物质代谢的特点和调节要求课件.ppt

1、物质代谢的特点和调节要求1.1.物质代谢的特点物质代谢的特点2.2.物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系w在能量代谢上的相互联系在能量代谢上的相互联系w糖、脂和蛋白质之间的相互联系糖、脂和蛋白质之间的相互联系3.3.组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系4.4.代谢调节代谢调节w细胞水平的代谢调节细胞水平的代谢调节w激素水平的代谢调节激素水平的代谢调节w整体水平的代谢调节整体水平的代谢调节主要内容主要内容 第第 一一 节节物质代谢的特点物质代谢的特点The Specialty of Metabolism整体性整体性代谢调节代谢调节具有组织器官特异性具有组织器官特异性具有各自共有的

2、代谢池（动态平衡）具有各自共有的代谢池（动态平衡）ATPATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式NADPHNADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量一、整体性一、整体性 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*各种物质代谢之间互有联系，相互依存。各种物质代谢之间互有联系，相互依存。消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄二、代谢调节二、代谢调节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、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三、具有组织器

3、官特异性三、具有组织器官特异性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、功能各异功能各异血血糖糖食物糖食物糖 消化，消化，吸收吸收 肝糖原肝糖原 分解分解 非糖物质非糖物质 糖异生糖异生 氧化氧化分解分解 CO2+H2O 糖原合成糖原合成 肝（肌）糖原肝（肌）糖原 磷酸戊糖途径等磷酸戊糖途径等 其它糖其它糖 脂类、氨基酸合成代谢脂类、氨基酸合成代谢 脂肪、氨基酸脂肪、氨基酸 例如例如四、具有各自共有的代谢池四、具有各自共有的代谢池氨基酸氨基酸代谢库代谢库食物蛋白质食物蛋白质消化吸收消化吸收 组织组织蛋白质蛋白质分解分解

4、体内合成氨基酸体内合成氨基酸(非必需氨基酸非必需氨基酸)氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况脱氨基作用脱氨基作用 营养非必需营养非必需AA糖、脂糖、脂氧化供能氧化供能胺胺 类类脱羧基作用脱羧基作用-酮酸酮酸 氨氨 尿素尿素代谢转变代谢转变其它含氮化合物其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等)合成合成 目目 录录胆固醇胆固醇体内合成体内合成（乙酰（乙酰CoA）食物食物排出体外排出体外胆汁酸胆汁酸胆盐胆盐7-脱氢脱氢胆固醇胆固醇Vit D3肝肝雄激素雄激素孕酮、雌激素孕酮、雌激素肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素睾丸睾丸卵巢卵巢肾上腺肾上腺 皮质皮质随随胆胆汁汁经经过过肠肠道道皮肤皮肤五、五、ATPATP是机

5、体能量利用的共同形式是机体能量利用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直直接接供供能能六、六、NADPHNADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量乙酰乙酰CoACoANADPH+H+脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径第第 二二 节节物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系Metabolic Interrelationshipsw 在能量代谢上的相互联系在能量代谢上的相互联系w 糖、脂和蛋白质之间的相互联系糖、脂和蛋白质之间的相互联系 Definition Location Pathway The rate-limiting enzymes

6、(coenzymes)Regulation Functions Calculate the energy yield Learning objectives:E E1 1:己糖激酶己糖激酶 E2:6-E2:6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 -1 E3:E3:丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+乳乳 酸酸 糖酵解的代谢途径糖酵解的代谢途径F-6-P丙丙 酮酮 酸酸 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-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 ADP ADP ATPATP 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 NAD+NADH+H+E2E1E3E3NADH+H+AT

7、PADP ADP ATPGluG-6-PATP ADP ATPF-1,6-2PATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 H H2 2O OPiPi：1.糖酵解途径 2.丙酮酸的氧化脱羧 3.三羧酸循环葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+FADH2H2O O ATP ADP TAC cycle 胞液线粒体有氧氧化的反应过程 4.氧化磷酸化丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧(Pyruvate is oxidatively decarboxylated)丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA(acetyl CoA)。丙酮酸 乙酰CoA NAD+,HSCoA CO2,NADH+H

