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1、物物质质代代谢谢的的联联系系与与调调节节物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系Metabolic Crosstalk第第 一一 节节一、在能量代谢上的相互联系一、在能量代谢上的相互联系三大营养素三大营养素共同中共同中间产物间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoACoATCA2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCOCO2 2三大营养素可在体内三大营养素可在体内氧化供能氧化供能。从能量供应的角度看，从能量供应的角度看，三大营养素三大营养素可以互相代可以互相代替，并互相制约。替，并互相制约。一般情况下，供能一般情况下，供能以以糖、脂糖、脂为主，并为主，并尽量节约尽量节
2、约蛋白质蛋白质的的消耗。消耗。脂肪分解脂肪分解增强增强ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物质的代谢任一供能物质的代谢占优势占优势，常，常能能抑制抑制和节约和节约其他物质其他物质的的降解降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制 （糖分解代谢限速酶）（糖分解代谢限速酶）例如例如饥饿时饥饿时 肝糖原肝糖原分解分解 ，肌糖原肌糖原分解分解 肝糖异生肝糖异生 ，蛋白质分解蛋白质分解 以以脂酸、酮体脂酸、酮体分解供能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（一）糖代谢与脂代谢的相互联系（一）糖代谢与脂代谢的相互联
3、系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 二、糖、脂和蛋白质二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系之间的相互联系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）2. 脂肪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. 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
4、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乙酰乙酰CoA（二）糖与氨基酸代谢的相互联系（二）糖与氨基酸代谢的相互联系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. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的应的-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
5、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）脂类与氨基酸代谢的（三）脂类与氨基酸代谢的 相互联系相互联系 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3-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脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸为非必需氨基酸（四）核酸与糖、蛋白质（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系代谢的相互联系 1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料氨基酸是体内
6、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葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸组织、器官的代谢特点及组织、器官的代谢特点及联系联系Metabolic Characteristic and Relationships of
7、Organs and Tissues第第 三三 节节是机体物质代谢的枢纽。是机体物质代谢的枢纽。在糖、脂、蛋白质、核酸、水、盐及维生素代谢在糖、脂、蛋白质、核酸、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。中均具有独特而重要的作用。肝肝合成、储存糖原合成、储存糖原分解糖原生成葡萄糖，释放入血分解糖原生成葡萄糖，释放入血是糖异生的主要器官是糖异生的主要器官肝在糖代谢中的作用肝在糖代谢中的作用如如肝在维持血糖稳定中起重要作用。肝在维持血糖稳定中起重要作用。耗能大，耗氧多耗能大，耗氧多。葡萄糖葡萄糖为主要能源。为主要能源。不能利用脂酸不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用，葡萄糖供应不足时，利用酮体酮
8、体。 脑脑合成、储存糖原；合成、储存糖原；通常以通常以脂酸氧化脂酸氧化为主要供能方式；为主要供能方式； 剧烈运剧烈运动时，辅以动时，辅以糖酵解糖酵解。肌肌 肉肉能量主要来自能量主要来自糖酵解糖酵解。红红细细胞胞合成合成及及储存储存脂肪的重要组织；脂肪的重要组织；将将脂肪分解脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。 脂脂肪肪组组织织也可进行也可进行糖异生糖异生和生成和生成酮体酮体；肾髓质肾髓质主要由主要由糖酵解糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。酮体有氧氧化供能。肾肾脏脏代代 谢谢 调调 节节The Regulation o
