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1、第九章 物质代谢的联系与调节,遗传学与分子生物学系,第一节 物质代谢的特点,整体性 各种物质代谢同时进行,相互联系,构成统一整体 代谢调节 代谢调节普遍存在, 是生物的重要特征 各组织器官物质代谢各具特色 酶系不同,酶含量不同,酶分布不同,各种代谢物均具有共同的代谢池 代谢池:在体内物质代谢过程中,体外摄入的营养物质和体内组织细胞的代谢物在体内彼此,混为一体共同参加体内的中间代谢. ATP是机体储存能量及消耗能量的共同形式NADPH是合成代谢所需的还原当量 NADPH不生成水,为还原反应提供氢,第二节 物质代谢的相互联系,一、在能量代谢上的相互联系 乙酰辅酶A是三大营养物质共同中间代谢产物 三
2、羧酸循环是三大营养物质分解的共同途径 从能量供应角度看: 三大营养素可以相互代替,相互制约.,二 糖 脂 蛋白质代谢之间的相互联系,糖代谢与脂代谢的相互联系 当摄入糖量体内能量消耗 柠檬酸,ATP 乙酰辅酶A羧化酶丙二酰辅酶A脂酯合成脂肪储存 甘油可转变成糖 饥饿或糖供应不足脂动员 -氧化 酮体生成(酮症),糖代谢与氨基酸代谢的相互关系 除生酮氨基酸(亮赖)外,其余均可生成糖 糖的某些中间产物(丙酮酸,-酮戊二酸,草酰乙酸等)可生成非必需氨基酸,脂类代谢与氨基酸代谢的关系 各类氨基酸均可生成乙酰辅酶A,进而生成脂酸 乙酰辅酶A也可合成胆固醇 丝氨酸参与磷脂合成 脂类不能生成氨基酸,核酸与氨基酸
3、代谢,糖代谢的相互关系 氨基酸参与体内合成核酸 (甘,天冬,谷氨酰胺,一碳单位等) 磷酸核糖(磷酸戊糖途径提供),葡萄糖或糖原 甘油三酯磷酸丙糖 a-磷酸甘油 脂肪酸丙酮酸 乳酸乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 酮体草酰乙酸 柠檬酸延胡索酸 a酮戊二酸 谷氨酸琥珀酸单酰CoA,糖,脂肪,丙氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,亮氨酸 异亮氨酸 色氨酸,天冬氨酸 天冬酰胺,苯丙氨酸 酪氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,图 氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,磷酸烯醇型丙酮酸,第三节 组织器官的代谢特点及联系,
4、1、肝 耗氧多 物质代谢的枢钮 合成糖原多 生成尿素 生成酮体 糖异生的主要器官,2、心 有氧代谢为主 能源: 酮体 乳酸 FFA 葡萄糖,3、脑 耗氧多 能源: 葡萄糖(100g/day),主要由血糖供应,其次为酮体 自身储存糖原极少,4、红细胞 葡萄糖为唯一能源 (30g/day)5、脂肪组织 储存能源物质主要场所 经脂动员利用(激素敏感甘油三酯脂肪酶)6、肾 可进行糖异生和生成酮体,第四节 代谢调节,代谢调节是生物的重要特征 包括 细胞水平(为基本的调节方式) 激素水平 整体水平,一、细胞水平的调节 -对酶活性的调节,（一 ）细胞酶系在细胞和亚细胞区域分布-有利于酶活性调节 代谢途径有关
5、的酶常组成酶体系，分布于细胞的一定区域或亚细胞结构中 各组织细胞和各亚细胞结构有各自的代谢酶谱 同工酶谱的差异使各组织细胞具有特点 多酶体系、多功能酶及酶的区域化分布有利于提高反应速度和便于调节酶的活性,代谢物本身的区域分布或者隔离直接影响代谢速率，也有利于酶对代谢途径的调节 调节酶/关键酶的调节作用 催化反应速度慢-限速酶 催化单向反应或非平衡反应-决定整个代谢行径的方向,（二）小分子物质: 通过别构效应调节酶 活性 代谢途径中的关键酶大多是关键酶小分子化合物与酶分子活性中心外某一部位结合,引起酶蛋白分子的构象改变,从而改变酶的活性,这种调节称为酶的别构调节这种酶称为别构酶这种能使酶发生变构
