【教学课件】第九章物质代谢的联系与调节.ppt

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1、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,教学要求:熟悉体内物质代谢之间的相互联系；掌握体内代谢调节的共同规律。,第十章 物质代谢的联系与调节,第一节 物质代谢的特点第二节 物质代谢的相互联系第三节 组织、器官的代谢特点及联系第四节 代谢调节,第一节 物质代谢的特点,整体性 代谢调节 各组织、器官物质代谢各具特色 各种代谢物均具有各自共同的代谢池 ATP是机体能量利用的共同形式 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二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系,一、在能量代谢上的相互联系,1.糖、脂、蛋白质均可氧化供能 乙酰CoA

2、三羧酸循环 ATP,2.在能量供应方面，糖、脂、蛋白质可以互相替代，互相制约。,3.一般情况，机体供能以糖、脂为主;短期饥饿，蛋白质分解加强，长期饥饿，蛋白质分解明显降低,二、糖、脂和蛋白质代谢之间的相互联系,糖代谢与脂代谢的相互联系 糖代谢与氨基酸代谢的相互联系 脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系 核酸代谢与氨基酸代谢的相互联系,糖代谢与脂代谢的相互联系,1.糖可能转变为脂肪,2.脂肪绝大部分不能转变为糖,3.脂肪分解代谢的强度及顺利进行，有赖于糖代谢的正常进行。,糖代谢与氨基酸代谢的相互联系,1.大多数氨基酸（生酮 AA除外）可以转变为糖,2.糖代谢的中间产物仅能转变为12种非必需氨基酸。,食

3、物中的蛋白质不能为糖、脂所替代,脂类代谢与氨基酸代谢的相互联系,1.蛋白质可以转变为脂类：各种氨基酸分解后均可合成脂酸进而合成脂肪；也可合成胆固醇，氨基酸也是合成磷脂的原料。,2.脂类不能转变为氨基酸。（仅甘油可转变为某些非必需氨基酸）,核酸代谢与氨基酸代谢的相互联系,一些氨基酸参与核苷酸的合成磷酸戊糖也是合成核苷酸的原料,T10-1,第三节 组织、器官的代谢特点及联系,肝 心脏 脑 肌肉 红细胞 脂肪组织 肾,组织、器官的代谢特点及联系,肝,肝是机体物质代谢的枢纽,是人体的中心生化工厂,肝耗氧量占全身的20%；肝在糖、脂、蛋白质、水盐、维生素代谢中均具重要作用。,肝是糖原合成及储存的主要部位

4、肝可通过糖异生作用补充血糖肝能进行糖原分解补充血糖,组织、器官的代谢特点及联系,心脏,依次以酮体、乳酸、自由脂酸及葡萄糖为耗用的能源物质，并以有氧氧化为主。故能确保ATP的供应。,组织、器官的代谢特点及联系,脑,脑耗氧量占全身的20-25%,脑无糖原储存，平时依靠血糖供能：100g/日；长期饥饿时则主要利用酮体为能源：50-100g/日,组织、器官的代谢特点及联系,肌肉,肌肉通常以氧化脂酸供能为主，剧烈运动时则以糖的无氧酵解为主。肌糖原不能直接补充血糖。,组织、器官的代谢特点及联系,红细胞,红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解。30g/日 成熟红细胞无线粒体，故不能进行糖的有氧化氧化，也不能利用脂酸

5、及其它非糖物质供能。,组织、器官的代谢特点及联系,脂肪组织,脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。脂肪组织通过脂肪动员将储存的脂肪分解为脂酸和甘油释放入血以供其它组织摄取利用。,组织、器官的代谢特点及联系,肾,肾也可进行糖异生和生成酮体，它是除肝外唯一可进行这两种代谢的器官。,表10-1 重要器官及组织氧化供能特点器官组织 特有的酶 功能 主要代谢途径 主要代谢物 主要代谢产物 肝 葡萄糖激酶 代 糖异生 葡萄糖 葡萄糖 葡糖-6-磷酸酶 谢 脂酸氧化 脂酸 VLDL 甘油激酶 枢 糖有氧氧化 乳酸 HDL PEP羧激酶 纽 甘油 酮体 氨基酸 脑 神 糖有氧氧化 葡萄糖 乳酸 经 糖酵解 氨基

6、酸 CO2 中 氨基酸代谢 酮体 H2O 枢 脂酸,表10-1 重要器官及组织氧化供能特点器官组织 特有的酶 功能 主要代谢途径 主要代谢物 主要代谢产物 心 脂蛋白脂酶 泵出 有氧氧化 乳酸 CO2、呼吸链丰富 血液 葡萄糖 H2O VLDL 脂肪 脂蛋白脂酶 储存 酯化脂酸 VLDL 游离脂酸组织 激素敏感 动员 脂解 CM 甘油 脂肪酶 脂肪,表10-1 重要器官及组织氧化供能特点器官组织 特有的酶 功能 主要代谢途径 主要代谢物 主要代谢产物肌肉 脂蛋白脂酶 收 糖酵解 脂酸 乳酸 呼吸链丰富 缩 有氧氧化 葡萄糖 CO2 酮体 H2O 肾 甘油激酶 排尿 糖异生 脂酸 葡萄糖 PEP

