1、Chapter 12 Integration and Regulation of Metabolic Pathways學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的：1. 理解代謝網(wǎng)絡(luò)的特點。理解代謝網(wǎng)絡(luò)的特點。2. 理解細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)的組成、結(jié)構(gòu)與調(diào)控理解細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)的組成、結(jié)構(gòu)與調(diào)控機制。機制。3. 理解器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控機制。理解器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控機制。4. 了解整體水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控機制。了解整體水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控機制。什么是什么是網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)（network）?網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)（network）是是指指將將所有所有相關(guān)事物相關(guān)事物連接起連接起來來所形成的所形成的一個龐大的一個龐大的系統(tǒng)，常作為一個整體系統(tǒng)

2、，常作為一個整體看待的、由相互連接的元件所構(gòu)成的集。看待的、由相互連接的元件所構(gòu)成的集。什么是什么是代謝網(wǎng)絡(luò)（代謝網(wǎng)絡(luò)（metabolic network）?代謝網(wǎng)絡(luò)代謝網(wǎng)絡(luò)是是由生物體內(nèi)所有的代謝反應(yīng)由生物體內(nèi)所有的代謝反應(yīng)或途徑，或途徑，以以及及相關(guān)的相關(guān)的調(diào)節(jié)過程所構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程所構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過代謝途徑交叉點上的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，代謝網(wǎng)通過代謝途徑交叉點上的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，代謝網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)各代謝途徑間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。絡(luò)可以實現(xiàn)各代謝途徑間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。代謝網(wǎng)絡(luò)可層次分為代謝網(wǎng)絡(luò)可層次分為細胞水平、器官水平和整體細胞水平、器官水平和整體水平水平的代謝網(wǎng)絡(luò)。的代謝網(wǎng)絡(luò)。The

3、metabolic map as a set of dots and lines,By B. Alberts1. 糖代謝途徑糖代謝途徑2. 脂類代謝途徑脂類代謝途徑3. 氨基酸代謝途徑氨基酸代謝途徑4. 核苷酸代謝途徑核苷酸代謝途徑5. 能量代謝途徑能量代謝途徑6. 輔助因子和維生素代謝途徑輔助因子和維生素代謝途徑7. 其他底物的代謝途徑其他底物的代謝途徑 代謝網(wǎng)絡(luò)有什么益處？代謝網(wǎng)絡(luò)有什么益處？資源共享資源共享各條代謝途徑共享資源，互通有無。各條代謝途徑共享資源，互通有無。在滿足需要的前提下，最大限度地減少酶、代謝在滿足需要的前提下，最大限度地減少酶、代謝途徑及中間產(chǎn)物的數(shù)量。途徑及中間產(chǎn)物

4、的數(shù)量。最重要的是能產(chǎn)生新的功能屬性。最重要的是能產(chǎn)生新的功能屬性。Section 1 Features of Metabolic Network復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)的特點是大量的要素和許多規(guī)章復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)的特點是大量的要素和許多規(guī)章制度的循環(huán)。制度的循環(huán)。代謝網(wǎng)絡(luò)具有代謝網(wǎng)絡(luò)具有整體性整體性代謝網(wǎng)絡(luò)具有代謝網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜性復(fù)雜性代謝網(wǎng)絡(luò)具有代謝網(wǎng)絡(luò)具有可調(diào)性可調(diào)性代謝網(wǎng)絡(luò)具有代謝網(wǎng)絡(luò)具有特異性特異性代謝網(wǎng)絡(luò)具有代謝網(wǎng)絡(luò)具有無尺度性無尺度性一、代謝網(wǎng)絡(luò)具有整體性一、代謝網(wǎng)絡(luò)具有整體性Metabolic Network Exhibits Integrity（一）組成和結(jié)構(gòu)的整體性（一）組成和結(jié)構(gòu)的整體性網(wǎng)

