生物化学：第十二章 物质代谢的整合与调节

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1、第十二章物质代谢的物质代谢的整合整合与与调节调节Integration & Regulation of Metabolism2015-11-102015-11-10基础生化（生理）基础生化（生理）u 生物大分子结构与功能生物大分子结构与功能u 物质代谢物质代谢l合成与分解（营养物质与非营养物质）合成与分解（营养物质与非营养物质）l能量转换能量转换l调节调节-酶酶 （神经体液）（神经体液）u 遗传信息传递（分子生物学）遗传信息传递（分子生物学）（复制、转录、翻译复制、转录、翻译）临床生化（病理）临床生化（病理）ATP 循环学说循环学说电子呼吸传递链电子呼吸传递链胰岛素胰岛素酶酶 物质代谢间的联系

2、与整合物质代谢间的联系与整合 物质代谢物质代谢特点特点 物质代谢间的物质代谢间的联系联系 各器官各器官代谢特点代谢特点-肝脏、心、肝脏、心、 脑等脑等 物质代谢的调节物质代谢的调节 分子细胞水平分子细胞水平-酶酶的细胞定位、关键的细胞定位、关键酶与酶活性调节酶与酶活性调节 激素水平激素水平-细胞膜受体与核受体细胞膜受体与核受体 神经体液的整体神经体液的整体调节调节 饱食、空腹、饥饿、应激饱食、空腹、饥饿、应激 肥胖肥胖-代谢失衡代谢失衡 整体性整体性整体性整体性 代谢调节代谢调节代谢调节代谢调节 各组织、器官物质代谢各具特点各组织、器官物质代谢各具特点各组织、器官物质代谢各具特点各组织、器官物

3、质代谢各具特点 各种代谢物均具有各自共同的代谢池各种代谢物均具有各自共同的代谢池各种代谢物均具有各自共同的代谢池各种代谢物均具有各自共同的代谢池 ATPATPATPATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式 NADPHNADPHNADPHNADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量第一节第一节物质代谢的特点物质代谢的特点物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系Connection of Pathways 第二节第二节一、能量代谢的相互协作关系一、能量代谢的相互协作关系三大营养素

4、各三大营养素各自代谢途径自代谢途径共同中共同中间产物间产物共同代谢共同代谢途径途径糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoACoATAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCOCO2 2三大营养素三大营养素可在体内可在体内氧化供能氧化供能60%60%以上以上25%少量少量糖原合成糖原合成（一）（一）葡萄糖可转变为脂肪酸葡萄糖可转变为脂肪酸 1. 摄入的糖量超过能量消耗时：摄入的糖量超过能量消耗时： 葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪（脂肪组织）（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉）磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油甘油二脂途径甘油二脂途径脂肪酸脂肪酸2. 脂肪

5、的甘油部分能在体内转变为糖脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸- -甘油甘油葡葡萄萄糖糖3. 3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响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饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时：高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对不足相对不足糖不足糖不足脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加氧化氧化受阻受阻（二）（二）葡萄糖与大部分氨基酸可以相互转变葡萄糖与大部分氨基酸可以相互转变例如：例如：丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脱氨基脱氨基糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖1. 大部分氨基酸脱氨

6、基后，生成相应的大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，酮酸，可转变为糖可转变为糖2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸非必需氨基酸糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸- -酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪 1. 蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪 2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料氨基酸可作为合成磷脂的原料丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂（三）（三）氨基酸可转变为多种脂质但脂质几乎不氨基酸可转变为多种脂质但脂质几乎不能转变

7、为氨基酸能转变为氨基酸 但不能说，脂类可转变为氨基酸。但不能说，脂类可转变为氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基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（四）一些氨基酸、磷酸戊糖是合成核苷酸的原料原料 1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料氨基酸是体内合成核酸的重要原料甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺一碳单位一碳单位合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供各器官代谢特点各

8、器官代谢特点Metabolic Profile of Organs第三节第三节一、肝在糖代谢中的作用一、肝在糖代谢中的作用维持血糖浓度恒定，保障全身各组织，维持血糖浓度恒定，保障全身各组织，尤其是大脑和红细胞的能量供应。尤其是大脑和红细胞的能量供应。肝肝 脏脏 葡萄糖转运体葡萄糖转运体2 2型己糖激酶型己糖激酶( (葡萄糖激酶葡萄糖激酶) )不同营养状态下肝内如何进行糖代谢？n n饱食状态饱食状态饱食状态饱食状态肝糖原合成肝糖原合成肝糖原合成肝糖原合成 过多糖则转化为脂肪，以过多糖则转化为脂肪，以过多糖则转化为脂肪，以过多糖则转化为脂肪，以VLDLVLDL形式输出形式输出形式输出形式输出n n

