生物化学第九章物质代谢的联系与调节

第九章,物质代谢的联系与调节 Interrelationships and Regulation of Metabolism,生命区别于非生命的基本特征-新陈代谢。,摄取的食物（新）,分解,释放能量,产生原料物质 （单糖，氨基酸，乙酰CoA ）,废物,代谢（metabolism）,排出体外,供生命体进行正常的生命活动,合成,生命体结构成分 （多糖，蛋白质，脂肪）。,消耗能量,生命体的结构成分（陈）,分解,释放能量,产生原料物质 （单糖，氨基酸，乙酰CoA ）,废物,排出体外,供生命体进行正常的生命活动,合成,生命体新的结构成分 （多糖，蛋白质，脂肪）。,消耗能量,新陈代谢：物质的合成与分解并与环境的相互联系。,与环境的物质交换（人60年：60000Kg水，10000Kg糖类， 600Kg蛋白质，1000Kg脂类）。,本章主要内容,二、物质代谢调节 1. 细胞水平的调节（酶的调节） 2. 激素水平的调节（体液调节） 3. 整体水平的代谢调节（神经体液调节）,一、物质代谢的特点与相互联系,物质代谢的特点 Characteristics of Metabolism,第一节,1.整体性,2.调节性,物质代谢的特点,3.特色性,4.代谢池,5.能量形式,6.还原当量,ATP,NADPH,各种代谢物均具有各自共同的代谢池,各组织、器官结构不同， 酶系的种类、含量不同, -代谢途径及功能各不相同。,体内各种物质代谢 均受控于机体的精细调节， 代谢的强度、速度、方向 不断的适应内外环境的变化。,1,一、体内各种物质代谢彼此互相联系构成统一的整体,体内各种物质包括糖、脂、蛋白质、水、无机盐、维生素等的代谢不是彼此孤立各自为政，而是同时进行的，而且彼此互相联系，或相互转变，或相互依存，构成统一的整体。,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,二、机体存在精细的物质代谢调节机制,代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,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、功能各异,(一)、肝是机体物质代谢的枢纽,肝几乎是体内合成尿素、酮体的唯一器官，也是合成内源性脂肪、胆固醇、蛋白质等最多、最活跃的器官。 肝在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。,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：,例：,肝在维持血糖稳定中起重要作用。,(二)、心可利用多种能源物质，并以有 氧氧化为主,正常优先以脂酸为燃料产生ATP。可依次以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供能量。,(三)、脑耗氧量大并以葡萄糖为供能物质,脑是机体耗能大的主要器官，耗O2量占全身耗O2的20%25%。 几乎以葡萄糖为唯一供能物质。每天耗用葡萄糖约100g。由于脑组织无糖原储存，其耗用的葡萄糖主要由血糖供应。 血糖供应不足时，主要利用由肝生成的酮体作为能源。,四、肌肉通常以氧化脂酸为主且在剧烈运动时产生乳酸,肌肉组织通常以氧化脂酸为主，在剧烈运动时则以糖的无氧酵解产生乳酸为主。 由于肌肉缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，因此肌糖原不能直接分解成葡萄糖提供血糖。,五、红细胞代谢以糖酵解为主,红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解途径。 由于红细胞没有线粒体，因此不能进行糖的有氧氧化，也不能利用脂酸及其它非糖物质，,六、脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织,脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。 脂肪细胞还含有动员脂肪的激素敏感甘油三酯脂肪酶，能使储存的脂肪分解成脂酸和甘油释入血循环以供机体其它组织能源的需要。,七、肾也可进行糖异生和生成酮体,肾可进行糖异生、生成酮体，它是除肝外唯一可进行此两种代谢的器官。 肾髓质因无线粒体，主要由糖酵解供能，而肾皮质则主要由脂酸及酮体的有氧氧化供能。,目 录,重要器官及组织氧化供能的特点,四、各种物质代谢的代谢物均具有共同的代谢池,例如：,五、ATP是机体储存能量及消耗能量的共同形式,营养物分 解,六、NADPH是合成代谢所需的还原当量,例如：,物质代谢的相互联系 Interrelationships among Metabolic Pathways of Carbohydrates, Lipids, and Proteins,第二节,一、在能量代谢上的相互联系,共同中间代谢物：乙酰辅酶A 共同最后分解途径：三羧酸循环 共同能量形式：ATP,乙酰 CoA,ATP,TAC,糖 脂肪 蛋白,呼吸链,互相代替，互相制约。 一种供能物质代谢占优势， 抑制或节约其他。,供能,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：,饥饿时,肝糖原分解 ，肌糖原分解,肝糖异生，蛋白质分解 ,蛋白质分解明显降低 以脂酸、酮体分解供能为主。,1 2 天,3 4 周,正常情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。,二、糖、脂和蛋白质代谢通过共同中间产物相互联系,体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此独立，而是相互关联的。 它们通过共同的中间代谢物，三羧酸循环和生物氧化等联成整体。 三者之间可以互相转变，当一种物质代谢障碍时可引起其它物质代谢的紊乱。,（一）糖在体内可转变为脂 而脂酸不能转变为糖,当摄入的糖量超过体内能量消耗时，糖可以转变为脂肪。,葡萄糖,乙酰CoA,合成脂肪 （脂肪组织）,合成糖原储存（肝、肌肉）,磷酸二羟丙酮,葡萄糖的氧化分解,葡萄糖,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD+,NADH+H+,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,NAD+,乳 酸,丙 酮 酸,ADP,ATP,E3,NADH+H+,乙酰CoA,NADH+H+,NAD+,三羧酸,乙酰 CoA,甘油三酯(脂肪),3磷酸甘油 + 脂肪酸,葡萄糖,磷酸二羟丙酮,丙酮酸,P167,脂酸,乙酰CoA,葡萄糖,脂 肪,葡萄糖,脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。,糖异生,肝、肾、肠,甘油,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,甘油,脂酸,6-磷酸葡萄糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,3磷酸甘油,饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时:,脂肪分解代谢的强度及顺利进行，还有赖于糖代谢的正常进行。