7、羧激酶 糖异生 糖酵解 葡萄糖 酮体生成 乳酸 甘油红细胞 无线粒体 运氧 糖酵解 葡萄糖 乳酸,第四节 代谢调节,一、细胞水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节三、整体调节,一、细胞水平的代谢调节,细胞内酶的隔离分布 关键酶的变构调节 酶的化学修饰调节 酶量的调节,细胞内酶的隔离分布,酶在细胞内的隔离分布使有关代谢途径分别在细胞不同区域进行，各种代谢途径不致互相干扰。,主要代谢途径（多酶体系）在细胞内的分布 多酶体系 分布DNA及RNA合成 细胞核蛋白质合成 内质网，胞液糖原合成 胞液脂酸合成 胞液胆固醇合成 内质网，胞液磷脂合成 内质网血红素合成 胞液，线粒体尿素合成 胞液，线粒体,主要代谢

8、途径（多酶体系）在细胞内的分布 多酶体系 分布糖酵解 胞液磷酸戊糖途径 胞液糖异生 胞液脂酸-氧化 线粒体多种水解酶 溶酶体三羧酸循环 线粒体氧化磷酸化 线粒体呼吸链 线粒体,细胞内酶的隔离分布,关键酶（限速酶、调节酶）决定某一代谢途径的速度和方向的某一个或少数几个具调节作用的酶。,关键酶具以下几个特点：催化的反应速度最慢 酶活决定整个代谢途径总速度催化的反应为单向反应或非平衡反应 酶活决定整个代谢途径方向酶活除受底物浓度调节外，还受多种代谢物或效应物调节,某些重要代谢途径的关键酶代谢途径 关键酶糖原合成 磷酸化酶 糖原分解 糖原合成酶糖酵解 已糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶糖有氧氧化

9、丙酮酸脱氢酶系、TAC 柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系,某些重要代谢途径的关键酶代谢途径 关键酶糖异生 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激 酶、果糖二磷酸酶-1、葡萄糖-6-磷酸酶脂肪动员 甘油三酯脂肪酶脂酸合成 乙酰CoA羧化酶胆固醇合成 HMGCoA还原酶嘌呤合成 谷氨酰胺PRPP酰胺转移酶,代谢调节主要通过对关键酶活性的调节来实现,快速调节迟缓调节,变构调节化学修饰调节,酶含量的调节,关键酶的变构调节,变构调节（别构调节）小分子化合物与酶蛋白分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而是改变酶的活性。,变构酶（别构酶）变构效应剂，变构激活剂、变构抑制

10、剂,1.概念,一些代谢途径中的变构酶及其效应剂代谢途径 变构酶 变构激活剂 变构抑制剂糖酵解 已糖激酶 AMP,ADP,FDP,Pi G-6-P 磷酸果糖激酶-1 FDP 柠檬酸 丙酮酸激酶 ATP,乙酰CoA三羧酸循环 柠檬酸合酶 AMP ATP,长链脂酰CoA 异柠檬酸脱氢酶 AMP,ADP ATP 糖异生 丙酮酸羧化酶 乙酰CoA,ATP AMP糖原分解 磷酸化酶b AMP,G1P,Pi ATP,G6P,关键酶的变构调节,一些代谢途径中的变构酶及其效应剂代谢途径 变构酶 变构激活剂 变构抑制剂脂酸合成 乙酰CoA羧化酶 柠檬酸，长链脂酰CoA 异柠檬酸氨基酸代谢 谷氨酸脱氢酶 ADP,亮

11、，蛋 GTP,ATP,NADH嘌呤合成 谷氨酰胺PRPP酰胺转移酶 AMP,GMP嘧啶合成 天冬氨酸转甲酰酶 CTP,UTP核酸合成 脱氧胸苷激酶 dCTP,dARP dTTP,关键酶的变构调节,关键酶的变构调节,2.机制,3.生理意义,结构：催化亚基，调节亚基变构效应剂：终产物或其它小分子代谢物酶构象改变：亚基聚合，亚基解聚，原聚体变多聚体,代谢物生成不致过多；能量得以有效利用；不同代谢途径相互协调,酶的化学修饰调节,1.概念,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，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰调节。,酶的化学修饰主要有磷酸化与脱磷酸，乙酰化与脱乙酰，甲基化与脱甲

