1,科學出版社案例式教材生物化學課件,第一節物質代謝的特點第二節物質代謝的相互聯系第三節某些組織、器官的代謝特點第四節代謝調節,第11章物質代謝的聯系與調節,2,科學出版社案例式教材生物化學課件,第一節物質代謝的特點,一、整體性,3,科學出版社案例式教材生物化學課件,1.各種物質代謝同時進行，并互有聯系，相互轉變，相互依存，相互制約，構成統一整體。2.各類物質的代謝必須機體整體的需要。,4,科學出版社案例式教材生物化學課件,二、物質代謝偶聯能量代謝,新陳代謝,同化作用,異化作用,物質合成,吸收能量,物質分解,釋放能量,物質代謝,能量代謝,物質代謝總是伴隨有能量代謝,5,科學出版社案例式教材生物化學課件,三、代謝途徑的多樣性,代謝途徑有以下幾種基本類型：,分支途徑,直線途徑：從起始物到終產物的整個反應過程無代謝分支。,6,科學出版社案例式教材生物化學課件,循環途徑,7,科學出版社案例式教材生物化學課件,8,科學出版社案例式教材生物化學課件,機體代謝途經多種多樣，并通過共同的中間物相互聯系形成復雜的、網絡狀結構。,9,科學出版社案例式教材生物化學課件,四、代謝調節,酶活性/含量的變化,機體調節代謝的強度、速度和方向,10,科學出版社案例式教材生物化學課件,1.機體內外環境總是在不斷變化的，機體代謝只有發生相應變化才能適應內外環境的變化，機體才能健康。所以，代謝需要調節。2.機體代謝調節是通過酶的調節實現。,11,科學出版社案例式教材生物化學課件,五、物質代謝的組織特異性,12,科學出版社案例式教材生物化學課件,六、各種代謝物均具有共同的代謝池,13,科學出版社案例式教材生物化學課件,無論是機體外攝入的營養物或體內各組織細胞的代謝物，只要是同一化學結構的物質在進行中間代謝時，不分彼此，進入到共同的代謝池中參與代謝。,14,八、NADPH為某些物質合成提供還原當量,七、ATP是機體能量儲存與利用的共同形式,15,科學出版社案例式教材生物化學課件,第二節物質代謝的相互聯系,一、在能量上的相互聯系二、在物質代謝上的聯系,16,糖,脂肪,蛋白質,葡萄糖,甘油、脂肪酸,氨基酸,乙酰輔酶A,CO2,第一階段（放能1%）,第二階段（放能1/3）,第三階段（放能2/3）,一、在能量上的相互聯系,17,科學出版社案例式教材生物化學課件,（一）能量代謝途經的特點：1.糖、脂、蛋白分解代謝都生成乙酰輔酶A2.糖、脂、蛋白分解代謝有共同的最后途經（三羧酸循環）和氧化磷酸化,18,科學出版社案例式教材生物化學課件,（二）人體能量代謝的基本特點：從能量供應的角度看，三大營養素可以互相代替，并互相制約。一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節約蛋白質的消耗。,19,科學出版社案例式教材生物化學課件,任一供能物質的代謝占優勢，常能抑制和節約其他物質的降解。,例如：,20,科學出版社案例式教材生物化學課件,饑餓時,12天,（三）從飽食到饑餓人體供能的變化,21,（一）糖代謝與脂代謝之間的相互聯系,1、糖與脂肪的相互轉變,乙酰CoA,脂肪酸,-磷酸甘油,磷酸二羥丙酮,糖,脂肪,二、糖、脂、蛋白質及核苷酸代謝之間的相互聯系,丙酮酸,22,2.糖可以轉變為膽固醇,甘油,乙酰CoA、NADPHH+,糖,3.也可能為磷脂合成提供原料,糖,脂酸,氨基酸,23,糖代謝與脂代謝之間的相互聯系,糖可轉變為脂肪糖可轉變為膽固醇也可能為磷脂合成提供原料脂類中的甘油部分可轉變為糖,24,科學出版社案例式教材生物化學課件,4.糖代謝的正常進行是脂肪分解代謝順利進行的前提,胰島素缺乏引起酮體酸中毒？,（1）胰島素是維持己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶、丙酮酸脫氫酶活性的重要激素。