6、效应的物质称为效应剂,效应剂: 酶的底物 产物 其他小分子 效应剂在细胞内浓度的微小变化即可对代谢途径产生影响,从而调节代谢强度 方向 及细胞能量的供需平衡酶的构象改变: 疏松 紧密 亚基聚合 亚基解聚 酶分子多聚化,2、代谢途径的起始物或产物通过别构调节使代谢途径合理进行 代谢途径终产物常可使催化该途径起始反应的酶受到抑制-反馈抑制 这类抑制多为别构抑制 这是基本的调节机制之一,如:乙酰CoA 丙二酰CoA 长链脂酰CoA,乙酰CoA羧化酶,别构调节可使能量得以有效利用 别构调节可使不同代谢途径相互协会调G-6-P: 糖原合酶(+) 糖原磷酸化酶(-) Citrate: 乙酰CoA羧化酶(+
7、) 6-磷酸果糖激酶-1(-),(三) 酶促化学修饰-调节关键酶的活性 1 化学修饰调节: 酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生共价修饰,从而引起酶活性的改变,称为酶的化学修饰调节.(这种修饰是可逆的),共价修饰的形式 磷酸化-去磷酸化 乙酰化-去乙酰 甲基化-去甲基化 腺苷化-去腺苷化 -SH-S-S-,酶蛋白分子中丝氨酸,苏氨酸及酪氨酸的羟基是磷酸化修饰的位点 磷酸化修饰: 蛋白激酶 去磷酸化修饰:磷蛋白磷酸酶,酶化学修饰的特点 两种形式: 有活性 无活性修饰反应: 不可逆 分别由不同的酶催化调节效率: 高化学修饰的常见形式:磷酸化 去磷酸化 级联反应作用快,强,3 、别构调节与化学修饰调
8、节协同 两种调节形式可同时作用于一种酶,有利于对细胞代谢水平作出及时而精确的调节,对稳定内环境具有重要意义,酶量的调节 1诱导或酶蛋白基因表达 底物 产物 激素 药物可影响酶的合成量 加速酶合成的化合物-诱导剂 减少酶合成的化合物-阻遏剂 主要影响转录过程 2 改变酶分子降解速度 溶酶体 -ATP非依赖途径 蛋白酶体 - ATP依赖的泛素途径,三 激素通过特异受体和信号通路调节代谢特点: 较高的组织特异性 机理: 受体,受体的分类 膜受体 胞内受体 胞质体 核受体,(一)膜受体激素通过跨膜传递将信息传递到细胞内调节代谢 膜受体的本质: 存在于细胞质膜表面的跨膜糖蛋白 激素: 肽类激素和氨基酸类
9、 蛋白质类-胰岛素 生长素 促性腺激素 促甲状腺激素 甲状旁腺素 儿茶酚胺类-肾上腺素 去甲肾上腺素,激素（第一信使）膜受体第二信使代谢效应,（二）激素-胞内受体复合物通过基因转录调节细胞内酶的含量 激素： 类固醇激素 疏水性激素：类固醇激素、甲状腺素、VD3视黄酸等 受体位于胞液或细胞核内,激素-受体复合物二聚体与DNA特定序列（应答元件）结合调控转录细胞内酶量改变,四 神经-体液途径的整体调节 通过神经-体液途径将不同组织、器官进行的，细胞水平、激素水平直接调控的各种物质代谢途径协调起来，以适应环境的变化，维持内环境的相对稳定,（一）不同饥饿状态糖、脂和蛋白质代谢的变化,1 短期饥饿糖利用
10、减少而脂动员加强 饥饿1-3天糖原消耗，血糖趋于降低胰岛素分泌减少 胰高血糖素分泌增加,（1）组织葡萄糖自用降低 （2）糖异生作用增强 速度： 肝脏糖异生量-约150g/day 原料-乳酸30%，甘油10%，其余40%为氨基酸 场所-饥饿初期：肝占80% 肾占20%,（3）脂动员加强 酮体生成增多 血浆甘油和脂酸含量增高，脂动员出的脂酸约25%在肝中生成酮体 脂酸和酮体成为心肌、骨骼肌、肾皮质的重要燃料，部分酮体可被脑组织利用,（4）肌肉蛋白质分解加强 蛋白质分解增强出现略迟 释放氨基酸含量增加 肌肉蛋白质分解的氨基酸大部分转变为丙氨酸和谷氨酰胺再进入血循环,2 、长期饥饿时的代谢改变 脂动员