9、f Metabolism第第 四四 节节代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要通过细胞内主要通过细胞内代谢代谢物浓度物浓度的变化，对酶的的变化，对酶的活活性性及及含量含量进行调节，这种进行调节，这种调节称为调节称为原始调节原始调节或或细胞细胞水平代谢调节水平代谢调节。单细胞生物单细胞生物高等生物高等生物 三级水平代谢调节三级水平代谢调节细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节激素水平代谢调节激素水平代谢调节高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内分泌细胞及内分泌器官，其分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激
10、素分泌的激素可对其他细胞发可对其他细胞发挥代谢调节作用。挥代谢调节作用。整体水平代谢调节整体水平代谢调节在在中枢神经系统中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经的控制下，或通过神经纤维及神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌激素的分泌来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。调而对机体代谢进行综合调节。 一、细胞水平的代谢调节一、细胞水平的代谢调节 细胞水平的代谢调节主要是细胞水平的代谢调节主要是细胞水平的代谢调节主要是细胞水平的代谢调节主要是酶水平酶水平酶水
11、平酶水平的调节。的调节。的调节。的调节。 细胞内酶呈细胞内酶呈细胞内酶呈细胞内酶呈隔离隔离隔离隔离分布。分布。分布。分布。 代谢途径的速度、方向由其中的代谢途径的速度、方向由其中的代谢途径的速度、方向由其中的代谢途径的速度、方向由其中的关键酶关键酶关键酶关键酶( ( ( (key key enzyme)enzyme)的活性决定。的活性决定。的活性决定。的活性决定。 代谢调节主要是通过对代谢调节主要是通过对代谢调节主要是通过对代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节关键酶活性的调节关键酶活性的调节关键酶活性的调节而而而而实现的。实现的。实现的。实现的。（一）细胞内酶的隔离分布（一）细胞内酶的隔离分布
12、代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于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细胞的某一区域 。多酶体系在细胞内的分布多酶体系在细胞内的分布 酶的隔离分布的意义酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。避免了各种代谢途径互相干扰。 速度速度慢慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，它的速度决定整个代谢途径的总速度，速速度最慢的称度最慢的称为限速酶为限速酶(limiting velocity enzymes)。 催化催化单向反应单向反应（不可逆反应）不可逆反应）或或非平衡反应非平衡反应，它的，它的活性决定整个代谢途径的方向。活性决定整个代谢途径的方向。 这类酶活性除这类酶活性
13、除受底物控制受底物控制外，还受多种外，还受多种代谢物代谢物或或效应剂效应剂的调节。的调节。关键酶催化的反应具有以下特点：关键酶催化的反应具有以下特点：（二）关键酶活性的调节（二）关键酶活性的调节 代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度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及方向由其中的关键酶关键酶决定决定 。例：糖代谢的关键酶例：糖代谢的关键酶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分解糖原分解糖原分解糖原分解磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶糖原合成糖原合成糖原合成糖原合成糖原合酶糖原合酶糖原合酶糖原合酶糖的有氧氧化糖的有氧氧化糖的有氧氧化糖的有氧氧化己糖激酶
14、己糖激酶己糖激酶己糖激酶6-6-磷酸果糖激酶磷酸果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丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系糖异生糖异生糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶
15、磷酸酶磷酸酶 快速代谢快速代谢 迟缓代谢迟缓代谢数秒、数分钟数秒、数分钟通过改变酶的活性通过改变酶的活性数小时、几天数小时、几天通过改变酶的含量通过改变酶的含量 变构调节变构调节(allosteric regulation)化学修饰调节化学修饰调节(chemical modification) 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。1. 变构调节的概念变构调节的概念小小分分子子化化合合物物与与酶酶分分子子活活性性中中心心以以外外的的某某一一部部位位特特异异结结合合，引引起起酶酶蛋蛋白白分分子子构构象象变变化化，从从而而改改变变酶酶的的活活性
16、性，这这种种调调节节称称为为酶酶的的变变构构调调节节或或别别构构调调节节( (Allosteric regulation) )。（二）关键酶的变构调节（二）关键酶的变构调节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) )使酶发生变构效应的物质，称为使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂变构效应剂( (allosteric effector) ) 变构激活剂变构激活剂引起酶活性引起酶活性增加增加的变构的变构效应剂。效应剂。 变构抑制剂变构抑制剂引起酶活性引起酶活性降低降低的变构的变构效应剂。效应剂。2. 变构调节的机制变构调节的机制变构酶变构