（2）胰島素缺乏時，人體主要以脂供能。,25,科學出版社案例式教材生物化學課件,糖代謝障礙會使三羧酸循環受阻,26,科學出版社案例式教材生物化學課件,糖尿癥,糖代謝障礙,受阻,（3）酮體酸中毒是乙酰CoA不能順利進入三羧酸循環，酮體利用發生障礙，導致酮體過高。,27,科學出版社案例式教材生物化學課件,（二）糖代謝與氨基酸代謝的相互聯系,1、糖與氨基酸轉變,28,2.糖可以轉變為非必須氨基酸大部分氨基酸，（除Leu，Lys外），脫氨基后，生成相應的-酮酸，可轉變為糖。,生酮氨基酸：Leu，Lys.生糖兼生酮氨基酸：Ile，Phe，Tyr，Thr，Trp生糖氨基酸:,29,科學出版社案例式教材生物化學課件,糖代謝與氨基酸代謝的相互聯系,1.糖可為非必須氨基酸,2.糖可以轉變為非必須氨基酸大部分氨基酸，（除Leu，Lys外），脫氨基后，生成相應的-酮酸，可轉變為糖。,生酮氨基酸：Leu，Lys.生糖兼生酮氨基酸：Ile，Phe，Tyr，Thr，Trp生糖氨基酸:,30,科學出版社案例式教材生物化學課件,（三）脂類代謝與氨基酸代謝的相互聯系,1.脂肪的甘油部分可轉變為非必需氨基酸,但不能說，脂類可轉變為氨基酸。,31,科學出版社案例式教材生物化學課件,2.除亮氨酸和賴氨酸外，其他18種氨基酸可以轉變為脂肪。,3.所有氨基酸的分解代謝可提供乙酰CoA參與膽固醇合成。,4.絲氨酸等是合成磷脂的原料,絲氨酸,膽胺,膽堿,32,科學出版社案例式教材生物化學課件,脂類代謝與氨基酸代謝的相互聯系,氨基酸可轉變成脂肪、膽固醇及磷脂脂類中的甘油部分可轉變為非必需氨基酸,33,科學出版社案例式教材生物化學課件,（四）核苷酸與其他物質代謝的相互關系,1.氨基酸是體內合成核苷酸的重要原料,甘氨酸,一碳單位,合成嘌呤,合成嘧啶,2.磷酸核糖、NADH+H+由磷酸戊糖途徑提供。,谷氨酰胺,天冬氨酸,34,科學出版社案例式教材生物化學課件,3、核苷酸與糖、脂肪、蛋白質代謝的相互聯系,ATP是能量和磷酸基團轉移的重要物質UTP參與單糖的轉變和多糖的合成CTP參與卵磷脂的合成GTP供給合成蛋白質時需要的能量,35,葡萄糖,丙酮酸,G-6-P,3-磷酸甘油,磷酸烯醇式丙酮酸,乙酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,磷酸二羥丙酮,3-磷酸甘油,-酮戊二酸,草酰乙酸,36,樞紐性中間產物溝通不同的代謝途經1、糖酵解、糖異生、有氧氧化、磷酸戊糖途經、糖原代謝的交匯點：6磷酸葡萄糖（6C）。2、糖、核苷酸代謝的交匯點：5磷酸核糖（5C）。3、糖、甘油代謝的交匯點：磷酸二羥丙酮（3C）。4、糖、脂、氨基酸分解代謝的交匯點：乙酰輔酶A。5、氨基酸、核苷酸代謝的交匯點：一碳單位（1C）。6、3個重要氨基酸與糖代謝的交匯點：Asp草酰乙酸（4C）、Glu酮戊二酸（5C）Ala丙酮酸（3C）,37,肝,人體最大的代謝器官，被稱為人體的“中心生化工廠”。在糖、脂、蛋白質、水、無機鹽及維生素代謝中均具有獨特而重要的作用。,第三節某些組織、器官的代謝特點,38,科學出版社案例式教材生物化學課件,心,第三節某些組織、器官的代謝特點,主要以有氧氧化途徑氧化供能,39,科學出版社案例式教材生物化學課件,第三節某些組織、器官的代謝特點,腦,耗能大，耗氧多(2025%)。葡萄糖為主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供應不足時，利用酮體。,40,科學出版社案例式教材生物化學課件,合成、儲存糖原；通常以脂酸氧化為主要供能方式；劇烈運動時，以糖酵解為主。