裂解酶 胆固醇合成
11、HMGCoA 还原酶 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，果糖二磷酸酶-1 嘌呤核苷酸合成 PRPP合成酶、酰胺转移酶 嘧啶核苷酸合成 天门冬氨酸转氨基甲酰酶、氨基甲酰磷酸合成酶II、PRPP合成酶 快速代谢 迟缓代谢数秒、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 (allosteric regulation)化学修饰调节 (chemical modification) 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。1. 变构调节的概念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
12、，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。（二）关键酶的变构调节 被调节的酶称为变构酶或别构酶 使酶发生变构效应的物质，称为变构效应 剂 效应剂是：底物、产物、其他小分子 效应剂包括： 变构激活剂：引起酶活性增加的变构效应剂 变构抑制剂：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效应剂酶 系 激 活 剂 抑 制 剂 糖分解与氧化： 糖原磷酸化酶 AMP、Pi ATP、葡萄糖、6-磷酸葡萄糖 己糖激酶 6-磷酸葡萄糖 磷酸果糖激酶-1 AMP、ADP、 ATP、柠檬酸、异柠檬酸Pi、FDP 丙酮酸激酶 AMP、FDP ATP、乙酰CoA 柠檬酸合酶 AMP、ADP ATP
13、、NADH、长链脂酰CoA 异柠檬酸脱氢酶 AMP、ADP ATP一些代谢途径中的变构酶及其效应剂（续）酶 系 激 活 剂 抑 制 剂 糖异生与糖原合成： 丙酮酸羧化酶 ATP、乙酰CoA 果糖1,6二磷酸酶 ATP AMP、6-磷酸果糖 糖原合酶 6-磷酸葡萄糖 脂肪酸合成： 乙酰CoA羧化酶 乙酰CoA、柠檬酸、异柠檬酸 长链脂酰CoA2. 变构调节的机制变构酶是寡聚酶催化亚基调节亚基 效应剂结合调节亚基，寡聚酶 构象改变，活性改变变构效应剂 + 酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变 （激活或抑制 ）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化3. 变构调节的生理意义 代谢终产物反馈抑制反应途径关键酶，使代 谢物不致生成过多。乙酰CoA乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA长链脂酰CoA变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促进糖的储存变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸 +6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化乙酰辅酶A羧化酶促进脂酸的合成（三）酶的化学修饰调节1. 化学修饰的概念酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的