9、空腹状态空腹状态空腹状态空腹状态肝糖原分解肝糖原分解肝糖原分解肝糖原分解 n n饥饿状态饥饿状态饥饿状态饥饿状态以糖异生为主以糖异生为主以糖异生为主以糖异生为主脂肪动员脂肪动员脂肪动员脂肪动员酮体合成酮体合成酮体合成酮体合成 节省葡萄糖节省葡萄糖节省葡萄糖节省葡萄糖n n消化吸收消化吸收消化吸收消化吸收分泌胆汁，其中胆汁酸为脂类消化吸收所必需分泌胆汁，其中胆汁酸为脂类消化吸收所必需分泌胆汁，其中胆汁酸为脂类消化吸收所必需分泌胆汁，其中胆汁酸为脂类消化吸收所必需n n合成合成合成合成脂肪酸、甘油三酯、酮体、脂肪酸、甘油三酯、酮体、脂肪酸、甘油三酯、酮体、脂肪酸、甘油三酯、酮体、 胆固醇胆固醇胆固

10、醇胆固醇 、磷脂、磷脂、磷脂、磷脂 n n分解分解分解分解脂肪酸的脂肪酸的脂肪酸的脂肪酸的 氧化、氧化、氧化、氧化、 胆固醇的降解与排泄、胆固醇的降解与排泄、胆固醇的降解与排泄、胆固醇的降解与排泄、LDL LDL 的降解的降解的降解的降解n n运输运输运输运输合成与分泌合成与分泌合成与分泌合成与分泌 VLDL; HDL; VLDL; HDL; apoapo C C; LCAT; LCAT二、肝在脂类代谢中的作用三、肝在蛋白质代谢中的代谢n n在在在在血浆蛋白质血浆蛋白质血浆蛋白质血浆蛋白质代谢中的作用代谢中的作用代谢中的作用代谢中的作用 合成与分泌血浆蛋白质（合成与分泌血浆蛋白质（合成与分泌血

11、浆蛋白质（合成与分泌血浆蛋白质（ 球蛋白除外）球蛋白除外）球蛋白除外）球蛋白除外） 清除血浆蛋白质（清蛋白除外）清除血浆蛋白质（清蛋白除外）清除血浆蛋白质（清蛋白除外）清除血浆蛋白质（清蛋白除外）n n在在氨基酸代谢氨基酸代谢中的作用中的作用 氨基酸的脱氨基、脱羧基、脱硫、转甲基氨基酸的脱氨基、脱羧基、脱硫、转甲基氨基酸的脱氨基、脱羧基、脱硫、转甲基氨基酸的脱氨基、脱羧基、脱硫、转甲基等（支链氨基酸除外）。等（支链氨基酸除外）。等（支链氨基酸除外）。等（支链氨基酸除外）。 清除血氨及胺类，合成尿素。清除血氨及胺类，合成尿素。清除血氨及胺类，合成尿素。清除血氨及胺类，合成尿素。四、肝在维生素代谢

12、中的作用n n脂溶性维生素的吸收脂溶性维生素的吸收脂溶性维生素的吸收脂溶性维生素的吸收n n维生素的储存维生素的储存维生素的储存维生素的储存是是是是VitVit A A、E E、K K和和和和B B1212的主要储存场所的主要储存场所的主要储存场所的主要储存场所n n维生素的运输维生素的运输维生素的运输维生素的运输视黄醇结合蛋白的合成，视黄醇结合蛋白的合成，视黄醇结合蛋白的合成，视黄醇结合蛋白的合成，VitVit D D结合蛋白的合成结合蛋白的合成结合蛋白的合成结合蛋白的合成n n维生素的转化维生素的转化维生素的转化维生素的转化VitVit D D3 3 25-(OH)-Vit D 25-(O

13、H)-Vit D3 3水溶性维生素水溶性维生素水溶性维生素水溶性维生素辅酶的组成成分辅酶的组成成分辅酶的组成成分辅酶的组成成分五、肝在激素代谢中的作用n n激素的灭活激素的灭活激素的灭活激素的灭活 (inactivation of hormone)(inactivation of hormone)激素主要在肝中激素主要在肝中激素主要在肝中激素主要在肝中转化，降解或失去转化，降解或失去转化，降解或失去转化，降解或失去活性活性活性活性的过程称为激素的灭活。的过程称为激素的灭活。的过程称为激素的灭活。的过程称为激素的灭活。* 主要方式：生物转化主要方式：生物转化 脂肪组织是储存和释放能量的重要场所脂

