物质代谢的联系与调节im课件.ppt

1、目目 录录第九章物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节Interrelationships and Regulation of Interrelationships and Regulation of MetabolismMetabolism1生命区别于非生命的基本特征生命区别于非生命的基本特征-新陈代谢。新陈代谢。摄取的食物摄取的食物（新）（新）分解分解释放能量释放能量产生原料物质产生原料物质 （单糖，氨基酸，（单糖，氨基酸，乙酰乙酰CoACoA）废物废物代谢（代谢（metabolismmetabolism）排出体外排出体外供生命体进行正常的生命活动供生命体进行正常的生命活动合成合成生命体

2、结构成分生命体结构成分 （多糖，蛋白质，脂肪）。（多糖，蛋白质，脂肪）。消耗能量消耗能量2生命体的结构生命体的结构成分成分（陈）（陈）分解分解释放能量释放能量产生原料物质产生原料物质 （单糖，氨基酸，（单糖，氨基酸，乙酰乙酰CoACoA）废物废物排出体外排出体外供生命体进行正常的生命活动供生命体进行正常的生命活动合成合成生命体生命体新的新的结构成分结构成分 （多糖，蛋白质，脂肪）。（多糖，蛋白质，脂肪）。消耗能量消耗能量3新陈代谢：新陈代谢：物质的合成与分解并与环境的相互联系。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（人与环境的物质交换（人6060年：年：60000Kg60000K

3、g水，水，10000Kg10000Kg糖糖类，类，600Kg600Kg蛋白质，蛋白质，1000Kg1000Kg脂类）。脂类）。4目目 录录本章主要内容二、物质代谢调节二、物质代谢调节1.1.细胞水平细胞水平的调节（酶的调节）的调节（酶的调节）2.2.激素水平的调节（体液调节）激素水平的调节（体液调节）3.3.整体水平整体水平的代谢调节（神经体液调节）的代谢调节（神经体液调节）一、物质代谢的特点与一、物质代谢的特点与相互联系相互联系 5目目 录录物质代谢的特点物质代谢的特点Characteristics of MetabolismCharacteristics of Metabolism第一节第

4、一节6目目 录录1.1.整体性整体性 2.2.调节性调节性 物质代谢的特点 3.3.特色性特色性4.4.代谢池代谢池 5.5.能量形式能量形式 6.6.还原当量还原当量 ATPATP NADPHNADPH 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 各组织、器官结构不同，各组织、器官结构不同，酶系的种类、含量不同酶系的种类、含量不同,-代谢途径及功能各不相同。代谢途径及功能各不相同。体内各种物质代谢体内各种物质代谢均受控于机体的精细调节，均受控于机体的精细调节，代谢的代谢的强度强度、速度速度、方向方向不断的适应内外环境的变化。不断的适应内外环境的变化。7目目 录录一、体内

5、各种物质代谢彼此互相联系一、体内各种物质代谢彼此互相联系构成统一的整体构成统一的整体n体内各种物质包括糖、脂、蛋白质、水、无机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，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。转变，或相互依存，构成统一的整体。8目目 录录 糖类糖类 脂类脂类蛋白质蛋白质水水 无机盐无机盐维生素维生素 消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄9目目 录录机体有精细的调节机体有精细的调节机制，调节代谢的机制，调节代谢的强度、

6、方向和速度强度、方向和速度内外环境内外环境不断变化不断变化影响机体代谢影响机体代谢适应环境适应环境的变化的变化二、机体存在精细的物质代谢调节机制二、机体存在精细的物质代谢调节机制n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。10目目 录录三、各组织、器官物质代谢各具特色三、各组织、器官物质代谢各具特色结构不同结构不同酶系的种类、酶系的种类、含量不同含量不同不同的组不同的组织、器官织、器官代谢途径不同、代谢途径不同、功能各异功能各异11目目 录录(一一)、肝是机体物质代谢的枢纽、肝是机体物质代谢的枢纽n肝几乎是体内合成肝几乎是体内合成尿素尿素、酮体酮体

