代谢联系与调节.ppt
第九章物质代谢的联系与调节,Biochemistry DepartmentDepartment of Basic Medical SciencesHangzhou Normal UniversityGuyisheng,生物化学Biochemistry,第一节 物质代谢的特点,（一）整体性（二）代谢调节（三）各组织、器官代谢各具特点（四）各代谢物均具有其共同的代谢池（五）ATP是机体能量利用的共同形式（六）NADPH是合成代谢所需的还原当量,第二节 物质代谢的相互联系,一、在能量代谢上的相互联系1、乙酰CoA是三大营养物共同的中间代谢物三羧酸循环是三大营养物分解代谢的共同途径能量以ATP形式储存、利用,2、从供能角度，三大营养物可互相取代，并相互制约供能以糖（5070）、脂（1040）为主，尽量节约蛋白质任一物质的代谢占优势，抑制和节约其他代谢物,二、糖、脂和蛋白质的代谢联系,（一）糖与脂肪的代谢联系糖脂肪；但：脂肪酸？糖脂肪分解的强度与顺利进行，依赖于糖代谢的正常进行,糖脂联系,通过共同的中间代谢物，一定条件下三大营养素可互相转变三大物质代谢相互协调，一种物质代谢障碍，可引起其他物质代谢紊乱,（二）糖与氨基酸的代谢联系,蛋白质能代替糖、脂肪供能；糖、脂肪不能代替蛋白质（氨基酸）,糖氨联系,（三）脂类与氨基酸的代谢联系,氨基酸：生糖氨基酸 甘油氨基酸 乙酰CoA 脂酸 胆固醇丝氨酸、蛋氨酸 胆胺、胆碱 磷脂,脂氨联系,（四）核酸与氨基酸(蛋白质)的关系,DNA、RNA：决定蛋白质中氨基酸的序列，参与蛋白质合成DNA、RNA合成需要酶（蛋白质）的催化DNA中信息的遗传与表达受组蛋白等控制,第三节 组织、器官的代谢特点,肝：代谢中枢，人体的中心化工厂耗O2量占20糖代谢：糖原合成与分解、糖异生（糖原150g，占肝重10）脂代谢：酮体、脂类合成、脂蛋白等蛋白质代谢：尿素生成、氨基酸代谢 血浆蛋白合成等器官结构特点、位置特点，特殊酶类,脑：机体耗能大的主要器官耗O2量占2025葡萄糖为主要能源（几乎唯一，无糖原贮存）饥饿：转向利用酮体骨骼肌：以脂酸为主要能源（有氧代谢）剧烈运动时，糖酵解增强，产生乳酸,心脏：有氧氧化为主能源次序：脂酸、葡萄糖、酮体、乳酸,肾：糖异生（饥饿时重要，与肝相当）酮体生成（少量）皮质：脂酸、酮体氧化供能为主髓质：糖酵解供能（无线粒体）,红细胞：糖酵解供能（无线粒体）（耗糖30g/天）不能利用脂酸及其他非糖物质,脂肪组织：合成、贮存脂肪（肝；合成脂肪，但不贮存）脂肪动员（激素敏感脂酶、甘油三酯脂肪酶）,第四节 代谢调节方式,普遍存在于生物界目的：各代谢物、各代谢途径井然有序，互相联系，互相协调代谢调节的三级水平：细胞水平（酶水平、原始调节），（基础）激素水平整体水平（神经体液调节）,一、细胞水平的代谢调节,（一）细胞内酶的隔离分布（区域化）酶体系分布于某一区域或亚细胞结构中目的：各代谢途径不相互干扰代谢调节的重点：调节酶的活性调节酶（regulatory enzymes）（关键酶）调节方式：快速调节（酶结构的调节）（变构、修饰）迟缓调节（酶含量的调节）（合成、降解）,酶区域化,关键酶（key enzymes）,关键酶所催化反应的特点：1、催化的反应速度最慢，又称限速酶（limiting velocity enzymes），控制整个代谢途径的总速度,2、催化单向反应或不平衡反应，决定整个代谢途径的方向3、酶活性受底物及多种代谢物、效应剂的调节,关键酶,（二）酶的变构调节,变构调节（别位调节 allosteric regulation）的概念：小分子化合物与酶蛋白活性中心外某一部位以非共价键特异地结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性变构酶（别位酶 allosteric enzymes）变构效应剂：变构激活剂变构抑制剂,变构剂,变构调节的机制,变构酶：一般有催化亚基、调节亚基,底物、终产物其他代谢物等,蛋白激酶,变构调节的生理意义,1、反馈抑制（终产物），使代谢物生成不致过多2、能量有效利用，不致浪费3、使不同的代谢途径相互协调,变构调节是一种常见的快速调节,（三）酶的化学修饰,化学修饰（chemical modification）概念酶蛋白肽链的某些残基在另外酶的催化下发生可逆的共价修饰（covalent modification），从而引起酶活性的改变化学修饰的种类：磷酸化（最主要）乙酰化甲基化 腺苷化形成二硫键 等等,修饰种类,酶的磷酸化修饰,修饰位点：丝、苏、酪氨酸的-OH反应可逆蛋白激酶催化磷酸化，消耗ATP磷蛋白磷酸酶催化脱磷酸,化学修饰的特点,发生共价变化，是酶促反应，有放大效应磷酸化修饰最常见，虽消耗ATP，但比酶蛋白合成耗能少，且快速，是经济有效的方式,被修饰的酶有两种形式无活性（低活性）有活性（高活性）,级联反应,两种酶结构调节的区别,一种酶可同时受变构调节、化学修饰两种方式的调节变构调节与化学修饰的不同点a、非共价与共价 b、酶促反应c、消耗ATP