,第三節某些組織、器官的代謝特點,肌肉,41,科學出版社案例式教材生物化學課件,第三節某些組織、器官的代謝特點,紅細胞,能量主要來自糖酵解（葡萄糖）,42,科學出版社案例式教材生物化學課件,第三節某些組織、器官的代謝特點,脂肪,合成及儲存脂肪的重要組織；將脂肪分解成脂酸、甘油，供機體其他組織利用，但脂肪不能利用甘油。,缺乏甘油激酶,脂庫,43,科學出版社案例式教材生物化學課件,第三節某些組織、器官的代謝特點,腎,也可進行糖異生和生成酮體；腎髓質主要由糖酵解供能；腎皮質主要由脂酸、酮體有氧氧化供能。,44,科學出版社案例式教材生物化學課件,第四節代謝調節,代謝調節普遍存在于生物界，是生物進化過程中逐步形成的一種適應能力。生物進化程度愈高其代謝調節愈精細、愈復雜。,單細胞生物,主要通過細胞內代謝物濃度的變化，對酶的活性和/或含量進行調節，這種調節稱為原始（基礎）調節或細胞水平代謝調節。,45,科學出版社案例式教材生物化學課件,高等動物,三級水平代謝調節,46,科學出版社案例式教材生物化學課件,一、細胞水平的代謝調節,（一）酶的分布：細胞內酶的隔離分布（二）酶的結構調節。（三）酶的含量調節。,細胞水平的代謝調節主要是酶水平的代謝調節,47,丙酮酸氧化;三羧酸循環-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化,酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;,核酸合成,蛋白質合成磷脂合成,（一）酶定位的區域化,48,科學出版社案例式教材生物化學課件,酶隔離分布的意義:,1.使同一代謝途徑酶促反應高效進行。2.使各種代謝途徑互不干擾，彼此協調。3.有利于調節物對各途徑的特異調節。,49,某些代謝途徑（酶體系）在細胞內的分布,50,科學出版社案例式教材生物化學課件,（二）酶結構的調節,酶結構的調節：通過酶結構的改變，使其活性發生變化。調節特點是效應快，時效短。,關鍵酶（keyenzyme）：能改變代謝的速度或方向的酶。,51,科學出版社案例式教材生物化學課件,關鍵酶或調節酶具有如下特點：,催化反應速度慢，活性大小決定整個代謝途徑的總速度，故又稱為限速酶,酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應劑的調節。,通常處于代謝途徑的起始部位或分支處。,催化單向反應或非平衡反應，活性決定整個代謝途徑的方向。,52,某些代謝途徑的關鍵酶,53,科學出版社案例式教材生物化學課件,某些代謝途徑的關鍵酶,54,科學出版社案例式教材生物化學課件,1、變構調節,（1）變構調節的概念,小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異的非共價鍵的結合，引起酶分子構象變化，從而改變酶的活性，這種調節稱為酶的變構調節或別構調節。,55,科學出版社案例式教材生物化學課件,變構激活劑變構抑制劑,變構酶或別構酶(allostericenzyme)受變構調節的酶，其特點是具有變構部位。變構效應劑使酶發生變構效應的物質。有底物、終產物其他小分子代謝物,56,科學出版社案例式教材生物化學課件,（2）變構調節的機制,變構效應劑+酶的調節亞基,酶的構象改變,酶的活性改變,（激活或抑制）,57,科學出版社案例式教材生物化學課件,（3）變構調節的生理意義,代謝終產物反饋抑制反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多，避免原材料的浪費。,抑制,58,科學出版社案例式教材生物化學課件,通過變構調節，使能量得以有效儲存,G-6-P,抑制,激活,糖原磷酸化酶,抑制糖的氧化,糖原合酶,促進糖的儲存,59,科學出版社案例式教材生物化學課件,變構調節使不同的代謝途徑相互協調。