7、的唯一器官，也的唯一器官，也是合成内源性脂肪、胆固醇、蛋白质等最多、是合成内源性脂肪、胆固醇、蛋白质等最多、最活跃的器官。最活跃的器官。n肝在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中肝在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。均具有独特而重要的作用。12目目 录录合成、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：例：例：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。13酮体酮体乳酸乳酸 游离脂酸游离脂酸葡萄糖葡萄糖(二二)、心可利用多种能源物质，并以有、心

8、可利用多种能源物质，并以有 氧氧化为主氧氧化为主正常优先以脂酸为燃料产生正常优先以脂酸为燃料产生ATPATP。可依次以消耗自由脂酸、。可依次以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供能量。葡萄糖、酮体等能源物质提供能量。14目目 录录 (三三)、脑耗氧量大并以葡萄糖为供能物质、脑耗氧量大并以葡萄糖为供能物质n脑是机体耗能大的主要器官，耗脑是机体耗能大的主要器官，耗O O2 2量占全身耗量占全身耗O O2 2的的20%20%25%25%。n几乎以葡萄糖为唯一供能物质。每几乎以葡萄糖为唯一供能物质。每天耗用葡萄糖约天耗用葡萄糖约100g100g。由于脑组织。由于脑组织无糖原储存，无糖原储存，其耗用

9、的葡萄糖主要其耗用的葡萄糖主要由血糖供应。由血糖供应。n血糖供应不足时，主要利用由肝生血糖供应不足时，主要利用由肝生成的成的酮体酮体作为能源。作为能源。15目目 录录四、肌肉通常以氧化脂酸为主且在四、肌肉通常以氧化脂酸为主且在剧烈运动时产生乳酸剧烈运动时产生乳酸n肌肉组织通常以氧化脂酸为主，在剧烈运肌肉组织通常以氧化脂酸为主，在剧烈运动时则以糖的动时则以糖的无氧酵解产生乳酸无氧酵解产生乳酸为主。为主。n由于肌肉缺乏葡萄糖由于肌肉缺乏葡萄糖-6-6-磷酸酶，因此肌磷酸酶，因此肌糖原不能直接分解成葡萄糖提供血糖。糖原不能直接分解成葡萄糖提供血糖。16目目 录录五、红细胞代谢以糖酵解为主五、红细胞代

10、谢以糖酵解为主 n红细胞能量主要来自红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解葡萄糖的酵解途径。途径。n由于红细胞没有线粒体，因此不能进行糖的有氧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，氧化，也不能利用脂酸及其它非糖物质，17目目 录录 六、脂肪组织是合成及储存脂肪的六、脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织重要组织n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。n脂肪细胞还含有动员脂肪的激素敏感脂肪细胞还含有动员脂肪的激素敏感甘油三酯脂甘油三酯脂肪酶肪酶，能使储存的脂肪分解成，能使储存的脂肪分解成脂酸脂酸和和甘油甘油释入血释入血循环以供机体其它

11、组织能源的需要。循环以供机体其它组织能源的需要。18目目 录录七、肾也可进行糖异生和生成酮体七、肾也可进行糖异生和生成酮体n肾可进行肾可进行糖异生糖异生、生成、生成酮酮体体，它是除肝外唯一可进，它是除肝外唯一可进行此两种代谢的器官。行此两种代谢的器官。n肾髓质因无线粒体，主要肾髓质因无线粒体，主要由糖酵解供能，而肾皮质由糖酵解供能，而肾皮质则主要由则主要由脂酸脂酸及及酮体酮体的有的有氧氧化供能。氧氧化供能。19目目 录录器官器官组织组织特有的酶特有的酶功能功能主要代谢途径主要代谢途径主要供能物主要供能物质质代谢和输代谢和输出的产物出的产物肝肝葡萄糖激酶，葡葡萄糖激酶，葡萄糖萄糖-6-6-磷酸酶