d、放大效应e、参与应激反应,应激时，激素释放，酶化学修饰，并有级联放大效应变构调节是基础调节，当效应剂浓度低时，不能使所有酶多发挥作用,（四）酶含量的调节,属于迟缓调节，时间长、消耗ATP多1、酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导剂、阻遏剂，影响转录（为主）、翻译（1）底物对酶合成的诱导和阻遏（2）产物对酶合成的阻遏（3）激素对酶合成的诱导（4）药物对酶合成的诱导,2、酶蛋白的降解（1）溶酶体：含多种蛋白水解酶（2）蛋白酶体（proteosome）（胞液中，多种蛋白水解酶组成）还需泛素（ubiquitin）参与,二、激素水平的代谢调节,在细胞水平调节的基础上进行较高的组织特异性和效应特异性激素分类（按激素受体的部位）：1、膜受体激素 2、胞内受体激素,调节机制：,细胞内化学反应（酶活性改变等）,生物学效应,（一）膜受体激素及其机制,亲水性，包括：蛋白类激素：胰岛素、生长激素、促性腺激素、促甲状腺激素、甲状旁腺素，等等肽类：生长因子等儿茶酚胺类：肾上腺素等机制：通过第二信使，如：cAMP等,膜受体,（二）胞内受体激素及其机制,疏水性，包括：类固醇激素、前列腺素、甲状腺素、1,25-(OH)2-Vit D3 等受体主要位于核内，亦有胞浆受体先与激素结合，再进入核内机制：激素与受体结合作用于激素反应元件影响基因转录调节酶含量,胞内受体,三、整体调节,通过神经系统、神经体液途径 调节物质代谢、生理活动 适应内、外环境变化,饥饿、应激、肥胖等为例,（一）饥饿时的整体调节,短期饥饿（禁食13天）血糖胰岛素、胰高血糖素脂肪动员，酮体生成糖异生（生成葡萄糖 1 50g/天）肌肉蛋白质分解，丙氨酸、谷酰等释放 组织利用葡萄糖，转向脂酸、酮体供能，但大脑仍以葡萄糖为主要能源脂肪（占85）、蛋白质为主要能源,脂肪动员进一步增加，酮体生成，大脑利用酮体 葡萄糖肌肉以脂酸为主要能源，保证酮体供应大脑肌肉蛋白质分解，负氮平衡有所改善肾的糖异生明显增强，占50（与肝相当）乳酸、丙酮酸、甘油等成为糖异生的主要原料（氨基酸的糖异生）,长期饥饿,（二）应激,糖原分解和糖异生 血糖，保证大脑、红细胞的能源供应脂肪动员，脂酸供应心肌、骨骼肌、肾等蛋白质分解，尿素生成和排出，呈负氮平衡；肌肉释出丙氨酸等（糖异生原料）分解代谢，合成代谢；血中代谢中间物如：G、FA、AA、酮体等均,创伤、剧痛缺氧、中毒 等感染、休克,（三）肥胖,肥胖是多种因素引起的进食行为和能量代谢调节紊乱引起的疾病代谢综合征(Metabolic Syndrome,MS)：以肥胖、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MS发生、发展中起着决定性的作用。,1、肥胖的类型,单纯性肥胖体质性肥胖：青少年期多见的肥胖，主要由于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，主要由于脂肪细胞体积增加，也有数量增加。继发性肥胖某些神经、内分泌疾病引起。,肥胖诊断常用标准,肥胖诊断常用标准是体重指数（body mass index,BMI）BMI=体重(kg)/身高2(m2)。如体重超过标准体重的20%，或体重指数30即为肥胖。,2、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,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(cholecystokinin,CCK)。参与食欲、进食长期调节的激素包括胰岛素和瘦蛋白（leptin）。,3、肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱,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。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。肥胖者也存在脂代谢异常。,四、代谢组学对小分子代谢物集合的整体水平研究,（一）代谢组学检测某一生物或细胞所有相对低分子质量代谢产物代谢组学(metabonomics)是对某一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分析，检测活细胞中代谢变化的研究领域。,（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,包括样品预处理、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计算为特征。核磁共振技术（NMR）有极大优势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(principal ponent analysis，PCA)最为常用、有效。,（三）代谢物组学在新药发现开发和疾病诊断等方面有巨大应用潜力,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，大大提高了安全性评价的技术分析水平发现疾病相关的有价值的代谢物特征模式和生物标志物，用于疾病的诊断。,糖与脂肪的代谢联系简图,糖与氨基酸的代谢联系简图,氨基酸,脂肪与氨基酸的代谢联系简图,氨基酸,三大物质的代谢联系,重要器官组织氧化供能特点,多酶体系的区域化分布,某些代谢途径的关键酶,一些代谢途径的变构酶及其效应剂,蛋白激酶的激活示意图（示:变构调节）,化学修饰对某些酶活性的调节,糖原代谢调节（示级联放大效应）,无活性,有活性,膜受体G 蛋白 腺苷酸环化酶模式,膜受体激素信息通路,胞内受体激素信息通路,应激对机体代谢的改变,good,by!,