17、酶催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基变构效应剂：变构效应剂： 底物、终产物底物、终产物其他小分子代谢物其他小分子代谢物变构效应剂变构效应剂 + + 酶的调节亚基酶的调节亚基酶的构象改变酶的构象改变酶的活性改变酶的活性改变（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亚基聚合亚基聚合紧密紧密亚基解聚亚基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化3. 变构调节的生理意义变构调节的生理意义 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，使反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。代谢物不致生成过多。乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶丙二酸单酰丙二酸单酰CoA长链脂酰长链
18、脂酰CoA 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原分解抑制糖原分解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。柠檬酸柠檬酸+ +6-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 乙酰乙酰CoA 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成（三）酶的化学修饰调节（三）酶的化学修饰调节1. 1. 化学修饰的概念化学修饰的概念酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上某某些些残残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 m
19、odification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。2. 化学修饰的主要方式化学修饰的主要方式磷酸化磷酸化 - - - - - - 去磷酸化去磷酸化乙酰化乙酰化 - - - - - - 去乙酰化去乙酰化甲基化甲基化 - - - - - - 去甲基化去甲基化腺苷化腺苷化 - - - - - - 去腺苷化去腺苷化 SH 与与 S S 互变互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
20、酶蛋白3. 3. 化学修饰的特点化学修饰的特点酶酶蛋蛋白白的的共共价价修修饰饰是是可可逆逆的的酶酶促促反反应应，在在不不同同酶酶的的作作用用下下，酶酶蛋蛋白白的的活活性性状状态态可可互互相相转转变变。催催化化互互变变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。具有具有放大效应放大效应，效率较变构调节高。，效率较变构调节高。磷酸化与去磷酸化磷酸化与去磷酸化是最常见的方式。是最常见的方式。 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。（四）酶量的调节（四）酶量的调节1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏加速酶合
21、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)减少酶合成的化合物称为减少酶合成的化合物称为阻遏剂阻遏剂( (repressor) ) 常见的诱导或阻遏方式常见的诱导或阻遏方式 底物底物对酶合成的诱导和阻遏对酶合成的诱导和阻遏 产物产物对酶合成的阻遏对酶合成的阻遏 激素激素对酶合成的诱导对酶合成的诱导 药物药物对酶合成的诱导对酶合成的诱导 2. 酶蛋白降解酶蛋白降解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水解酶降解蛋白质通过改变酶蛋白分子的降解速度，通过改变酶蛋白分
22、子的降解速度，也能调节酶的含量。也能调节酶的含量。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织分泌激素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激素激素( (hormone) )作用机制作用机制二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节激素分类激素分类 膜受体激素膜受体激素 胞内受体激素胞内受体激素按激素受体在细胞的部位不同，分为：按激素受体在细胞的部位不同，分为：1. 膜受体激素的作用方式膜受体激素的作用方式激素作用方式激素作用方式 2. 胞胞内内受受体体激激素素的的作作用用方方式式（一）饥饿
23、（一）饥饿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. 短期饥饿（短期饥饿（13天）天）三、整体水平的代谢调节三、整体水平的代谢调节 （1）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化分解加强，氨基酸异生成糖分解加强，氨基酸异生成糖（2）糖代谢变化）糖代谢变化 糖异生加强，糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低组织对葡萄糖利用降低（3）脂代谢变化）脂代谢变化 脂肪动员加强，酮体生成增多脂肪动员加强，酮体生成增多2. 长期饥饿长期饥饿（1）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化 蛋白质分解减少蛋白质分解减少（2）糖代谢
24、变化）糖代谢变化肝、肾糖异生作用增强肝、肾糖异生作用增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸（3）脂代谢变化）脂代谢变化脂肪动员进一步加强脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加脑组织利用酮体增加（二）应（二）应 激激1. 1. 概念概念应应激激(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 ” ”。2. 机体整体反应机体整体反应交感神经兴奋交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质肾上腺髓质及皮质激素分泌增多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3. 代谢改变代谢改变（1） 血糖升高血糖升高（2） 脂肪动员增强脂肪动员增强（3）蛋白质分解加强）蛋白质分解加强