12、，磷酸酶，甘油激酶，磷酸甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧烯醇式丙酮酸羧激酶激酶代谢枢纽代谢枢纽糖异生，脂酸糖异生，脂酸-氧化，糖有氧化，糖有氧氧化，糖原氧氧化，糖原代谢，酮体生代谢，酮体生成等成等葡萄糖，脂葡萄糖，脂酸，乳酸，酸，乳酸，甘油，氨基甘油，氨基酸酸葡萄糖，葡萄糖，VLDLVLDL，HDLHDL，酮，酮体等体等脑脑神经中枢神经中枢糖有氧氧化，糖有氧氧化，糖酵解，氨基糖酵解，氨基酸代谢酸代谢葡萄糖，脂葡萄糖，脂酸，酮体，酸，酮体，氨基酸等氨基酸等乳酸，乳酸，COCO2 2,H H2 2O O心心脂蛋白脂酶，呼脂蛋白脂酶，呼吸链丰富吸链丰富泵出血液泵出血液有氧氧化有氧氧化脂酸，葡萄脂酸，葡萄

13、糖，酮体，糖，酮体，VLDLVLDLCOCO2 2，H H2 2O O脂肪脂肪组织组织脂蛋白脂酶，激脂蛋白脂酶，激素敏感脂肪酶素敏感脂肪酶储存及动储存及动员脂肪员脂肪酯化脂酸，脂酯化脂酸，脂解解VLDLVLDL，CMCM游离脂酸，游离脂酸，甘油甘油骨骼骨骼肌肌脂蛋白脂酶，呼脂蛋白脂酶，呼吸链丰富吸链丰富收缩收缩有氧氧化，糖有氧氧化，糖酵解酵解 脂酸，葡萄脂酸，葡萄糖，酮体糖，酮体乳酸，乳酸，COCO2 2，H H2 2O O肾肾甘油激酶，磷酸甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧烯醇式丙酮酸羧激酶激酶排泄尿液排泄尿液糖异生，糖酵糖异生，糖酵解，酮体生成解，酮体生成脂酸，葡萄脂酸，葡萄糖，乳酸，糖，乳酸，

14、甘油甘油葡萄糖葡萄糖红细红细胞胞无线粒体无线粒体运输氧运输氧糖酵解糖酵解葡萄糖葡萄糖乳酸乳酸重重要要器器官官及及组组织织氧氧化化供供能能的的特特点点 20目目 录录四、各种物质代谢的代谢物均具有四、各种物质代谢的代谢物均具有共同的代谢池共同的代谢池例如：例如：各各种种组组织织 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解糖异生糖异生血血糖糖代代谢谢池池21目目 录录五、五、ATPATP是机体储存能量及消耗能量是机体储存能量及消耗能量的共同形式的共同形式营养物营养物分分 解解释放释放能量能量ADP+PiATP直直接接供供能能22目目 录录六、六、NADPHNADPH是合成代谢所需的还原当量是合

15、成代谢所需的还原当量例如：例如：乙酰乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径23目目 录录物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系Interrelationships among Metabolic Interrelationships among Metabolic Pathways of Carbohydrates,Lipids,Pathways of Carbohydrates,Lipids,and Proteinsand Proteins第二节第二节24目目 录录一、在能量代谢上的相互联系一、在能量代谢上的相互联系共同中间代谢物：共同中间代谢物：乙酰辅酶乙

16、酰辅酶A A共同最后分解途径：共同最后分解途径：三羧酸循环三羧酸循环 共同能量形式：共同能量形式：ATP ATP 乙酰乙酰 CoACoAATPATPTACTAC 糖糖脂肪脂肪蛋白蛋白呼吸链呼吸链互相代替，互相制约。互相代替，互相制约。一种供能物质代谢占优势，一种供能物质代谢占优势，抑制或节约其他。抑制或节约其他。25目目 录录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占优势，常能抑制和节约其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。他物质的降解。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