14、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（一）机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂肪组织肪组织膳食脂肪：以膳食脂肪：以CMCM形式运输至脂肪组织储存。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，以膳食糖：主要运输至肝转化成脂肪，以VLDLVLDL形式形式运输至脂肪组织储存。部分在脂肪细胞转化为脂肪运输至脂肪组织储存。部分在脂肪细胞转化为脂肪储存。储存。脂肪组织脂肪组织（二）饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂（二）饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂肪供能肪供能饥饿饥饿脂解激素脂解激素HSL脂肪动员脂肪动员脂肪酸脂肪酸甘油甘油酮体酮体肝肝氧化供能氧化供

15、能正常优先以脂酸为燃料产生正常优先以脂酸为燃料产生ATP。能量可依次以消耗自由脂。能量可依次以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供。供。 心肌优先利用脂肪酸氧化分解供能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（一）心肌可利用多种营养物质及其代谢中间产物为能源为能源脂肪酸脂肪酸葡萄糖葡萄糖乳酸乳酸酮体酮体心 脏（二）心肌细胞分解营养物质供能方式以有氧氧化为主（二）心肌细胞分解营养物质供能方式以有氧氧化为主心肌细胞富含心肌细胞富含LDH1、肌红蛋白、细胞色素及线粒体。肌红蛋白、细胞色素及线粒体。 脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大脑主

16、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（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（二）脑耗氧量高达全身耗氧总量的四分之一（三）脑具有特异的氨基酸及其代谢调节机制（三）脑具有特异的氨基酸及其代谢调节机制葡萄糖为主要能源，葡萄糖为主要能源，每天消耗约每天消耗约100g100g。不能利。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。时，利用酮体。脑脑合成、储存肌糖原和磷酸肌酸；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；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。剧烈运动时，以糖酵解为主。骨骼肌

17、主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸骨骼肌主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸骨骼肌骨骼肌（一）不同类型骨骼肌产能方式不同（一）不同类型骨骼肌产能方式不同直接能源：直接能源：ATP磷酸肌酸：可快速转移能量，生成磷酸肌酸：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。体系，具有较强氧化磷酸化能力。白

18、肌：耗能少，主要靠酵解供能。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（二）骨骼肌适应不同耗能状态选择不同能源肾髓质无线粒体，主要由糖酵肾髓质无线粒体，主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。有氧氧化供能。一般情况下，肾糖异生只有肝一般情况下，肾糖异生只有肝糖异生葡萄糖量的糖异生葡萄糖量的10%。长期饥饿。长期饥饿（56周），肾糖异生可达每天周），肾糖异生可达每天40g，与肝糖异生的量几乎相等。，与肝糖异生的量几乎相等。 肾能进行糖异生和酮体生成肾能进行糖异生和酮体生成肾肾糖酵解是成熟红细胞的供能主要途径糖酵解是成熟红细胞

19、的供能主要途径成熟红细胞没有线粒体，成熟红细胞没有线粒体，不能进行营养物质的有氧氧化，不能进行营养物质的有氧氧化，不能利用脂肪酸和其他非糖物不能利用脂肪酸和其他非糖物质作为能源。葡萄糖酵解是其质作为能源。葡萄糖酵解是其主要能量来源。主要能量来源。糖酵解糖酵解物质代谢调节的主要方式物质代谢调节的主要方式Regulation of Metabolism第四节第四节 一、细胞水平的代谢调节主要调节一、细胞水平的代谢调节主要调节关键酶关键酶活性活性n n酶酶分布区域化分布区域化n n酶活性调节酶活性调节酶结构调节酶结构调节酶数量的调节酶数量的调节（一）各种代谢酶在细胞内区隔分布是物质代谢（一）各种代谢

20、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及其调节的亚细胞结构基础多酶体系多酶体系多酶体系多酶体系分布分布分布分布多酶体系多酶体系多酶体系多酶体系分布分布分布分布DNA及及RNA合成合成细胞核细胞核糖酵解糖酵解胞液胞液蛋白质合成蛋白质合成内质网，胞液内质网，胞液 戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径胞液胞液糖原合成糖原合成胞液胞液糖异生糖异生胞液胞液脂肪酸合成脂肪酸合成胞液胞液脂肪酸脂肪酸氧化氧化线粒体线粒体胆固醇合成胆固醇合成内质网，胞液内质网，胞液多种水解酶多种水解酶溶酶体溶酶体磷脂合成磷脂合成内质网内质网柠檬酸循环柠檬酸循环线粒体线粒体血红素合成血红素合成胞液，线粒体胞液，线粒体氧化磷酸化

