第09章物质代谢的联系与调节11采用.ppt

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1、第9章,物质代谢的联系与调节Metabolic Interrelationships&Regulation,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 体内重要组织、器官的代谢特点及联系,第四节 代谢调节方式,物质代谢的特点The Specialty of Metabolism,第一节,一、体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体,体内各种物质的代谢不是孤立进行的，是同时的，相互联系，相互转变，相互依存，构成统一的整体。,糖、脂,能,AA,合成代谢,分解代谢,蛋白,整体性,例：,（E,H）,二、机体物质代谢不断受到精细调节,机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度,内外

2、环境不断变化,影响机体代谢,适应环境的变化,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,四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池,例如：,五、ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式,营养物分解,六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量,例如：,乙酰CoA,NADPH+H+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,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 体内重要组织、器官的代谢特点及联系,第四节 代谢调节方式,物质代谢的相互联系Metabolic Interrelationships,第二节,一、各种能量物质的代谢相互联系相互

3、制约,三大营养素,共同中间产物,共同最终代谢通路,三大营养素可在体内氧化供能。,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。一般情况下，机体优先利用燃料的次序是糖原、脂肪和蛋白质。供能以糖及脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。,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,以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低,1 2 天,3 4 周,二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而 相互联系,（一）糖代谢与脂代谢,（二）糖代谢与氨基酸代谢,糖,脂,氨基酸,核酸,（三）脂代谢与氨基酸代谢,（四）核酸与氨基酸代谢,碱基

4、,核糖,糖：不能生成必需氨基酸氨基酸：可异生成糖（除Leu,lys）,3,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,-酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,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 体内重要组织、器官的代谢特点及联系,第四节 代谢调节方式,体内重要组织、器官的代谢特点及联系,Metabolic Specialty&Interrelationships of Important Tissues&Apparatus in the Body,第三节,结构不同，功能各异酶系组成、含量不同,血液循环 CNS,统一整体,各具特色,4,在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均

5、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,例如：,肝在维持血糖稳定中起重要作用。,一、肝是人体最重要的物质代谢中心和枢纽,正常优先以脂酸为燃料产生ATP。能量可依次以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮体等能源物质提供。,二、心可利用多种能源物质，以有氧氧化为主,耗能大，耗氧多。葡萄糖为主要能源，每天消耗约100g。不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。,三、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大,合成、储存肌糖原；通常以脂酸氧化为主要供能方式；剧烈运动时，以糖酵解为主。,四、肌肉主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸,五、糖酵解是为成熟红细胞提供

6、能量的主要途径,红细胞没有线粒体，每天消耗1520g葡萄糖。,合成及储存脂肪的重要组织；将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。,六、脂肪组织是合成、储存脂肪的重要组织,肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。,七、肾是可进行糖异生和生成酮体两种代谢的器官,重要器官及组织氧化供能的特点,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 体内重要组织、器官的代谢特点及联系,第四节 代谢调节方式,代谢调节方式The Way for Regulation of Metabolism,第四节,代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,主要通过细胞内代谢物浓度的变化

7、，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,高等生物 三级水平代谢调节,细胞水平代谢调节,一、细胞水平的代谢调节主要调节关键酶活性,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）细胞酶系有特定细胞和亚细胞区域的隔离分布,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。,主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布,乙酰CoA,FA合成酶系,FA,无意义循环,例：,ATP,脂酰CoA,-O,乙酰CoA,线粒体,胞液,6,有氧氧

8、化,糖不足,糖充足,酶隔离分布的意义:,提高同一代谢途径酶促反应速率。使各种代谢途径互不干扰，彼此协调，有利于调节物对各途径的特异调节。,代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定。,速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故又称其为限速酶(limiting velocity enzymes)。,催化单向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。,这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。,关键酶催化的反应具有以下特点：,某些重要代谢途径的关键酶,快速代谢,迟缓代谢,代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,1代谢途径关键酶多数受到变构