,例如：,丙氨酸,丙酮酸,脱氨基,糖异生,葡萄糖,（二）绝大多数氨基酸的碳链骨架在体内可与糖相互转变,20种氨基酸除亮氨酸及赖氨酸外均可转变为糖。,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸,乙酰乙酰CoA,酮体,甘氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,天冬氨酸,酪氨酸,异亮氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,谷氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,亮氨酸 赖氨酸 酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸,苯丙氨酸,天冬酰胺,糖,丙酮酸,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,-酮戊二酸,糖代谢中间代谢物能在体内转变成非必需氨基酸。,例如：,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,甘氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,天冬氨酸,谷氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,天冬酰胺,（三）蛋白质/氨基酸可转变为脂肪而脂类不能转变为氨基酸/蛋白质,蛋白质可转变为脂肪。,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,甘油,脂酸,6-磷酸葡萄糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,3磷酸甘油,异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸,乙酰乙酰CoA,酮体,甘氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,天冬氨酸,酪氨酸,异亮氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,谷氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,亮氨酸 赖氨酸 酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸,苯丙氨酸,天冬酰胺,氨基酸也可作为合成磷脂的原料 。,脂肪,甘油,磷酸二羟丙酮,糖酵解途径,丙酮酸,其他-酮酸,某些非必需氨基酸,脂肪只有甘油部分可转变为非必需氨基酸。,（四）氨基酸是合成核酸的重要原料,合成核苷酸所需的磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供。,（二）绝大多数氨基酸可异生为糖 而糖只能转变为非必需氨基酸,（一）糖在体内可转变为脂 而脂肪酸不能转变为糖,（三）蛋白质/氨基酸可转变为脂肪 而脂肪酸不能转变为氨基酸/蛋白质,（四）磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供 碱基合成原料主要来自氨基酸,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,甘油,脂酸,6-磷酸葡萄糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,3磷酸甘油,异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸,乙酰乙酰CoA,酮体,甘氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,天冬氨酸,酪氨酸,异亮氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,谷氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,亮氨酸 赖氨酸 酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸,苯丙氨酸,天冬酰胺,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,甘油,脂酸,6-磷酸葡萄糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,3磷酸甘油,异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸,乙酰乙酰CoA,酮体,甘氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,异亮氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,谷氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,亮氨酸 赖氨酸 酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸,天冬氨酸,酪氨酸,苯丙氨酸,天冬酰胺,代谢调节方式 Regulations of Metabolism,第二节,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,代谢调节分为三级水平调节,代谢调节普遍存在于生物界，是生物体的重要特征。 进化程度愈高的生物其代谢调节方式亦愈复杂。,高等生物 三级水平代谢调节,细胞水平代谢调节,细胞水平代谢调节、激素水平代谢调节及整体水平代谢的调节统称为三级水平代谢调节。 在代谢调节的三级水平中，细胞水平代谢调节是基础，激素及神经对代谢的调节都是通过细胞水平的代谢调节实现的。,（一）细胞内酶的隔离分布,代谢途径有关酶类常常组成多酶体系或多功能酶，分布于细胞的某一区域 。,线粒体:三羧酸循环;脂肪酸-氧化;氧化磷酸化,细胞质:糖酵解;磷酸戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;,细胞核:DNA合成,内质网:蛋白质合成;磷脂合成,一、细胞水平的调节主要是对酶活性的调节,主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布,细胞内酶的隔离分布，可以避免各种代谢途径间的相互干扰。,乙酰CoA,脂肪酸合成酶系,脂肪酸,无意义循环,例：,ATP,脂酰CoA,-O,乙酰CoA,线粒体,胞液,有氧氧化,糖不足,糖充足,代谢途径是一系列酶催化的化学反应，它的反应速度和方向由这条途径中其中一个或几个具有调节作用的酶的活性所决定的。这些酶称为关键酶 (限速酶) 调节某些关键酶活性是细胞代谢调节的一种重要方式。,（二）关键酶的活性调节, 它催化的反应速度最慢，