8、+丙酮酸脱氢酶复合体 CoASHNADH+H+NAD+NAD+NADH+H+FADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶目目 录录TACTAC小结小结 概念概念 反应部位反应部位：线粒体线粒体关键酶关键酶：柠檬酸合酶柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 整个循环反应为整个循环反应为不可逆反应不可逆反应三羧酸循

9、环的要点三羧酸循环的要点n经经四次脱氢四次脱氢，二次脱羧二次脱羧，一次底物水平磷酸化一次底物水平磷酸化。n生成生成1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+，2分子分子CO2，1分子分子GTP。n一次一次TAC,生成生成10分子的分子的ATP TAC的本质的本质：乙酰基分解为：乙酰基分解为CO2，生成大量生成大量H。中间产物仅是催化剂。中间产物仅是催化剂。草酰乙酸也来自于葡萄糖草酰乙酸也来自于葡萄糖。因此，糖的不足，。因此，糖的不足，TAC会受到会受到影响。影响。生理意义生理意义 n是三大营养物质氧化分解的是三大营养物质氧化分解的共同途径共同途径,为呼吸链为呼吸链提供提供H+e，生成大量能

10、量；，生成大量能量；n是三大营养物质是三大营养物质代谢枢纽代谢枢纽,为其它物质代谢提供为其它物质代谢提供小分子前体。小分子前体。磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径第第二二阶阶段段 26-磷酸果糖磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 C3第第一一阶阶段段 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(C6)3 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)3 3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖脱氢酶脱氢酶 3NADP+3H+3CO23NADP+UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶糖原合酶 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 糖原糖原n Pi

11、 磷酸化酶磷酸化酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝）磷酸酶（肝）糖原糖原n 小小 结结部位：胞浆部位：胞浆 乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸PEP1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖6-磷酸果糖磷酸果糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮甘油甘油氨基酸氨基酸-2ATP能量的消耗能量的消耗？速度相等速度相等？草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸-ATP 饥饿饥饿血血G脂肪动员脂肪动员FA分解分解 -H2、+H2O、-H2、硫解、硫解 ATP补补充充能能量量肉碱脂酰肉碱脂酰转移酶转移酶 乙酰乙酰CoA肾上腺素、肾上腺素、胰高血糖素等胰高

12、血糖素等脂解激素脂解激素 -氧化氧化线粒体内线粒体内限速酶限速酶肉碱肉碱概念概念限速酶限速酶H S L载体载体 饱食饱食血血G、CM 缩、加、脱、加缩、加、脱、加 胰胰 岛岛 素素脂抑激素脂抑激素 主要组织主要组织 载载 体体 基本过程基本过程 A C P 限速酶限速酶乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶 细胞定位细胞定位16 ：0Gn、FA合成合成肠、肝、脂肪组织肠、肝、脂肪组织 原原 料料 乙酰乙酰CoA 合成产物合成产物 胞胞 液液TG储存储存脂肪酸合成与氧化分解的比较脂肪酸合成与氧化分解的比较:细胞质细胞质线粒体线粒体ACP-SHCOA-SH丙二酰单酰丙二酰单酰COA乙酰乙酰COANADP

13、HFAD、NAD+七种酶和一个蛋白质组成七种酶和一个蛋白质组成复合物复合物四种酶四种酶肉碱穿梭系统肉碱穿梭系统柠檬酸转运系统柠檬酸转运系统D-型型L-型型要求要求不要求不要求消耗消耗7个个ATP和和14NADPH产生产生106个个ATP组成组成血浆脂蛋白血浆脂蛋白蛋白质：蛋白质：载脂蛋白载脂蛋白脂脂 类：类：甘油三脂甘油三脂磷磷 脂脂胆固醇胆固醇胆固醇酯胆固醇酯血浆脂蛋白的分类、合成部位、功能和组成特点血浆脂蛋白的分类、合成部位、功能和组成特点 CM VLDL IDL LDL HDL蛋白质 12 10 18 25 50 脂肪 8485 50 30 5 3胆固醇脂 4 14 22 40 17磷脂