12、基，腺苷化与脱腺苷，SH与-S-S-互变等。,酶促化学修饰对酶活性的调节 酶 化学修饰类型 酶活性改变 糖原磷酸化酶 磷酸化/脱磷酸化 激活/抑制 磷酸化酶b激酶 磷酸化/脱磷酸化 激活/抑制 糖原合成酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活丙酮酸脱羧酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活磷酸果糖激酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活丙酮酸脱氢酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活HMGCoA还原酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活HMGCoA还原酶激酶 磷酸化/脱磷酸化 激活/抑制 乙酰CoA羧化酶 磷酸化/脱磷酸化 抑制/激活脂肪细胞甘油三酯脂肪酶 磷酸化/脱磷酸化 激活/抑制 黄嘌呤氧化脱氢酶 SH/-S-S-脱氢

13、酶/氧化酶,酶的化学修饰调节,2.酶促化学修饰的特点,绝大多数属于这类调节方式的酶都具有 无活性（低活性）有活性（高活性）,由酶催化引起共价键变化；因是酶促反应，故有放大效应。,磷酸化与脱磷酸为最常见。耗能少，作用快。故经济而有效。,酶量的调节,1.酶蛋白合成的诱导与阻遏,底物对酶合成的诱导与阻遏 产物对酶合成的阻遏 激素对酶合成的诱导 药物对酶合成的诱导,酶量的调节,2.酶蛋白的降解,改变蛋白水解酶活性影响蛋白酶从溶酶体释出速度,影响酶蛋白降解速度,调节细胞内酶含量,在溶酶体中进行的不依赖ATP的过程,酶量的调节,2.酶蛋白的降解,在胞液中进行的依赖ATP和泛素的过程,蛋白酶体,泛素,蛋白质

14、（如细胞周期蛋白）,降解,二、激素水平的代谢调节,激素的代谢调节通过其与靶细胞受体特异结合，将激素信号转化为细胞内一系列化学反应，最终表现出激素的生物学效应。,1.膜受体激素2.胞内受体激素,二、激素水平的代谢调节,1.膜受体激素（属亲水性激素）,包括胰岛素、生长激素、促性腺激素、促甲状腺素，甲状旁腺素等蛋白质类激素，生长因子等肽类激素和肾上腺素等儿茶酚胺类激素。,H+R（膜受体）信息跨膜传递到胞内第二信使将信号逐级放大产生显著代谢效应,二、激素水平的代谢调节,2.胞内受体激素,H+R（胞内或核内受体）H-R活性复合物与DNA特定区域结合诱导转录特异mRNA指导翻译特定蛋白质表现生物效应,包括

15、类固醇激素，前列腺素、甲状腺素，1,25-(OH)2-VitD3及视黄酸等疏水性激素。,三、整体调节,饥饿-1.短期饥饿,肌肉蛋白质分解加强糖异生作用增强脂肪动员加强组织对葡萄糖的利用降低,不能进食1-3天后，肝糖原显著减少。血糖趋于降低，引起胰岛素分泌减少和胰高血糖素分泌增加，进而引起：,三、整体调节,饥饿-2.长期饥饿,脂肪动员进一步加强，肝生成大量酮体，脑利用酮体增加。肌肉主要利用脂酸，以保证酮体优先供应脑组织。肌肉蛋白质分解减少，乳酸和丙酮酸成为肝糖异生的主要原料。肾糖异生作用明显加强，几乎与肝相同。因肌肉蛋白分解减少，负氮平衡有所改善。,三、整体调节,应激,应激是人体受到一些异乎寻常

16、的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染以及剧烈情绪激动等所作出一系列反应的“紧张状态”。,应激状态时，交感神经兴奋。肾上腺髓质及皮质激素分泌增多，血浆胰高血糖素及生长激素水平增加，而胰岛素分泌减少，引起一系列代谢改变。,应激时机体的代谢改变内分泌腺或组织 代谢改变 血中含量 垂体前叶 ACTH分泌 ACTH 生长素分泌 生长素 胰腺细胞 胰高血糖素分泌 胰高血糖素 细胞 胰岛素分泌 胰岛素 肾上腺髓质 肾上腺素分泌 肾上腺素 皮质 皮质醇分泌 皮质醇,应激,应激时机体的代谢改变内分泌腺或组织 代谢改变 血中含量 肝 糖原分解 葡萄糖 糖原合成 糖异生 脂酸氧化 酮体生成 酮体,应激,应激时机体的代谢改变内分泌腺或组织 代谢改变 血中含量 肌肉 糖原氧化分解 乳酸 葡萄糖摄取利用 葡萄糖 蛋白质分解 氨基酸 脂酸氧化 脂肪组织 脂肪分解 游离脂酸 葡萄糖摄取利用 甘油 脂肪肪合成,应激,应激,总之，应激时糖、脂、蛋白质代谢特点是：分解代谢增强，合成代谢受抑；血液中分解代谢产物葡萄糖、氨基酸、游离脂酸、甘油、乳酸、酮体、尿素等含量增加。,复习思考题,总结各代谢途径调节的规律（区域化、关键酶）,