11、进一步加强， 肝生成大量酮体 脑组织利用酮体增加 （超过葡萄糖）约占60% 肌肉以脂酸为主要能源-以保证酮体优先供应脑组织 ，肌肉蛋白质分解减少负氮平衡有所改善 乳酸 丙酮酸成为肝中糖异生的主要来源，肾中糖异生显著增强,应激,（二）应激时血糖、脂和蛋白质分解加强 应激（stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激（如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染、剧烈情绪波动等）时所作出的一系列反应的“紧张”状态。,应激状态时，交感神经兴奋，肾上皮质及髓质分泌增多，血浆胰高血糖素及生长素水平升高，胰岛素分泌减少,1 血糖升高 肾上腺互及胰高血糖素分泌增加可激活磷酸化酶促进肝糖原分解 肾上腺皮质激素及胰高血糖
12、素使糖异生加强，不断补充血糖 肾上腺皮质激素及生长素使周围组织对糖的利用降低,2 脂肪动员增强 血浆游离脂酸升高，成为心肌、骨骼肌及肾脏等组织主要的能量来源 3 蛋白质分解增强 力肉释出丙氨酸增加，同时尿素生成及尿氨排出增加呈负氮平衡,肥胖,肥胖是由多因素引起的食欲和能量代谢调节紊乱 肥胖与遗传、环境、膳食结构及体力活动等多种因素有关，其发病过程复杂，与糖尿病、高血压、心脑血管疾病密切相关，危害严重,1 几种激素参与正常食欲、进食的调节 （1）某些激素引起饱感而终止进食 食物分解产物如葡萄糖、肽、氨基酸、脂酸等可通过对肝及消化道的化学感受器的刺激产生某些激素，影响食欲,（2）机体储存脂肪量通过
13、激素作用于脑调节进食 胰岛素可作用于脑、抑制进食 由脂肪细胞合成分泌的瘦蛋白也可通过脑而抑制进食 这两种激素是反映体内脂肪储量的主要的信息分子,瘦蛋白（leptin) 合成：脂肪细胞 靶组织：下丘脑弓状核 方式：与瘦蛋白受体结合激活PKA途径调控多种物质代谢 合成调节：脂肪组织体积增加时瘦蛋白合成增加，储脂减少时合成降低,生物学效应 抑制食欲 抑制脂肪合成、刺激脂酸的-氧化、增加能量消耗以减少储脂，使体重下降 增加线粒体解偶联蛋白表达，使氧化磷酸化解偶联而增加热能释放，最终使体重下降,降低T3的生成，降低基础代谢 降低性激素的生成，减少性器官的生长发育 增加糖皮质激素的生成，减少脂动员 有利于
14、动物在严重营养缺乏时的体重的保持及维持存活,胰岛素 合成部位：胰腺-细胞 靶组织：下丘脑弓状核神经元 作用方式：作用于弓状核胰岛素受体而产生效应,生物学效应 抑制弓状核增食欲神经元NPY的分泌 抑制食欲神经元分泌-MSH 抑制食欲，减少进食，增加热量消耗，维持体重及热量平衡,脂联蛋白（adiponectin) 合成部位：脂肪细胞 作用方式：通过受体激活靶细胞cAMP/PKA途径产生效应 生物学效应： 增加肌细胞对FFA的摄取, 促进FFA的-氧化,抑制脂酸合成 增加肝对葡萄糖的摄取,促进糖酵解,抑制糖异生,生长激素释放肽 合成部位:胃粘膜细胞 作用方式: 通过受体 生物学效应: 作用于脑垂体,促进生长激素分泌 作用下下丘脑增食欲神经元,刺激食欲,2 生命过程各阶段均可发生肥胖症 体重超过标准体重的20%,或体重指数30 体质性肥胖:25岁前发生的肥胖,由于脂肪细胞数量增加所致 获得性肥胖:20-25岁后发生,由于摄入热量过多所致.脂肪细胞肥大,数量增加,3 肥胖可致糖脂代谢紊乱 (1)肥胖时血糖偏高,胰岛素抗性增加 肥胖活跃期,进食后血糖增加,刺激胰岛素分泌增加 口服或静注葡萄糖后,释出胰岛素增多 糖耐量先增强 ,后下降 肌组织对葡萄糖的摄取减少,氧化降低 空腹血浆胰岛素水平升高,外周组织对胰岛素的敏感性降低,产年胰岛素抵伉,