5、絡(luò)的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點代謝物代謝物各節(jié)點間的連接各節(jié)點間的連接酶促反應(yīng)、調(diào)節(jié)反應(yīng)和物質(zhì)酶促反應(yīng)、調(diào)節(jié)反應(yīng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運反應(yīng)轉(zhuǎn)運反應(yīng)（二）代謝活動和調(diào)節(jié)的整體性（二）代謝活動和調(diào)節(jié)的整體性 食物中混合的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)消化吸收進入體內(nèi)食物中混合的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)消化吸收進入體內(nèi)后的代謝是同時進行的。后的代謝是同時進行的。 且各種物質(zhì)代謝之間和各條代謝途徑之間彼且各種物質(zhì)代謝之間和各條代謝途徑之間彼此互相聯(lián)系，或相互轉(zhuǎn)變，或相互依存，或此互相聯(lián)系，或相互轉(zhuǎn)變，或相互依存，或相互制約，從而構(gòu)成統(tǒng)一的整體。相互制約，從而構(gòu)成統(tǒng)一的整體。（三）代謝物來源的整體性（三）代謝物來源的整體性 體內(nèi)各種代謝物無論是從外界攝入的還是

6、體體內(nèi)各種代謝物無論是從外界攝入的還是體內(nèi)產(chǎn)生的，均混合在一起構(gòu)成各自的內(nèi)產(chǎn)生的，均混合在一起構(gòu)成各自的代謝池代謝池，分布于全身各處進行代謝。分布于全身各處進行代謝。（一）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（一）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 代謝網(wǎng)絡(luò)由若干代謝途徑所構(gòu)成，包括直線代謝網(wǎng)絡(luò)由若干代謝途徑所構(gòu)成，包括直線途徑、分支途徑、循環(huán)途徑、反饋途徑、交途徑、分支途徑、循環(huán)途徑、反饋途徑、交叉途徑等形式，從而使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。叉途徑等形式，從而使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。二、二、代謝網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜性代謝網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜性Metabolic Network Exhibits Complexity（二）功能屬性的復(fù)雜性（二）功能屬性的

7、復(fù)雜性物質(zhì)代謝與能量代謝相偶聯(lián)物質(zhì)代謝與能量代謝相偶聯(lián)合成代謝與分解代謝相偶聯(lián)合成代謝與分解代謝相偶聯(lián)代謝反應(yīng)與調(diào)節(jié)反應(yīng)相偶聯(lián)代謝反應(yīng)與調(diào)節(jié)反應(yīng)相偶聯(lián)不同物質(zhì)代謝途徑之間相偶聯(lián)不同物質(zhì)代謝途徑之間相偶聯(lián)代謝網(wǎng)絡(luò)可代謝網(wǎng)絡(luò)可產(chǎn)生出產(chǎn)生出不同于單一代謝途徑的新的功不同于單一代謝途徑的新的功能屬性，即能屬性，即“涌現(xiàn)涌現(xiàn)( (emergence）”。自適應(yīng)（自適應(yīng)（self-adaption）： 代謝網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)內(nèi)外環(huán)境因素的改變，代謝網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)內(nèi)外環(huán)境因素的改變，“自自動地動地”對代謝過程進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)、處理和對代謝過程進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)、處理和整合，以適應(yīng)環(huán)境的變化，這一新的功能屬整合，以適應(yīng)環(huán)境的變

8、化，這一新的功能屬性稱為性稱為自適應(yīng)自適應(yīng)。由神經(jīng)、體液、細胞內(nèi)酶、細胞間隔等組成的一由神經(jīng)、體液、細胞內(nèi)酶、細胞間隔等組成的一套調(diào)控系統(tǒng)，對代謝網(wǎng)絡(luò)進行精細、完善而又復(fù)套調(diào)控系統(tǒng)，對代謝網(wǎng)絡(luò)進行精細、完善而又復(fù)雜的調(diào)控。雜的調(diào)控。三、三、代謝網(wǎng)絡(luò)具有可調(diào)性代謝網(wǎng)絡(luò)具有可調(diào)性Metabolic Network Exhibits Regularity四、四、代謝網(wǎng)絡(luò)具有特異性代謝網(wǎng)絡(luò)具有特異性Metabolic Network Exhibits Specificity組織細胞特異性組織細胞特異性發(fā)育階段特異性發(fā)育階段特異性代謝網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)具有代謝網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)具有無尺度性（無尺度性（scale-fre