14、 8 18 22 21 27 Apo A C B48 C B100 E B100 A A B100合成部位 小肠粘膜 肝细胞 血浆、肝 肝、小肠 肝细胞功能 转运外源 转运内源 转运内源 转运内源 逆向转运 甘油三脂 甘油三脂 胆固醇 胆固醇酯 胆固醇胆固醇 2 8 8 9 3血浆脂蛋白的组成、性质及功能血浆脂蛋白的组成、性质及功能糖糖脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 三大营养物三大营养物乙酰乙酰CoACoA共同中共同中间产物间产物TACTAC2H 2H+2 e 2 e+呼吸链呼吸链ATPCoACoA共同最终共同最终代谢通路代谢通路一、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可在体内氧

15、化供能。三大营养素可在体内氧化供能。脂肪分解脂肪分解 ATP ATP/ADP 从能量供应的角度看，三大营养素可从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。以互相代替，并互相制约。任一供能物质的代谢占优势，常能抑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。制和节约其他物质的降解。糖分解糖分解 6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1（糖分解代谢限速酶之一）（糖分解代谢限速酶之一）例如例如（一）（一）（一）（一）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

16、显降低1 2 天天3 4 周周一般情况下，供能以糖、脂为主，一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。并尽量节约蛋白质的消耗。（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系1.1.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?合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉）糖糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮脂脂肪肪脂肪酸脂肪酸-磷酸甘油磷酸甘油乙酰乙酰CoA，NADPH有有氧氧化氧氧化酵解酵解2.2.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脂脂肪肪甘油

17、甘油 甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸-甘油甘油缩合、加氢、缩合、加氢、脱水、加氢脱水、加氢丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA NAD+,HSCoA CO2,NADH+H+丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖脂酸脂酸活化活化转运转运氧化氧化(脱氢、加水、再脱氢、硫解）脱氢、加水、再脱氢、硫解）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脂肪动员脂肪动员酮体生成酮体生成TCA（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

18、 脱氨基脱氨基糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖1.1.大部分氨基酸（除大部分氨基酸（除leu,lys外）脱氨基后，外）脱氨基后，生成相应的生成相应的-酮酸，可转变为糖。酮酸，可转变为糖。2.2.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脂肪脂肪1.1.蛋白质可以转变为脂肪蛋白质可以转变为脂肪2.2.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（

19、三）脂类与氨基酸代谢的相互联系（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系N5,N10-四烯基四氢叶酸四烯基四氢叶酸甘氨酸甘氨酸胆胺与胆碱的合成胆胺与胆碱的合成甘油二酯合成途径甘油二酯合成途径 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3.3.脂肪脂肪 非必需氨基酸非必需氨基酸的甘油部分可转变为的甘油部分可转变为（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 1.1.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合成嘌呤合成嘌

20、呤 合成嘧啶合成嘧啶 2.2.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 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型胞的成分和代谢类型各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸。各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸。ATP是能量的是能量的“通货通货”UTP参与多糖的合成参与多糖的合成 CTP参与磷脂合成参与磷脂合成 GTP参与蛋白质合成参与蛋白质合成3.核酸与蛋白质、糖、脂的关系核酸与蛋白质、糖、脂的关系葡萄糖、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

21、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甘油甘油脂酸脂酸第三节第三节组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus肝 糖类糖类脂脂类类蛋白质蛋白质无机盐无机盐维生素维生素 合成、储存糖原合成、储存糖原 糖原分解为葡萄糖原分解为葡萄糖提供血糖糖提供血糖 糖异生糖异生 对维持血糖恒定起重要作用对维持血糖恒定起重要作用 糖