17、之一）（糖分解代谢限速酶之一）例如：例如：26 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 蛋白质分解明显降低蛋白质分解明显降低 以脂酸、酮体分解供能以脂酸、酮体分解供能为主。为主。1 2 1 2 天天3 4 3 4 周周正常情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。正常情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。27目目 录录二、糖、脂和蛋白质代谢通过共同二、糖、脂和蛋白质代谢通过共同中间产物相互联系中间产物相互联系n体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此独体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此独立，而是相互关联的。立

18、，而是相互关联的。n它们通过它们通过共同的中间代谢物共同的中间代谢物，三羧酸循环三羧酸循环和和生物生物氧化氧化等联成整体。等联成整体。n三者之间可以互相转变，当一种物质代谢障碍时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。可引起其它物质代谢的紊乱。28目目 录录（一）糖在体内可转变为脂（一）糖在体内可转变为脂而脂酸不能转变为糖而脂酸不能转变为糖n当摄入的糖量超过体内能当摄入的糖量超过体内能量消耗时，糖可以转变为量消耗时，糖可以转变为脂肪。脂肪。葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoACoA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

19、丙酮磷酸二羟丙酮29E1:己糖激酶己糖激酶 E2:6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3:丙酮酸激酶丙酮酸激酶 葡萄糖的氧化分解葡萄糖的氧化分解葡萄糖葡萄糖G-6-PG-6-PF-6-PF-6-PF-1,6-2PF-1,6-2PATP ATP ADP ADP ATPATPADPADP1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NADNAD+NADH+H NADH+H+ADP ADP ATP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E2E2E1E1NADNAD+乳乳 酸酸 丙丙 酮

20、酮 酸酸 ADP ADP ATPATPE3E3NADH+HNADH+H+乙酰乙酰CoACoANADH+HNADH+H+NADNAD+三羧酸三羧酸30乙酰乙酰 CoACoA甘油三酯甘油三酯(脂肪脂肪)3 3磷酸甘油磷酸甘油 +脂肪酸脂肪酸葡萄糖葡萄糖 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙酮酸丙酮酸31目目 录录脂酸脂酸乙酰乙酰CoACoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪葡葡萄萄糖糖n脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。糖异生糖异生肝、肾、肠肝、肾、肠甘油甘油32葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA脂肪脂肪草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸甘油甘油脂酸脂酸

21、6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 3 3磷酸甘油磷酸甘油33目目 录录饥饿、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n脂肪分解代谢的强度及顺利进行，还有赖于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。糖代谢的正常进行。34目目 录录例如：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（二）绝大多数氨基酸的碳链骨架在体内可（二）绝大多数氨基酸的

22、碳链骨架在体内可与糖相互转变与糖相互转变 n2020种氨基酸除亮氨酸及赖氨酸外均可转变为糖。种氨基酸除亮氨酸及赖氨酸外均可转变为糖。35葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA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6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA酮体酮体36目目 录录糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoACoA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n糖代谢中间代谢物能在体内转变成非必需氨基酸。糖代谢中间代谢物能在体内转变成非必需氨基酸。例如

23、：例如：37葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA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6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 38目目 录录氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪（三）蛋白质（三）蛋白质/氨基酸可转变为脂肪而脂类氨基酸可转变为脂肪而脂类不能转变为氨基酸不能转变为氨基酸/蛋白质蛋白质n蛋白质可转变为脂肪。蛋白质可转变为脂肪。39葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA脂肪脂肪草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸甘油甘油脂酸脂酸6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二

24、羟丙酮 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 3 3磷酸甘油磷酸甘油乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA酮体酮体40目目 录录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n氨基酸也可作为合成磷脂的原料氨基酸也可作为合成磷脂的原料 。41目目 录录脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮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n脂肪只有甘油部分可转变为非必需氨基酸。脂肪只有甘油部分可转变为非必需氨基酸。42目目 录录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