9、e） ，即在代謝網(wǎng)絡(luò)中，個別代謝物比其他代謝物參與即在代謝網(wǎng)絡(luò)中，個別代謝物比其他代謝物參與了更多的化學(xué)反應(yīng)，它們在網(wǎng)絡(luò)中處于更為重要了更多的化學(xué)反應(yīng)，它們在網(wǎng)絡(luò)中處于更為重要的地位。的地位。如如ATP、NAD+、NADPH、乙酰、乙酰CoA、6-磷酸葡磷酸葡萄糖萄糖等。等。五、代謝網(wǎng)絡(luò)具有無尺度性五、代謝網(wǎng)絡(luò)具有無尺度性Metabolic Network Exhibits Free Scale隨機網(wǎng)絡(luò)與無尺度網(wǎng)絡(luò)隨機網(wǎng)絡(luò)與無尺度網(wǎng)絡(luò)ATP是生物體能量貯存與利用的共同形式，同時也是多種是生物體能量貯存與利用的共同形式，同時也是多種關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑；關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑； NAD+是大部分不需氧

10、脫氫反應(yīng)共同的受氫體；是大部分不需氧脫氫反應(yīng)共同的受氫體；NADPH為大多數(shù)代謝物的合成提供還原力（還原當(dāng)量）；為大多數(shù)代謝物的合成提供還原力（還原當(dāng)量）；乙酰乙酰CoA是糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝共同的樞紐點；是糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝共同的樞紐點； G-6-P是各條糖代謝途徑的中間轉(zhuǎn)換點。是各條糖代謝途徑的中間轉(zhuǎn)換點。 代謝網(wǎng)絡(luò)簡化圖代謝網(wǎng)絡(luò)簡化圖Section 2 Metabolic Network at Cellular Level細胞水平的代謝網(wǎng)絡(luò)：細胞水平的代謝網(wǎng)絡(luò)：由細胞內(nèi)所有的代謝物由細胞內(nèi)所有的代謝物及其相關(guān)的代謝反應(yīng)和代謝途徑、調(diào)節(jié)反應(yīng)和及其相關(guān)的代謝反應(yīng)和代謝途徑、調(diào)節(jié)

11、反應(yīng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運反應(yīng)所構(gòu)成。物質(zhì)轉(zhuǎn)運反應(yīng)所構(gòu)成。利用細胞水平的代謝網(wǎng)絡(luò)，糖、脂肪、氨基酸利用細胞水平的代謝網(wǎng)絡(luò)，糖、脂肪、氨基酸和核苷酸四大類物質(zhì)可以在一定程度上實現(xiàn)相和核苷酸四大類物質(zhì)可以在一定程度上實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)變。互轉(zhuǎn)變。一、一、細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)與物質(zhì)互變細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)與物質(zhì)互變 Metabolic Network at Cellular Level and Material Interconversion糖、脂類、蛋白質(zhì)、核酸代謝之間的聯(lián)系糖、脂類、蛋白質(zhì)、核酸代謝之間的聯(lián)系（一）糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系（一）糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮糖代謝糖代謝

12、脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoACoAb b-氧化氧化TCA糖糖有有氧氧化氧氧化酵解酵解乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪從頭合成從頭合成糖可以轉(zhuǎn)變成脂類，但脂類中僅甘油和丙二酸單糖可以轉(zhuǎn)變成脂類，但脂類中僅甘油和丙二酸單酰酰CoA部份可以轉(zhuǎn)變成糖部份可以轉(zhuǎn)變成糖（二）糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系（二）糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖糖-酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) NH3蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖 （生糖氨基酸）（生糖氨基酸）糖能轉(zhuǎn)變成非必需氨基酸，但大多數(shù)氨基酸可以糖能轉(zhuǎn)變成非必需氨基酸，但大多數(shù)氨基酸可以轉(zhuǎn)變成糖轉(zhuǎn)變

13、成糖（三）脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系（三）脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系氨基酸氨基酸脂肪脂肪蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoACoA脂肪酸脂肪酸氨基酸氨基酸脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoACoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)TCA脂類僅甘油部份可以轉(zhuǎn)變成氨基酸，但氨基酸可脂類僅甘油部份可以轉(zhuǎn)變成氨基酸，但氨基酸可以轉(zhuǎn)變成脂類以轉(zhuǎn)變成脂類氨基酸和糖均可以轉(zhuǎn)變成核苷酸，但脂類僅甘油氨基酸和糖均可以轉(zhuǎn)變成核苷酸，但脂類僅甘油部份可以轉(zhuǎn)變成核苷酸部份可以轉(zhuǎn)變成核苷酸（四）糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝與核苷酸代謝的（四）糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝與核苷酸代謝的相