22、类糖类脂脂类类蛋白质蛋白质酮体酮体乳酸乳酸自由脂酸自由脂酸葡萄糖葡萄糖 以有氧氧化途径为主以有氧氧化途径为主心耗能大，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，葡萄糖供不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用应不足时，利用酮体酮体。脑 合成并储存合成并储存糖原糖原；肌糖原分解不能提供葡萄糖；肌糖原分解不能提供葡萄糖；通常以通常以脂酸脂酸氧化为主要供能方式；剧烈运动时，氧化为主要供能方式；剧烈运动时，以以糖酵解糖酵解为主。为主。肌肉能量主要来自糖酵解能量主要来自糖酵解红细胞合成、储存脂肪合成、储存脂肪 脂肪分解成脂酸、甘油，供脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用机

23、体其他组织利用脂肪组织肾 也可进行也可进行糖异生糖异生和生成和生成酮体酮体；肾髓质主要由糖酵解供能；肾肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。化供能。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 第四第四 节节代代 谢谢 调调 节节The Regulation of MetabolismThe Regulation of Metabolism 代谢调节普遍存在于生物界，是生物的代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。重要特征。主要通过细胞内主要通过细胞内代谢物浓代谢物浓度的变化度的变化，对酶的活性及含量，对酶的活性及含量进行调节，这

24、种调节称为进行调节，这种调节称为原始原始调节调节或或细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节。单细胞生物单细胞生物生物体内的代谢不是孤立，各行其是进行的，即相互联系生物体内的代谢不是孤立，各行其是进行的，即相互联系转化，协调一致，又互相限制与制约。体内代谢能保持这转化，协调一致，又互相限制与制约。体内代谢能保持这种动态的平衡，应归功于它的精确的调节机构。种动态的平衡，应归功于它的精确的调节机构。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 -通过对细胞内酶的调节来实现。通过对细胞内酶的调节来实现。激素水平代谢调节激素水平代谢调节整体水平代谢调节整体水平代谢调节-协

25、调不同细胞、组织与器官之间的代谢。协调不同细胞、组织与器官之间的代谢。-在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网络。在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网络。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酶水平的调节。细胞内酶呈隔离分布。代谢途径的速度、方向由其中的关键酶(key enzyme)的活性决定。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。（一）细胞内酶的隔离分布（一）细胞内酶的隔离分布(Compartmentation)(Compartmentation)代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，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分布于细胞

26、的某一区域 。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 胞液胞液胞液胞液胞液胞液胞液胞液胞液胞液线粒体线粒体线粒体线粒体线粒体线粒体线粒体线粒体胞液，线粒体胞液，线粒体 酶的隔离分布的意义酶的隔离分布的意义 可避免代谢途径之间相互干扰。可避免代谢途径之间相互干扰。有利于不同调节因素对不同代谢途径的有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节。特异调节。区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。重要影响。速度速度最慢最慢，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，故又称其为故又称其为限速酶限速酶(limiti

27、ng velocity enzymes)。催化催化单向单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。定整个代谢途径的方向。这类这类酶活性酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的效应剂的调节调节。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：某某些些重重要要代代谢谢途途径径的的关关键键酶酶 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6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸化酶磷酸化酶糖原合酶糖

28、原合酶乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶HMGHMG辅酶辅酶A A还原酶还原酶 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。酶蛋白合成酶蛋白合成酶蛋白降解酶蛋白降解1.1.变构调节的概念变构调节的概念小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位小分子化合物与酶分子活性中心以

29、外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的性，这种调节称为酶的变构调节变构调节或或别构调节别构调节。（二）关键酶的变构调节（二）关键酶的变构调节 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)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)变构激活剂变构激活剂 allosteric effector 引起酶活性引起酶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 alloste

30、ric effector 引起酶活性引起酶活性降低降低的变构效应剂。的变构效应剂。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）亚基聚合亚基聚合亚基解亚基解聚聚疏松疏松紧密紧密酶分子多聚化酶分子多聚化非共价键结合非共价键结合变构酶：变构酶：包括催化亚基、调节亚基包括催化亚基、调节亚基变构效应剂：变构效应剂：底物、终产物和其他小分子代谢物底物、终产物和其他小分子代谢物C 催化亚基催化亚基R 调节亚基调节亚基变构酶的解聚与聚合变构酶的解聚与聚合柠檬酸或异柠檬酸柠檬酸或异柠檬酸 多聚体多聚体（高活性）（高活性）ATP-Mg