21、氧化磷酸化线粒体线粒体尿素合成尿素合成胞液，线粒体胞液，线粒体代谢途径代谢途径代谢途径代谢途径关键酶关键酶关键酶关键酶糖原降解糖原降解磷酸化酶磷酸化酶糖原合成糖原合成糖原合酶糖原合酶糖酵解糖酵解己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 -1丙酮酸激酶丙酮酸激酶糖有氧氧化糖有氧氧化丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1 -1脂肪酸合成脂肪酸合成乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶胆固醇合成胆固醇合成HMGHMG辅酶辅酶A A还原酶还原酶某某些些重重要

22、要代代谢谢途途径径的的关关键键酶酶 （二）关键酶活性决定整个代谢途径的速度和方向（二）关键酶活性决定整个代谢途径的速度和方向酶活性的调节酶活性的调节A B C DE1 E2 E3催化反应速度催化反应速度最慢最慢的酶：关键酶或限速酶的酶：关键酶或限速酶酶结构调节酶结构调节 酶含量调节酶含量调节（快速调节）（快速调节） （迟缓调节）（迟缓调节）酶结构调节酶结构调节l 变构调节变构调节 Allosteric regulationl 酶促化学修饰调节酶促化学修饰调节 Chemical modification变构调节 一些小分子化合物能与酶蛋白分子一些小分子化合物能与酶蛋白分子活性活性中心外的特定部位

23、中心外的特定部位特异结合，改变酶蛋白分子构特异结合，改变酶蛋白分子构象、从而改变酶活性，这种调节称为酶的象、从而改变酶活性，这种调节称为酶的别构调别构调节节( (allostericallosteric regulation) regulation) 。别构调节是生物别构调节是生物界普遍存在的代谢调节方式界普遍存在的代谢调节方式 被调节的酶称为被调节的酶称为变构酶变构酶或或别构酶别构酶( (allosteric enzyme) )。变构酶变构酶或或别构酶别构酶变构酶由变构酶由多亚基多亚基构成，亚基构成，亚基聚合解聚合解聚聚使构象互变使构象互变有有催化亚基催化亚基和和调节亚基调节亚基（催化部位、

24、（催化部位、调节部位）调节部位）变构剂（变构剂（底物、终产物或其他小分底物、终产物或其他小分子代谢物子代谢物）与调节亚基间通过）与调节亚基间通过非共非共价键结合价键结合作用快作用快别构效应的机制有两种：别构效应的机制有两种：（1）调节亚基含有一个）调节亚基含有一个“假底物假底物”（pseudosubstrate）序列）序列 “假底物假底物”序列能阻止催化亚基结合底物，抑制酶活性；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效应剂结合调节亚基导致“假底物假底物”序列构象变化，释放催化序列构象变化，释放催化亚基，使其发挥催化作用。如亚基，使其发挥催化作用。如cAMP激活激活PKA

25、。（2）别构效应剂与调节亚基结合，能引起酶分子三级和）别构效应剂与调节亚基结合，能引起酶分子三级和/或或四级结构在四级结构在“T”构象（紧密态、无活性低活性）与构象（紧密态、无活性低活性）与“R”构象构象（松弛态、有活性高活性）之间互变，从而影响酶活性。（松弛态、有活性高活性）之间互变，从而影响酶活性。如氧调节如氧调节Hb。 变构调节非共价键非共价键代谢物代谢物活性中心活性中心别位别位EE酶结构发生改变酶结构发生改变酶活性酶活性酶活性酶活性变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂变构效应剂变构效应剂变构酶变构酶allosteric effectorallosteric enzyme变构调节的生

26、理意义防止代谢终产物积累防止代谢终产物积累乙酰乙酰CoA 丙二酰丙二酰CoA 脂酰脂酰CoA羧化酶羧化酶变构抑制变构抑制 （-）浓度高时浓度高时负反馈调节负反馈调节变构抑制剂变构抑制剂 代谢终产物代谢终产物反馈抑制反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。 变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P+ +糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合酶糖原合酶促进糖的储存促进糖的储存变构调节使不同的代谢途径相互协调。变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸

27、柠檬酸+磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成代谢途径代谢途径代谢途径代谢途径变构酶变构酶变构酶变构酶变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂糖酵解糖酵解己糖激酶己糖激酶AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1FDP柠檬酸柠檬酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATP，乙酰，乙酰CoA三羧酸循环三羧酸循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶AMPATP，长链脂酰，长链脂酰CoA异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶AMP，ADPATP糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶乙酰乙酰CoA，ATP

28、AMP糖原分解糖原分解磷酸化酶磷酸化酶bAMP，G-1-P，PiATP，G-6-P脂酸合成脂酸合成乙酰辅酶乙酰辅酶A羧化酶羧化酶柠檬酸，异柠檬酸柠檬酸，异柠檬酸长链脂酰长链脂酰CoA氨基酸代谢氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶ADP，亮氨酸，蛋氨酸，亮氨酸，蛋氨酸GTP，ATP，NADH嘌呤合成嘌呤合成谷氨酰胺谷氨酰胺PRPP酰胺酰胺转移酶转移酶AMP，GMP嘧啶合成嘧啶合成天冬氨酸转甲酰酶天冬氨酸转甲酰酶CTP，UTP核酸合成核酸合成脱氧胸苷激酶脱氧胸苷激酶dCTP，dATPdTTP一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂 酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上某某些些残残