9、调节,小分子化合物与酶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，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。,（二）小分子代谢物改变关键酶构象对酶活性变构调节,被调节的酶称为变构酶或别构酶(allosteric enzyme)。使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allosteric effector)。,变构激活剂allosteric effector引起酶活性增加的变构效应剂。变构抑制剂allosteric effector 引起酶活性降低的变构效应剂。,一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂,2代谢途径的起始物或产物通过变构调节影响代谢途径（机制）,变构酶,

10、催化亚基,调节亚基,变构效应剂：,底物、终产物其他小分子代谢物,变构效应剂+酶的调节亚基,3.变构调节的生理意义,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。,变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,（三）关键酶活性可由酶的化学修饰调节,1通过对酶蛋白的化学修饰调节代谢途径关键酶活性,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(covalent modification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。,化学修饰的主要方式：,磷酸化-去磷酸,乙酰化-脱乙酰,甲基化-去甲基,腺苷化-

11、脱腺苷,SH 与 S S 互变,酶促化学修饰对酶活性的调节,酶的磷酸化与脱磷酸化,2酶促化学修饰的特点：,酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。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。,磷酸化酶b的瀑布式酶促修饰反应,肾上腺素,磷酸化酶a,磷酸化酶b,活性磷酸化酶 b激酶（磷酸化）,无活性磷酸化酶b激酶（脱磷酸）,活性蛋白激酶,腺苷酸环化酶,无活性蛋白激酶,胰高血糖素,+,ADP,ATP,ADP,ATP,cAMP,ATP,+,同一个酶可以同时受变构调节和化学 修饰调节。,例：二聚体糖

12、原磷酸化酶存在磷酸化位点，且每个亚基都有催化部位和调节部位，因此，在受化学修饰的 同时也可由AMP变构激活，并受ATP变构抑制,化学修饰和变构双重调节的意义：变构调节是细胞的一种基本调节机制，效应剂浓度过低，难以发挥应急效应。当在应激状态下，随着肾上腺素的释放，通过cAMP,启动一系列的级联酶促化学修饰反应，迅速有效地满足机体的急需。,（四）改变细胞内酶的含量可调节酶的活性,1调节酶蛋白含量可通过诱导或阻遏酶蛋白基因的表达,加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer),减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor),常见的诱导或阻遏方式:,底物对酶合成的诱导和阻遏,产物对酶合成的阻遏,激

13、素对酶合成的诱导,药物对酶合成的诱导,2调节细胞酶含量也可通过改变酶蛋白降解速度,通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。,内、外环境改变,激素作用机制：,二、激素通过作用特异受体调节代谢过程（体液调节）,组织特异性和效应特异性,特异性激素受体,特点,receptor,（一）膜受体激素,（二）胞内受体激素,膜受体,蛋白质类、肽类、儿茶酚胺类,亲水,难以越过脂质双层-与膜受体结合,通过第二信使发挥作用,细胞表面脂膜上的 跨膜糖蛋白,类固醇类、甲状腺素、视黄酸等,疏水,可越过脂质双层-与胞内受体结合,激素-受体复合物-DNA激素反应元件,10,化学修饰调节,膜受体 激素,胞内受体激素,第二

14、信使,E,酶含量调节,激素受体示意图,细胞膜,细胞核,膜受体,11,HRE,三、机体通过神经系统及神经-体液途径 整体调节体内物质代谢,内外环境变化,神经体液 调节,适应环境,维持内环境 相对恒定,NS,物质代谢,（激素）,（一）饥饿,（二）应激,主要矛盾:血糖 增加来源：糖异生 减少去路：葡萄糖利用 其他能源利用主要调节激素：胰岛素、胰高血糖素,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。,（三）肥胖是多种因素引起的

15、进食行为和能量代谢调节的紊乱,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。,1肥胖者增加脂肪储存有不同类型,单纯性肥胖,继发性肥胖症,某些神经、内分泌疾病引起。,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

16、欲、进食长期调节的激素包括胰岛素和瘦蛋白（leptin）。,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。,3肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱,代谢组学(metabonomics)是对某一生物或细胞所有低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。,四、代谢组学是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计算为特征。核磁共振技术有极大优势，1H-核磁共振(1H-NMR)最为常用 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 component analysis，PCA)最为常用、有效。,（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,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。,（三）代谢物组学在新药发现开发和疾病诊断方面有巨大应用潜力,