25、嘧啶（四）氨基酸是合成核酸的重要原料（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。合成核苷酸所需的磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供。43目目 录录 （二）绝大多数氨基酸可异生为糖（二）绝大多数氨基酸可异生为糖 而而糖只能转变为非必需氨基酸糖只能转变为非必需氨基酸（一）糖在体内可转变为脂（一）糖在体内可转变为脂而而脂肪酸不能转变为糖脂肪酸不能转变为糖 （三）蛋白质（三）蛋白质/氨基酸可转变为脂肪氨基酸可转变为脂肪 而而脂肪酸不能转变为氨基酸脂肪酸不能转变为氨基酸/蛋白质蛋白质（四）（四）磷酸核糖磷酸核糖由由磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径提供提供 碱基碱基合成合成原料原料主要来

26、自主要来自氨基酸氨基酸44葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA脂肪脂肪草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸甘油甘油脂酸脂酸6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 3 3磷酸甘油磷酸甘油乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA酮体酮体45葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA脂肪脂肪草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸甘油甘油脂酸脂酸6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 3 3磷酸甘油磷

27、酸甘油乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA酮体酮体谷氨酸谷氨酸46目目 录录代谢调节方式代谢调节方式Regulations of MetabolismRegulations of Metabolism第二节第二节47目目 录录主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶的活性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，这种调节称为及含量进行调节，这种调节称为原始调节原始调节或或细胞水平细胞水平代谢调节代谢调节。单细胞生物单细胞生物代谢调节分为三级水平调节代谢调节分为三级水平调节n代谢调节普遍存在于生物界，是生物体的重要特征。代谢调节普遍存在于生物界，是生物体的重要特征。n进化程度愈高的生物其代谢

28、调节方式亦愈复杂。进化程度愈高的生物其代谢调节方式亦愈复杂。48目目 录录高等生物高等生物 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高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的的内分泌细胞内分泌细胞及及内分泌器官内分泌器官，其，其分泌的激素分泌的激素可对其它可对其它细胞发挥代谢调节作用。细胞发挥代谢调节作用。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，或通过的控制下，或通过神经纤维神经纤维及及神经递质神经递质对对靶细胞直接靶细胞直接发生影响，或通过发生影响，或通过某些激素的某

29、些激素的分泌分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素各种激素的互相协调的互相协调而对机体代谢进行而对机体代谢进行综合调节综合调节。49目目 录录n细胞水平代谢调节、激素水平代谢调节及整体细胞水平代谢调节、激素水平代谢调节及整体水平代谢的调节统称为水平代谢的调节统称为三级水平代谢调节三级水平代谢调节。n在代谢调节的三级水平中，在代谢调节的三级水平中，细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节是基础是基础，激素及神经对代谢的调节都是通过细，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。胞水平的代谢调节实现的。50目目 录录目目 录录（一）细胞内酶的隔离分布（

30、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，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分布于细胞的某一区域 。线粒体线粒体:三羧酸循环三羧酸循环;脂肪脂肪酸酸-氧化氧化;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:糖酵解糖酵解;磷酸磷酸戊糖途径戊糖途径;糖原合成糖原合成;脂肪酸合成脂肪酸合成;细胞核细胞核:DNADNA合成合成内质网内质网:蛋白质蛋白质合成合成;磷脂合成磷脂合成一、细胞水平的调节主要是对酶活性的调节一、细胞水平的调节主要是对酶活性的调节52多酶体系多酶体系分布分布多酶体系多酶体系(多功能酶多功能酶)分布分布DNADNA及及RNARNA合成合成细

31、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，胞液戊糖磷酸途戊糖磷酸途径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酸合成脂酸合成胞液胞液脂酸脂酸 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三羧酸循环三羧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，线粒体呼吸链呼吸链线粒体线粒体主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布 53目目 录录细胞内酶的隔离分布，可以避免细胞内酶