29、基基在在酶酶的的催催化化下下发发生生可可逆逆的的共共价价修修饰饰(covalent modification)，从从而而引引起起酶酶活活性性改改变变，这这种种调调节节称称为为酶酶的的化化学修饰学修饰。酶促化学修饰调节酶促化学修饰调节化学修饰的主要方式：化学修饰的主要方式：磷酸化磷酸化 - - - 去磷酸去磷酸乙酰化乙酰化 - - - 脱乙酰脱乙酰甲基化甲基化 - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - 脱腺苷脱腺苷 SH 与与 S S 互变互变酶促化学修饰调节酶促化学修饰调节E1E某种化学基团某种化学基团可逆可逆E1共价键结合共价键结合常见的修饰：磷酸化常见的修饰：磷酸化 需需蛋白激酶蛋

30、白激酶催化催化 去磷酸化去磷酸化需需磷蛋白磷蛋白磷酸酶磷酸酶催化催化修饰酶修饰酶（共价修饰）（共价修饰）酶活性酶活性改变改变酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白酶酶酶酶化学修饰类型化学修饰类型化学修饰类型化学修饰类型酶活性改变酶活性改变酶活性改变酶活性改变糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制糖原合酶糖原合酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷

31、酸抑制抑制/激活激活丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活HMG-CoA还原酶还原酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活HMG-CoA还原酶激酶还原酶激酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸抑制抑制/激活激活脂肪细胞甘油三酯脂肪酶脂肪细胞甘油三酯脂肪酶磷酸化磷酸化/脱磷酸脱磷酸激活激活/抑制抑制黄嘌呤氧化脱氢酶黄嘌呤氧化脱氢酶SH/-S-S-脱氢酶脱氢酶/氧化酶氧

32、化酶酶促化学修饰对酶活性的调节酶促化学修饰对酶活性的调节 酶促化学修饰调节的特点及生理意义酶促化学修饰调节的特点及生理意义n n需另外酶的参与需另外酶的参与n n共价修饰磷酸化与去磷酸化最常见共价修饰磷酸化与去磷酸化最常见n n具有级联放大效应具有级联放大效应n n耗能少，作用快耗能少，作用快酶含量调节酶含量调节l l酶蛋白合成的诱导与阻遏l l酶降解的调节改变关键酶的合成与降解速度改变关键酶的合成与降解速度酶量的调节：耗能多，效应慢但持久酶量的调节：耗能多，效应慢但持久酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合成的化合物称为加速酶合成的化合物称为诱导剂诱导剂(inducer)(inducer)减少酶合成

33、的化合物称为减少酶合成的化合物称为阻遏剂阻遏剂(repressor)(repressor) 诱导剂或阻遏剂在酶蛋白生物合成的转录或翻诱导剂或阻遏剂在酶蛋白生物合成的转录或翻译过程中发挥作用，影响转录较常见。译过程中发挥作用，影响转录较常见。 n常见的诱导或阻遏方式常见的诱导或阻遏方式: :底物对酶合成的诱导和阻遏底物对酶合成的诱导和阻遏产物对酶合成的阻遏产物对酶合成的阻遏激素对酶合成的诱导激素对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导药物对酶合成的诱导溶酶体溶酶体蛋白酶体蛋白酶体 释放蛋白水解酶，降解蛋白质释放蛋白水解酶，降解蛋白质 泛素识别、结合蛋白质；泛素识别、结合蛋白质； 蛋白水解酶降解蛋白质蛋白

34、水解酶降解蛋白质通过改变酶蛋白分子的降解速度，也通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。能调节酶的含量。 酶降解的调节酶降解的调节几种酶活性调节方式的比较几种酶活性调节方式的比较调节方式调节方式调节物质调节物质酶分子变化酶分子变化特点生理意义特点生理意义变构调节变构调节变构激活剂变构激活剂 抑抑制剂：底物、产制剂：底物、产物物酶分子构象变化酶分子构象变化防止产物堆积防止产物堆积防止能源浪费防止能源浪费作用快作用快化学修饰化学修饰激素激素酶分子共价键变酶分子共价键变化化耗能少耗能少作用快作用快有放大效应有放大效应酶数量调节酶数量调节诱导剂诱导剂 阻遏剂：阻遏剂：激素、药物、底激素、药物、