31、2+原聚体原聚体（无活性）（无活性）乙酰辅酶乙酰辅酶A羧化酶羧化酶蛋白激酶蛋白激酶A的变构调节的变构调节3.3.变构调节的生理意义变构调节的生理意义 代谢终产物反馈抑制代谢终产物反馈抑制 (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。乙酰乙酰CoACoA 乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoACoA长链脂酰长链脂酰CoACoA 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

32、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辅酶乙酰辅酶A A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蛋白肽链上某些残基，在酶的催化下发生可酶蛋白肽链上某些残基，在酶的催化下发生可逆的共价修饰逆的共价修饰(covalent modification)，从而引起酶从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。2.2.化学修饰的主要方式化学修饰的主要方式磷酸化磷酸化-去磷酸去磷酸 乙酰化乙酰化

33、-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 SS 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酶蛋白酶酶级联系统级联系统调控示意图调控示意图意义意义：由于由于酶的共价修饰酶的共价修饰反应是酶促反反应是酶促反应，只要有少应，只要有少量信号分子量信号分子（如激素）存（如激素）存在，即可通过在，即可通过加速这种酶促加速这种酶促反应，而使大反应，而使大量的另一种酶量的另一种酶发生化学修饰，发生化学修

34、饰，从而获得放大从而获得放大效应。这种调效应。这种调节方式快速、节方式快速、效率极高。效率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化酶、腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液肾上腺素或肾上腺

35、素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP4563.3.化学修饰的特点化学修饰的特点酶蛋白有两种状态酶蛋白有两种状态,发生共价键改变发生共价键改变,在不同在不同 酶的作用下酶的作用下,可互相转变。可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控具有放大效应，效率较变构调节高。具有放大效应，效率较变构调节高。磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。同一个酶可以同时受同一个酶可以同时受变构调节变构调节和和化学修饰化学修饰调节调节。PDH (active)ATP A

36、DP Pi 蛋白磷酸化酶蛋白磷酸化酶Protein phosphatase(inactive)PPDH胰岛素胰岛素Insulin 蛋白激酶蛋白激酶Protein kinase+丙酮酸丙酮酸Pyruvate_乙酰乙酰CoANADH+H+ATPNAD+ADP_乙酰乙酰CoAAcetyl CoA NAD+HSCoANADH+H+CO2丙酮酸脱氢酶复合体（丙酮酸脱氢酶复合体（PDHPDH）化学修饰与别构调节的异同点化学修饰与别构调节的异同点:共同点：共同点：均通过影响酶的结构，转而影响酶的活性。均通过影响酶的结构，转而影响酶的活性。不同点：不同点：（四）酶量的调节（四）酶量的调节1.1.酶蛋白合成的诱

37、导与阻遏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)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l底物的诱导作用：受酶催化的作用物，可以诱导该酶的合成。底物的诱导作用：受酶催化的作用物，可以诱导该酶的合成。l产物的阻遏作用：终产物反馈阻遏代谢中的关键酶的合成。产物的阻遏作用：终产物反馈阻遏代谢中的关键酶的合

38、成。l药物的诱导作用：药物的诱导作用：乳糖乳糖-半乳糖苷酶合成半乳糖苷酶合成 无分解乳糖的酶无分解乳糖的酶【例例1】大肠杆菌大肠杆菌无乳糖无乳糖【例例2】肝脏：肝脏：2乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoAHMG CoA还原酶还原酶胆固醇胆固醇（-）【例例3】药物药物 作用作用 微粒体微粒体 诱导诱导 加单氧酶合成加单氧酶合成 加速药物氧化失活加速药物氧化失活l激素对酶合成的诱导激素对酶合成的诱导 胰岛素诱导糖酵解和脂酸合成中关键酶的合成胰岛素诱导糖酵解和脂酸合成中关键酶的合成 2.2.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