14、互聯(lián)系相互聯(lián)系糖糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖5-5-磷酸核糖磷酸核糖氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸一碳單位一碳單位蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂類脂類甘油甘油糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸鏈呼吸鏈 ADP+Pi ATP 二、二、細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)與能量代謝細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)與能量代謝Metabolic Network at Cellular Level and Energy Metabolism糖糖機體的機體的“燃燒材料燃燒材料”脂肪脂肪機體的機體的“儲能材料儲能材料” 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)機體的機體的“建筑材料建筑材料” 細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)

15、節(jié)機制包括：細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)機制包括：代謝區(qū)室的調(diào)節(jié)代謝區(qū)室的調(diào)節(jié)酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的共價修飾調(diào)節(jié)酶的共價修飾調(diào)節(jié)酶含量的調(diào)節(jié)酶含量的調(diào)節(jié)三、三、細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)Regulation of Metabolic Network at Cellular Level（一）細胞內(nèi)酶體系的代謝區(qū)室調(diào)節(jié)（一）細胞內(nèi)酶體系的代謝區(qū)室調(diào)節(jié) 代謝區(qū)室代謝區(qū)室（metabolon）：每條代謝途徑每條代謝途徑的酶體系在細胞內(nèi)都有一定區(qū)域或亞細胞的酶體系在細胞內(nèi)都有一定區(qū)域或亞細胞分布。分布。 糖糖有氧氧化有氧氧化脂肪酸脂肪酸氧化氧化三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)呼吸鏈呼吸鏈DNADNA

16、、RNARNA合成合成糖糖酵解酵解糖原糖原合成與分解合成與分解脂肪脂肪合成合成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)合成合成核酸核酸降解降解生物膜控制生物膜控制底物濃度底物濃度細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)中不同酶體系的代謝區(qū)室細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)中不同酶體系的代謝區(qū)室代謝途徑代謝途徑酶體系分布酶體系分布代謝途徑代謝途徑酶體系分布酶體系分布糖無氧氧化糖無氧氧化胞液胞液脂肪酸脂肪酸-氧化氧化胞液和線粒體胞液和線粒體糖有氧氧化糖有氧氧化胞液和線粒體胞液和線粒體酮體生成與利用酮體生成與利用線粒體線粒體磷酸戊糖磷酸戊糖胞液胞液膽固醇合成膽固醇合成胞液和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胞液和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糖原合成糖原合成胞液胞液磷脂合成磷脂合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糖原分解糖原分解胞液胞液

17、尿素合成尿素合成線粒體和胞液線粒體和胞液糖異生糖異生線粒體和線粒體和/ /或胞或胞液液三羧酸循環(huán)和三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化氧化磷酸化線粒體線粒體細胞內(nèi)代謝區(qū)室隔離的意義：細胞內(nèi)代謝區(qū)室隔離的意義：可避免代謝途徑之間相互干擾。可避免代謝途徑之間相互干擾。有利于不同調(diào)節(jié)因素對不同代謝途徑的特異調(diào)有利于不同調(diào)節(jié)因素對不同代謝途徑的特異調(diào)節(jié)。節(jié)。區(qū)域分布使代謝物濃度對代謝速率產(chǎn)生重要影區(qū)域分布使代謝物濃度對代謝速率產(chǎn)生重要影響。響。（二）關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)：（二）關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)：最原始和最基本的細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)方式。最原始和最基本的細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)方式。通過對關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)：通過對關(guān)鍵酶的變構(gòu)

18、調(diào)節(jié)：避免原材料的不必要浪費；避免原材料的不必要浪費；有效貯存所需能量；有效貯存所需能量；維持代謝物的動態(tài)平衡；維持代謝物的動態(tài)平衡；使不同代謝途徑之間實現(xiàn)相互聯(lián)系、相互使不同代謝途徑之間實現(xiàn)相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)。協(xié)調(diào)。表表9-2 9-2 細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)中常見關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)中常見關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)（三）酶的共價修飾調(diào)節(jié)：（三）酶的共價修飾調(diào)節(jié)：通常與細胞外的調(diào)節(jié)因素相偶聯(lián)，即將細胞水平通常與細胞外的調(diào)節(jié)因素相偶聯(lián)，即將細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)與器官水平及整體水平的代謝網(wǎng)代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)與器官水平及整體水平的代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)偶聯(lián)起來，最終實現(xiàn)生物體的整體調(diào)節(jié)以絡(luò)調(diào)節(jié)偶聯(lián)起來，最終實現(xiàn)生物