35、底物、产物物、产物酶数量增加或减酶数量增加或减少少耗能多耗能多效应慢但持久效应慢但持久同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。内、外环境改变内、外环境改变机体相关组机体相关组织分泌激素织分泌激素激素与靶细胞激素与靶细胞上的受体结合上的受体结合靶细胞产生生物学靶细胞产生生物学效应，适应内外环效应，适应内外环境改变境改变n激素作用机制：激素作用机制：二、激素通过特异受体调节物质代谢二、激素通过特异受体调节物质代谢（一）膜受体激素通过跨膜信号转导调节物质（一）膜受体激素通过跨膜信号转导调节物质 代谢代谢（二）胞内受体激素通过激素（二）胞内受体激素通过激素-

36、 -胞内受体复合物胞内受体复合物 改变基因表达、调节物质代谢改变基因表达、调节物质代谢 三、机体通过神经系统及神经三、机体通过神经系统及神经-体液途径体液途径整体调节体内物质代谢整体调节体内物质代谢整体水平调节：整体水平调节：在神经系统主导下，调节在神经系统主导下，调节激素释放，并通过激素整合不同组织器官激素释放，并通过激素整合不同组织器官的各种代谢，实现整体调节，以适应饱食、的各种代谢，实现整体调节，以适应饱食、空腹、饥饿、营养过剩、应激等状态，维空腹、饥饿、营养过剩、应激等状态，维持整体代谢平衡。持整体代谢平衡。（一）饱食状态下机体三大物质代谢与膳食组（一）饱食状态下机体三大物质代谢与膳食

37、组成有关成有关 混合膳食混合膳食胰岛素水平中度升高：胰岛素水平中度升高：（1 1）机体主要分解葡萄糖供能）机体主要分解葡萄糖供能（2 2）未被分解的葡萄糖，部分合成肝糖原和肌）未被分解的葡萄糖，部分合成肝糖原和肌糖原贮存；部分在肝内合成甘油三酯，以糖原贮存；部分在肝内合成甘油三酯，以VLDLVLDL形形式输送至脂肪等组织。式输送至脂肪等组织。（3 3）吸收的甘油三酯，部分经肝转换成内源性）吸收的甘油三酯，部分经肝转换成内源性甘油三酯，大部分输送到脂肪组织、骨骼肌等转甘油三酯，大部分输送到脂肪组织、骨骼肌等转换、储存或利用。换、储存或利用。 高糖膳食高糖膳食胰岛素水平明显升高，胰高血胰岛素水平明

38、显升高，胰高血 糖素降低：糖素降低：（1 1）部分葡萄糖合成肌糖原和肝糖原和）部分葡萄糖合成肌糖原和肝糖原和VLDLVLDL（2 2）大部分葡萄糖直接被输送到脂肪组织、）大部分葡萄糖直接被输送到脂肪组织、骨骼肌、脑等组织转换成甘油三酯等非糖物质骨骼肌、脑等组织转换成甘油三酯等非糖物质储存或利用。储存或利用。 高蛋白膳食高蛋白膳食胰岛素水平中度升高，胰高血胰岛素水平中度升高，胰高血 糖素水平升高：糖素水平升高：（1 1）肝糖原分解补充血糖）肝糖原分解补充血糖（2 2）肝利用氨基酸异生为葡萄糖补充血糖）肝利用氨基酸异生为葡萄糖补充血糖（3 3）部分氨基酸转化成甘油三酯）部分氨基酸转化成甘油三酯（4

39、 4）还有部分氨基酸直接输送到骨骼肌。）还有部分氨基酸直接输送到骨骼肌。 高脂膳食高脂膳食胰岛素水平降低，胰高血糖胰岛素水平降低，胰高血糖 素水平升高：素水平升高：（1 1）肝糖原分解补充血糖）肝糖原分解补充血糖（2 2）肌组织氨基酸分解，转化为丙酮酸，输送）肌组织氨基酸分解，转化为丙酮酸，输送至肝异生为葡萄糖，补充血糖。至肝异生为葡萄糖，补充血糖。（3 3）吸收的甘油三酯主要输送到脂肪、肌组织）吸收的甘油三酯主要输送到脂肪、肌组织等。等。（4 4）脂肪组织在接受吸收的甘油三酯同时，也）脂肪组织在接受吸收的甘油三酯同时，也部分分解脂肪成脂肪酸，输送到其他组织。部分分解脂肪成脂肪酸，输送到其他组