,檸檬酸,抑制,激活,6-磷酸果糖激酶-1,抑制糖的氧化,乙酰CoA羧化酶,促進脂酸的合成,60,科學出版社案例式教材生物化學課件,61,科學出版社案例式教材生物化學課件,2、化學修飾調節,（1）化學修飾調節的概念,酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發生可逆的共價修飾，從而引起酶活性改變，這種調節稱為酶的化學修飾調節。,62,科學出版社案例式教材生物化學課件,（2）化學修飾的主要方式,磷酸化-去磷酸（最常見，最重要）,乙?；?脫乙酰,甲基化-去甲基,腺苷化-脫腺苷,SH與SS互變,63,科學出版社案例式教材生物化學課件,酶的磷酸化與脫磷酸,64,科學出版社案例式教材生物化學課件,（3）化學修飾調節的特點,大多數化學修飾的酶都具有無活性與有活性兩種形式，它們之間的變化由兩種不同的酶催化，催化互變反應的酶又受其他因素如激素的調節。,化學修飾調節在信號轉導過程中最為常見。,調節效率比變構調節高，且磷酸化修飾具有級聯放大效應。,65,變構調節和化學修飾調節異同點,66,細胞內同一關鍵酶同受化學修飾與變構調節的雙重調節，兩種調節方式的相互協作，更增強了調節因子的作用。,磷酸化酶b-T,磷酸化酶a-T,磷酸化酶a-R,磷酸化酶b-R,67,科學出版社案例式教材生物化學課件,（三）酶量的調節,1、酶蛋白合成：誘導與阻遏,加速酶合成的化合物稱為誘導劑。,減少酶合成的化合物稱為阻遏劑。,68,科學出版社案例式教材生物化學課件,常見的誘導或阻遏方式,底物對酶合成的誘導和阻遏,產物對酶合成的阻遏,激素對酶合成的誘導,藥物對酶合成的誘導,69,科學出版社案例式教材生物化學課件,2.酶蛋白降解,溶酶體,蛋白酶體,釋放蛋白水解酶，降解蛋白質,泛素識別、結合蛋白質；蛋白水解酶降解蛋白質,通過改變酶蛋白分子的降解速度，也能調節酶的含量。,70,科學出版社案例式教材生物化學課件,二、激素水平的代謝調節,激素作用機制,71,科學出版社案例式教材生物化學課件,1.膜受體激素信號通過跨膜受體傳遞調節細胞代謝,激素作用方式,72,科學出版社案例式教材生物化學課件,2.激素-胞內受體復合物可影響基因轉錄調節細胞代謝,73,科學出版社案例式教材生物化學課件,三、整體調節,在中樞神經的控制下，或通過神經纖維及神經遞質對靶細胞直接發生影響；或通過某些激素的分泌來調節某些細胞的代謝與功能，并通過各種激素的相互協調對機體代謝進行綜合調節。,74,科學出版社案例式教材生物化學課件,（一）饑餓,糖原消耗,血糖趨于降低,胰島素分泌減少胰高血糖素分泌增加,引起一系列的代謝變化（三增強一減弱）,1.短期饑餓（13天）,75,科學出版社案例式教材生物化學課件,蛋白質分解增強，氨基酸釋放增多糖異生作用增強脂肪動員增強，酮體生成增多組織氧化葡萄糖減弱,“三增強一減弱”的代謝反應,76,科學出版社案例式教材生物化學課件,2、長期饑餓,長期饑餓時的代謝變化主要是：,77,科學出版社案例式教材生物化學課件,（二）應激,1.概念,應激：指人體受到一些異乎尋常的刺激，如創傷、劇痛、凍傷、缺氧、中毒、感染及劇烈情緒波動等所作出一系列反應的“應急狀態”。,78,科學出版社案例式教材生物化學課件,應急狀態伴有神經及體液的變化，包括：,交感神經興奮腎上腺髓質及皮質激素分泌增多胰高血糖素、生長激素增加，胰島素分泌減少,79,科學出版社案例式教材生物化學課件,血糖升高：腎上腺素、去甲腎上腺素及胰高血糖素分泌增加，促進糖原分解抑制糖原合成；糖異生增強；組織利用葡萄糖減少,應急反應引起的代謝變化,3.蛋白質分解加強：腎皮質激素分泌增加，胰島素分泌減少，引起蛋白質分解加強，氨基酸釋放增多,2.脂肪動員加速：脂解激素分泌增加，胰島素分泌減少，促進脂肪大量動員；肝生酮作用增強，肝外組織利用酮體增加,80,科學出版社案例式教材生物化學課