32、的隔离分布，可以避免各种代谢途径间的相互干扰。各种代谢途径间的相互干扰。乙酰乙酰CoACoA脂肪酸合脂肪酸合成酶系成酶系 脂肪酸脂肪酸 无意义循环无意义循环ATPATP脂酰脂酰CoACoA-O-O乙酰乙酰CoACoA线粒体线粒体胞液胞液有氧氧化有氧氧化糖不足糖不足糖充足糖充足 G54目目 录录n代谢途径是代谢途径是一系列酶催化一系列酶催化的化学反应，它的反应的化学反应，它的反应速度和方向速度和方向由这条途径中由这条途径中其中一个或几个其中一个或几个具有具有调调节作用的酶节作用的酶的活性所决定的。这些酶称为的活性所决定的。这些酶称为关键酶关键酶 (限速酶限速酶)n调节某些调节某些关键酶活性关键酶

33、活性是细胞代谢调节的一种重要是细胞代谢调节的一种重要方式。方式。（二）关键酶的活性调节（二）关键酶的活性调节55目目 录录 它催化的反应速度最慢，因此称它催化的反应速度最慢，因此称为限速酶为限速酶(limiting velocity enzymes)(limiting velocity enzymes)，它的活性决，它的活性决定整个代谢途径的速度；定整个代谢途径的速度；这类酶催化这类酶催化单向反应单向反应，或非平衡反应，因，或非平衡反应，因此它的活性决定整个代谢途径的方向；此它的活性决定整个代谢途径的方向；这类酶活性除受这类酶活性除受底物底物控制外，还受控制外，还受多种代多种代谢物谢物或或效应

34、剂效应剂的调节。的调节。关键酶所催化的反应具有下述特点：关键酶所催化的反应具有下述特点：56代谢途径代谢途径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6-6-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1,61,6二磷酸果糖酶二磷酸果糖酶1 1葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶脂酸合成脂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HMGH

35、MG辅酶辅酶A A还原酶还原酶某某些些重重要要代代谢谢途途径径的的关关键键酶酶 57目目 录录 快速调节快速调节 迟缓调节迟缓调节数秒、数分钟数秒、数分钟通过通过改变酶的活性改变酶的活性数小时、几天数小时、几天通过通过改变酶的含量改变酶的含量 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。58目目 录录1.1.变构调节的概念变构调节的概念 2.2.变构调节的机制变构调节的机制 3.3.变构调节的生理意义变构调节的生理意

36、义 (1)(1)关键酶的变构调节关键酶的变构调节59目目 录录小分子化合物与酶分子小分子化合物与酶分子活性中心以外活性中心以外的的某一部位特异结合，引起酶蛋白某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变分子构象变化化，从而，从而改变酶的活性改变酶的活性，这种调节称为酶的，这种调节称为酶的变构调节变构调节。酶的变构调节酶的变构调节1.1.变构调节的概念变构调节的概念60目目 录录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(allosteric enzyme)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 (alloste

37、ric effectorallosteric effector)。变构激活剂变构激活剂 allosteric effectorallosteric effector 引起酶引起酶活性活性增加增加的变构效应剂。的变构效应剂。变构抑制剂变构抑制剂 allosteric effectorallosteric effector 引起酶引起酶活性活性降低降低的变构效应剂。的变构效应剂。61目目 录录n变构效应剂可以是酶的变构效应剂可以是酶的底物底物，也可是代谢的，也可是代谢的终产物终产物，或其它，或其它小分子代谢物小分子代谢物。n它们在细胞内浓度的改变能灵敏地反映代谢它们在细胞内浓度的改变能灵敏地反映代

38、谢途径的途径的强度强度和和能量供求能量供求情况，使情况，使关键酶构象关键酶构象改变改变影响影响酶活性酶活性，从而调节代谢的，从而调节代谢的强度强度、方方向向以及以及细胞能量细胞能量的供求平衡。的供求平衡。62代谢途径代谢途径变构酶变构酶变构激活剂变构激活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AMPAMP、ADPADP、FDPFDP、Pi PiG-6-PG-6-P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1FDPFDP柠檬酸柠檬酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATPATP，乙酰，乙酰CoACoA三羧酸循环三羧酸循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶AMPAMPATPATP，长链脂酰，长链脂酰CoACoA异柠檬酸脱氢酶异