40、织。（5 5）肝氧化脂肪酸，产生酮体。）肝氧化脂肪酸，产生酮体。（1 1）餐后）餐后6 68 8小时小时 肝糖原即开始分解补充血糖。肝糖原即开始分解补充血糖。（2 2）餐后）餐后16162424小时小时 肝糖原即将耗尽，糖异生补充血糖。肝糖原即将耗尽，糖异生补充血糖。 脂肪动员中度增加，释放脂肪酸。脂肪动员中度增加，释放脂肪酸。 肝氧化脂肪酸，产生酮体，主要供应肌组织。肝氧化脂肪酸，产生酮体，主要供应肌组织。 骨骼肌部分氨基酸分解，补充肝糖异生的原料。骨骼肌部分氨基酸分解，补充肝糖异生的原料。（二）空腹机体物质代谢以糖原分解、糖异（二）空腹机体物质代谢以糖原分解、糖异 生和中度脂肪动员为特征生

41、和中度脂肪动员为特征空腹：空腹：通常指餐后通常指餐后1212小时以后，体内胰岛素水平降低，小时以后，体内胰岛素水平降低，胰高血糖素升高。胰高血糖素升高。（三）饥饿时机体主要氧化分解脂肪供能（三）饥饿时机体主要氧化分解脂肪供能 糖原消耗糖原消耗血糖趋于降低血糖趋于降低胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少胰高血糖素胰高血糖素分泌增加分泌增加 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化1. 1. 短期饥饿后糖氧化供能减少而脂肪动员加强短期饥饿后糖氧化供能减少而脂肪动员加强 短期饥饿：短期饥饿：通常指通常指1 13 3天未进食。天未进食。 （1）机体从葡萄糖氧化供能为主转变为脂肪氧化）机体从葡萄糖氧化供能为主转

42、变为脂肪氧化供能为主：供能为主：除脑组织细胞和红细胞外，组织细胞减除脑组织细胞和红细胞外，组织细胞减少摄取利用葡萄糖，增加摄取利用脂肪酸和酮体。少摄取利用葡萄糖，增加摄取利用脂肪酸和酮体。（2）脂肪动员加强且肝酮体生成增多：）脂肪动员加强且肝酮体生成增多：脂肪动员脂肪动员释放的脂肪酸约释放的脂肪酸约25在肝氧化生成酮体。在肝氧化生成酮体。（3）肝糖异生作用明显增强（）肝糖异生作用明显增强（150gd） ：以饥以饥饿饿1636小时增加最多。原料主要来自氨基酸，部小时增加最多。原料主要来自氨基酸，部分来自乳酸及甘油。分来自乳酸及甘油。（4）骨骼肌蛋白质分解加强：）骨骼肌蛋白质分解加强：略迟于脂肪动

43、员加略迟于脂肪动员加强。氨基酸异生成糖。强。氨基酸异生成糖。2. 长期饥饿可造成器官损害甚至危及生命长期饥饿可造成器官损害甚至危及生命 。长期饥饿：长期饥饿：指未进食指未进食3 3天以上。天以上。（1 1）脂肪动员进一步加强：）脂肪动员进一步加强：生成大量酮体，脑利生成大量酮体，脑利用酮体超过葡萄糖。肌组织利用脂肪酸。用酮体超过葡萄糖。肌组织利用脂肪酸。（2 2）蛋白质分解减少）蛋白质分解减少：释出氨基酸减少。：释出氨基酸减少。（3 3）糖异生明显减少（与短期饥饿相比）：）糖异生明显减少（与短期饥饿相比）：乳酸乳酸和丙酮酸成为肝糖异生的主要原料。肾糖异生作用和丙酮酸成为肝糖异生的主要原料。肾糖

44、异生作用明显增强，几乎与肝相等。明显增强，几乎与肝相等。饥饿时：饥饿时： 肝糖原分解肝糖原分解 ，肌糖原分解肌糖原分解 肝糖异生肝糖异生 ，蛋白质分解蛋白质分解 以脂酸、酮体分解供能以脂酸、酮体分解供能为主为主蛋白质分解明显降低蛋白质分解明显降低1 2 天天3 4 周周（四）应激使机体分解代谢加强（四）应激使机体分解代谢加强 应应激激(stress)指指人人体体受受到到一一些些异异乎乎寻寻常常的的刺刺激激，如如创创伤伤、剧剧痛痛、冻冻伤伤、缺缺氧氧、中中毒毒、感感染染及及剧剧烈烈情情绪绪波波动动等等所所作作出出一一系系列列反应的反应的“ 紧张状态紧张状态 ”。n机体整体反应：机体整体反应：交感

45、神经兴奋交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素胰高血糖素、生长激素增加，、生长激素增加，胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化n代谢改变：代谢改变：1. 应激使血糖升高应激使血糖升高2. 应激使脂肪动员增强应激使脂肪动员增强 3. 应激使蛋白质分解加强应激使蛋白质分解加强 这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。这对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。 为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。为心肌、骨骼肌及肾等组织供能。 骨骼肌释出丙氨酸等氨基酸增加，氨基酸分骨骼肌释出丙氨酸等氨基酸增加，氨基酸分解增强，负氮平衡。解增强，负氮平衡。