39、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，也能调通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。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作用机制激素作用机制二、激素水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节u 组织特异性、效应特异性组织特异性、效应特异性激素分类激素分类 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

40、位不同，分为：激素作用方式激素作用方式1.1.膜受体激素的作用方式膜受体激素的作用方式2.2.胞内受体激素的作用方式胞内受体激素的作用方式 膜膜受受体体激激素素的的作作用用方方式式胰岛素、肾上腺素、生长激素等通过膜受体调节生理过程胰岛素、肾上腺素、生长激素等通过膜受体调节生理过程 胞胞内内受受体体激激素素的的作作用用方方式式类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生理过程类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生理过程激素反应元件激素反应元件 (hormone response element,HRE)*X X代表任一核苷酸代表任一核苷酸 不同的激素受体复合物结合于不同的激素反应元件不同的激素受体复合

41、物结合于不同的激素反应元件 中枢神经中枢神经 神经递质神经递质 激素激素 受体受体 酶酶激活激活or诱导诱导 抑制抑制or阻遏阻遏 S P三、整体水平的代谢调节三、整体水平的代谢调节（一）饥饿（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1.1.短期饥饿（短期饥饿（1 13 3天）天）（3 3）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 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（1 1）脂代谢变化

42、）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2.2.长期饥饿（长期饥饿（1周以上）周以上）（3 3）蛋白质代谢变化）蛋白质代谢变化 蛋白质分解减少，氮负平衡有所改善蛋白质分解减少，氮负平衡有所改善（2 2）糖代谢变化）糖代谢变化肾糖异生作用明显增强肾糖异生作用明显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（1 1）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.概念概念应激应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、

43、缺氧、中毒、感染及剧烈情如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的绪波动等所作出一系列反应的“紧张状态紧张状态”。2.2.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3.3.代谢改变代谢改变（1 1）血糖升高）血糖升高（2 2）脂肪动员增强）脂肪动员增强（3 3）蛋白质分解加强）蛋白质分解加强应激是机体对强烈刺激所产生的非特异性的防应激是机体对强烈刺激所产生的非特异性的防御反应，应

44、激时糖、脂、蛋白质代谢的特点：御反应，应激时糖、脂、蛋白质代谢的特点：分解代谢增强，合成代谢受抑制。分解代谢增强，合成代谢受抑制。应激时机体的代谢改变应激时机体的代谢改变 代谢综合征代谢综合征(Metabolic Syndrome,MS)：以以肥胖、高血压、糖代谢及血脂异常等为主要临床肥胖、高血压、糖代谢及血脂异常等为主要临床表现的症候群表现的症候群。表现为心脑血管病的多种代谢危险因素在同表现为心脑血管病的多种代谢危险因素在同一个体内集结的状态。而超重和肥胖在一个体内集结的状态。而超重和肥胖在MS发生、发生、发展中起着决定性的作用。发展中起着决定性的作用。（三）肥胖是多种因素引起的进食行为和能

45、量（三）肥胖是多种因素引起的进食行为和能量代谢调节的紊乱代谢调节的紊乱高脂血症高脂血症冠心病冠心病 糖尿病糖尿病脂肪肝脂肪肝胆石症胆石症痛痛 风风阻塞性睡眠呼吸暂停综合症阻塞性睡眠呼吸暂停综合症肥胖肥胖减减 肥肥茶、含片、饼干、纤维膳茶、含片、饼干、纤维膳药药健美腹带健美腹带健瘦鞋、紧身衣健瘦鞋、紧身衣泻药、膏药、康丽亭泻药、膏药、康丽亭闻闻香味笔香味笔手术抽吸手术抽吸吃吃二十一世纪二十一世纪?穿穿 体质性肥胖体质性肥胖：青少年期多见的肥胖，主要由于：青少年期多见的肥胖，主要由于脂肪细胞数量增加所致。脂肪细胞数量增加所致。获得性肥胖：成人因营养过剩引起的肥胖，主获得性肥胖：成人因营养过剩引起的