39、柠檬酸脱氢酶AMPAMP，ADPADPATPATP糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶乙酰乙酰CoACoA，ATPATPAMPAMP糖原分解糖原分解磷酸化酶磷酸化酶b bAMPAMP，G-1-PG-1-P，Pi PiATPATP，G-6-PG-6-P脂酸合成脂酸合成乙酰辅酶乙酰辅酶A 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CoACoA氨基酸代谢氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶ADPADP，亮氨酸，蛋氨酸，亮氨酸，蛋氨酸GTPGTP，ATPATP，NADHNADH嘌呤合成嘌呤合成谷氨酰胺谷氨酰胺PRPPPRPP酰胺酰胺转移酶转移酶AMPAMP，GMPGMP嘧啶合成嘧啶合

40、成天冬氨酸转甲酰酶天冬氨酸转甲酰酶CTPCTP，UTPUTP核酸合成核酸合成脱氧胸苷激酶脱氧胸苷激酶dCTPdCTP，dATPdATPdTTPdTTP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 63目目 录录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2.2.变构调节的机制变构调节的机制64目目 录录3.3.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 inhibi

41、tion)(feedback inhibition)反应途径中起始反应的酶，使代谢物不致生反应途径中起始反应的酶，使代谢物不致生成过多。成过多。乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoA长链脂酰长链脂酰CoA65目目 录录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 变构调节还可使变构调节还可使能量能量得以得以有效利用有效利用，不致浪费。，不致浪费。66目目 录录柠檬酸柠檬酸+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 变构调节还可使不同代谢途

42、径变构调节还可使不同代谢途径相互协调。相互协调。67变构调节的特点：变构调节的特点：酶活性的改变通过酶酶活性的改变通过酶分子构象分子构象的改变而实现；的改变而实现；酶的构象变化仅涉及酶的构象变化仅涉及非共价键非共价键的变化；的变化；变构效应剂是酶的变构效应剂是酶的底物底物，产物产物或或小分子中间代谢小分子中间代谢物物；不消耗不消耗能量；能量；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68目目 录录（2 2）关键酶的活性可由酶的化学修饰调节）关键酶的活性可由酶的化学修饰调节1 1酶的酶的化学修饰的概念化学修饰的概念n酶蛋白肽链上某些残基在酶蛋白肽链上某些残基在其它酶

43、其它酶的催化下发生的催化下发生可逆可逆的共价修饰的共价修饰(covalent modification)(covalent modification)，从而引起，从而引起酶酶活性改变活性改变，这种调节称为，这种调节称为酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节 。69目目 录录磷酸化磷酸化 -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 SH 与与 S S S S 互变互变n酶的化学修饰主要有：酶的化学修饰主要有：70目目 录录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 ATPA

44、DP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71目目 录录72目目 录录 绝大多数属于这类调节方式的酶都具绝大多数属于这类调节方式的酶都具无活性（或低活性）无活性（或低活性）和和有活性（或高活性）有活性（或高活性）两种形式。它们之间在两种形式。它们之间在两种不两种不同酶的催化同酶的催化下发生下发生共价修饰共价修饰，可以互相转变。，可以互相转变。与变构调节不同，化学修饰是由与变构调节不同，化学修饰是由酶催化酶催化的反应，且的反应，且参与参与修饰的酶修饰的酶又常常受又常常受其他酶其他酶或或激素激素的影响，故化学修饰的影响，故化学修饰有有级联放大效应级联放大效应

45、。2.2.酶的酶的化学修饰的特点化学修饰的特点73级级联联放放大大效效应应74目目 录录 磷酸化磷酸化与与脱磷酸脱磷酸是最常见的酶的化学修饰调节。是最常见的酶的化学修饰调节。化学修饰调节往往由一组化学修饰调节往往由一组级联反应级联反应组成，组成，作用迅速作用迅速，又有，又有放大放大效应效应。另外，化学修饰调节消耗的能量比合成酶蛋白少得多。另外，化学修饰调节消耗的能量比合成酶蛋白少得多。因此，化学修饰调节是因此，化学修饰调节是经济快速高效经济快速高效的酶活性调节方式。的酶活性调节方式。75目目 录录3 3变构调节与化学修饰调节协同变构调节与化学修饰调节协同n别构调节别构调节与与化学修饰调节化学修