46、应激时机体的代谢改变应激时机体的代谢改变内分泌腺内分泌腺内分泌腺内分泌腺/ /组织组织组织组织激素及代谢变化激素及代谢变化激素及代谢变化激素及代谢变化血中含量变化血中含量变化血中含量变化血中含量变化垂体前叶垂体前叶垂体前叶垂体前叶ACTHACTH分泌增加分泌增加分泌增加分泌增加ACTHACTH生长素分泌增加生长素分泌增加生长素分泌增加生长素分泌增加生长素生长素生长素生长素 胰腺胰腺胰腺胰腺-细胞细胞细胞细胞胰高血糖素分泌增加胰高血糖素分泌增加胰高血糖素分泌增加胰高血糖素分泌增加胰高血糖素胰高血糖素胰高血糖素胰高血糖素 - -细胞细胞细胞细胞胰岛素分泌抑制胰岛素分泌抑制胰岛素分泌抑制胰岛素分泌抑

47、制胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素 肾上腺髓质肾上腺髓质肾上腺髓质肾上腺髓质去甲肾上腺素去甲肾上腺素去甲肾上腺素去甲肾上腺素/ /肾上腺素分泌增加肾上腺素分泌增加肾上腺素分泌增加肾上腺素分泌增加肾上腺素肾上腺素肾上腺素肾上腺素 肾上腺皮质肾上腺皮质肾上腺皮质肾上腺皮质皮质醇分泌增加皮质醇分泌增加皮质醇分泌增加皮质醇分泌增加皮质醇皮质醇皮质醇皮质醇 肝肝肝肝糖原分解增加糖原分解增加糖原分解增加糖原分解增加葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 糖原合成减少糖原合成减少糖原合成减少糖原合成减少糖异生增强糖异生增强糖异生增强糖异生增强脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸-氧化增加氧化增加氧化增加氧化增加骨骼肌骨骼肌骨骼肌骨骼肌糖原分

48、解增加糖原分解增加糖原分解增加糖原分解增加乳酸乳酸乳酸乳酸 葡萄糖的摄取利用减少葡萄糖的摄取利用减少葡萄糖的摄取利用减少葡萄糖的摄取利用减少葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 蛋白质分解增加蛋白质分解增加蛋白质分解增加蛋白质分解增加氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸-氧化增强氧化增强氧化增强氧化增强脂肪组织脂肪组织脂肪组织脂肪组织脂肪分解增强脂肪分解增强脂肪分解增强脂肪分解增强游离脂肪酸游离脂肪酸游离脂肪酸游离脂肪酸 葡萄糖摄取及利用减少葡萄糖摄取及利用减少葡萄糖摄取及利用减少葡萄糖摄取及利用减少甘油甘油甘油甘油 脂肪合成减少脂肪合成减少脂肪合成减少脂肪合成减少较长时间的能量摄入大于消耗

49、较长时间的能量摄入大于消耗（五）肥胖是多因素引起物质和能量代谢失衡（五）肥胖是多因素引起物质和能量代谢失衡的结果的结果（1）抑制食欲激素功能障碍引起肥胖：）抑制食欲激素功能障碍引起肥胖：瘦蛋白瘦蛋白 ，胆，胆囊收缩素（囊收缩素（CCK） ，-促黑激素（促黑激素（-MSH）等）等 （2）刺激食欲激素功能异常增强引起肥胖）刺激食欲激素功能异常增强引起肥胖：如生长：如生长激素释放肽，神经肽激素释放肽，神经肽Y（3）肥胖患者脂连蛋白缺陷）肥胖患者脂连蛋白缺陷（4）胰岛素抵抗导致肥胖）胰岛素抵抗导致肥胖在肥胖形成期：在肥胖形成期：靶细胞对胰岛素敏感，血糖降低，靶细胞对胰岛素敏感，血糖降低，耐糖能力正常。耐糖能力正常。在肥胖稳定期：在肥胖稳定期：表现出高胰岛素血症，组织对胰表现出高胰岛素血症，组织对胰岛素抵抗，耐糖能力降低，血糖正常或升高。岛素抵抗，耐糖能力降低，血糖正常或升高。越肥胖或胰岛素抵抗：越肥胖或胰岛素抵抗：血糖浓度越高，糖代谢的血糖浓度越高，糖代谢的紊乱程度越重，同时脂代谢异常，高胆固醇、高紊乱程度越重，同时脂代谢异常，高胆固醇、高LDL-C、低、低HDL-C）、高甘油三酯）、高甘油三酯。