46、肥胖，主要由于脂肪细胞体积增加，也有数量增加。要由于脂肪细胞体积增加，也有数量增加。1肥胖者增加脂肪储存有不同类型肥胖者增加脂肪储存有不同类型n单纯性肥胖单纯性肥胖n继发性肥胖症继发性肥胖症 某些神经、内分泌疾病引起。某些神经、内分泌疾病引起。肥胖诊断常用标准是肥胖诊断常用标准是体重指数体重指数（body mass index,BMI,BMI=体重体重(kg)/身高身高2(m2)。如体重超。如体重超过标准体重的过标准体重的20%，或体重指数，或体重指数30即为肥胖。即为肥胖。2正常食欲、进食和能量消耗的平衡受到神经、正常食欲、进食和能量消耗的平衡受到神经、内分泌系统复杂调节内分泌系统复杂调节短

47、期进食调节激素主要包括生长激素释放肽短期进食调节激素主要包括生长激素释放肽(ghrelin)和胆囊收缩素和胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)。参与食欲、进食长期调节的激素包括胰岛素参与食欲、进食长期调节的激素包括胰岛素和瘦蛋白（和瘦蛋白（leptin）。）。高胰岛素血症是肥胖的重要特征，也是促进肥高胰岛素血症是肥胖的重要特征，也是促进肥胖形成的重要因素。胖形成的重要因素。肥胖者常可表现胰岛素抵抗和高胰岛素血症。肥胖者常可表现胰岛素抵抗和高胰岛素血症。肥胖者糖代谢表现异常。肥胖者糖代谢表现异常。肥胖者也存在脂代谢异常。肥胖者也存在脂代谢异常。3肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和

48、糖脂肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱代谢的紊乱 代谢变化的防御意义在于为机体应付代谢变化的防御意义在于为机体应付“紧急情况紧急情况”提供足够的能量。但提供足够的能量。但若应激状态持续时间长，则病人可因消耗过多而致消瘦和体重减轻。因此，若应激状态持续时间长，则病人可因消耗过多而致消瘦和体重减轻。因此，在严重创伤或大手术后，给予患者输入一定比例的胰岛素在严重创伤或大手术后，给予患者输入一定比例的胰岛素-葡萄糖葡萄糖-氯化钾溶氯化钾溶液，可减少体内蛋白质的分解，防止氮负平衡。液，可减少体内蛋白质的分解，防止氮负平衡。代谢组学代谢组学(metabonomics)是对某一生物或细是对某一

49、生物或细胞所有低相对分子质量代谢产物进行定性和定量胞所有低相对分子质量代谢产物进行定性和定量分析，检测活细胞中代谢变化的研究领域。分析，检测活细胞中代谢变化的研究领域。四、代谢组学是对小分子代谢物集合四、代谢组学是对小分子代谢物集合的整体水平研究的整体水平研究（一）代谢组学检测某一生物或细胞所有低相（一）代谢组学检测某一生物或细胞所有低相对分子质量代谢产物对分子质量代谢产物代谢物组学研究有样品预处理、数据采集和数据代谢物组学研究有样品预处理、数据采集和数据分析解释三个阶段，以高通量的检测实验和大规模的分析解释三个阶段，以高通量的检测实验和大规模的计算为特征。计算为特征。核磁共振技术有极大优势核

50、磁共振技术有极大优势，1H-核磁共振核磁共振(1H-NMR)最为常用最为常用 可得到代谢物成分指纹图谱。可得到代谢物成分指纹图谱。在模式识别方法中，主成分分析法在模式识别方法中，主成分分析法(principal component analysis，PCA)最为常用、有效。最为常用、有效。（二）代谢物组学研究需要高通量定量检测（二）代谢物组学研究需要高通量定量检测技术和大规模的计算技术和大规模的计算 用于药物的作用机制的研究用于药物的作用机制的研究 广泛用于候选药物的毒性评价，大大提高广泛用于候选药物的毒性评价，大大提高了安全性评价的技术分析水平。了安全性评价的技术分析水平。发现疾病相关的有价