46、饰调节是调节酶活性的两种是调节酶活性的两种不同方式，而对不同方式，而对某一具体酶某一具体酶而言，它可而言，它可同时受同时受这两种方式的调节这两种方式的调节，两者相辅相成，对细胞水，两者相辅相成，对细胞水平代谢调节的顺利进行具有重要意义。平代谢调节的顺利进行具有重要意义。76目目 录录1 1诱导或阻遏酶蛋白的合成诱导或阻遏酶蛋白的合成可改变酶含量可改变酶含量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)（三）酶含量的调节（三）酶含量的调节n酶的底物、产

47、物、激素或药物均可影响酶的合成。酶的底物、产物、激素或药物均可影响酶的合成。77目目 录录 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作用普遍存在于生物界；对酶合成的诱导和阻遏作用普遍存在于生物界；代谢反应的产物代谢反应的产物不仅可变构抑制关键酶，而且有时还不仅可变构抑制关键酶，而且有时还可阻遏这些酶的合成；可阻遏这些酶的合成；激素激素对酶表达的诱导很常见；对酶表达的诱导很常见；很多药物和毒物很多药物和毒物对酶的诱导合成；对酶的诱导合成；78目目 录录2 2改变酶蛋白分子降解速度改变酶蛋白分子降解速度也能调节细胞酶含量也能调节细胞酶含量n细胞内蛋白质的降解有两条主

48、要途径：细胞内蛋白质的降解有两条主要途径：存在于溶酶体（存在于溶酶体（lysosomelysosome）的）的ATP-ATP-非依赖途径；非依赖途径；存在于蛋白酶体（存在于蛋白酶体（proteosomeproteosome）的依赖）的依赖ATPATP的泛素途的泛素途径径n凡能改变或影响这两种蛋白质凡能改变或影响这两种蛋白质降解机制降解机制的因素，的因素，都可间接影响酶蛋白的都可间接影响酶蛋白的降解速度降解速度，进而影响，进而影响代谢代谢途径。途径。79目目 录录 合成（主要）合成（主要）降解（次要）降解（次要）诱导诱导 阻遏阻遏溶酶体溶酶体蛋白酶体蛋白酶体 底物底物产物产物 (多多)激素激素药

49、物药物蛋白蛋白酶体酶体蛋白蛋白水解酶水解酶酶量的调节酶量的调节 酶酶 降解降解识别待降解蛋白识别待降解蛋白 降解降解PrPr (泛素化）泛素化）泛素泛素-80目目 录录内、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上的受体受体结合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二、激素水平的调节代谢二、激素水平的调节代谢n激素作用机制：激素作用机制：81目目 录录激素激素受体受体在细胞的部位不同在细胞的部位不同（一）膜受体激素（一）膜受体激素（二）胞内受体激素（二）胞内受体激素膜受体膜受体蛋白质类、肽类、儿茶酚胺

50、类蛋白质类、肽类、儿茶酚胺类难以越过脂质双层膜难以越过脂质双层膜-与膜受体结合与膜受体结合通过第二信使发挥作用通过第二信使发挥作用类固醇类、甲状腺素、视黄酸等类固醇类、甲状腺素、视黄酸等可越过脂质双层的膜可越过脂质双层的膜-与胞内受体结合与胞内受体结合激素激素-受体复合物受体复合物-DNA-DNA激素反应元激素反应元件件82目目 录录化学修饰调节化学修饰调节 膜受体膜受体 激素激素胞内受胞内受体激素体激素第二信使第二信使E E酶合成酶合成调节调节细胞膜细胞膜细胞核细胞核膜受体膜受体HREHRE胞内受体胞内受体83目目 录录（一）膜受体激素（一）膜受体激素84目目 录录（二）胞内受体激素（二）胞