19、體的整體調(diào)節(jié)以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化。適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化。 細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)中常見關(guān)鍵酶的共價修飾調(diào)節(jié)細胞水平代謝網(wǎng)絡(luò)中常見關(guān)鍵酶的共價修飾調(diào)節(jié)代謝途徑代謝途徑關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶磷酸化磷酸化( (激活激活)/)/脫磷酸化脫磷酸化( (抑制抑制) )磷酸化磷酸化( (抑制抑制)/ )/ 脫磷酸化脫磷酸化( (激活激活) )糖原合成與分解糖原合成與分解糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶糖原合酶糖原合酶糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b b激酶激酶糖無氧氧化糖無氧氧化磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2糖有氧氧化糖有氧氧化丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體糖異生糖異生果糖雙磷酸酶果糖雙磷酸酶-2-2脂肪合成與分解脂肪合成與分解激

20、素敏感脂肪酶激素敏感脂肪酶乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶膽固醇合成膽固醇合成HMG-CoAHMG-CoA還原酶激酶還原酶激酶HMG-CoAHMG-CoA還原酶還原酶（四）酶含量的調(diào)節(jié)：（四）酶含量的調(diào)節(jié)： 主要涉及酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏主要涉及酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏Section 3 Metabolic Network at Organic Level器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的作用：器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的作用： (1)(1)維持生物體內(nèi)葡萄糖代謝的平衡，以便為腦和紅細維持生物體內(nèi)葡萄糖代謝的平衡，以便為腦和紅細胞提供穩(wěn)定的葡萄糖供應(yīng)。胞提供穩(wěn)定的葡萄糖供應(yīng)。 (2)(2)使能源物質(zhì)在充足時能夠被

21、貯存；而在短缺或需求使能源物質(zhì)在充足時能夠被貯存；而在短缺或需求過多時能夠被有效地動員或補充。過多時能夠被有效地動員或補充。器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)是指利用體液是指利用體液( (主要是血液主要是血液) )的物質(zhì)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運過程相互偶聯(lián)，并通過體液因素轉(zhuǎn)運過程相互偶聯(lián)，并通過體液因素( (主要是激素主要是激素) )進進行調(diào)節(jié)，在不同組織器官之間形成的復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)。行調(diào)節(jié)，在不同組織器官之間形成的復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)。一、不同組織器官在物質(zhì)代謝中的作用一、不同組織器官在物質(zhì)代謝中的作用Different Organs Play a Role in Metabolism（一）肝在物質(zhì)代謝中的作用（一）

22、肝在物質(zhì)代謝中的作用作用：作用：維持血糖濃度恒定維持血糖濃度恒定，保障全身各組織，保障全身各組織，尤其是大腦和紅細胞的能量供應(yīng)。尤其是大腦和紅細胞的能量供應(yīng)。v 糖異生糖異生； v 肝糖原的合成與分解肝糖原的合成與分解；v 糖無氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖途徑等。糖無氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖途徑等。肝內(nèi)進行的糖代謝途徑肝內(nèi)進行的糖代謝途徑:1.1.肝是維持血糖水平相對穩(wěn)定的重要器官肝是維持血糖水平相對穩(wěn)定的重要器官2.2.肝是進行脂類代謝的核心器官肝是進行脂類代謝的核心器官肝內(nèi)進行的脂類代謝主要有肝內(nèi)進行的脂類代謝主要有: 脂肪酸的氧化、脂肪酸的合成及酯化；脂肪酸的氧化、脂肪酸的合成及酯化；

23、酮體的生成酮體的生成； 膽固醇的合成與轉(zhuǎn)變膽固醇的合成與轉(zhuǎn)變；膽汁酸的生成膽汁酸的生成； 脂蛋白與載脂蛋白的合成脂蛋白與載脂蛋白的合成 (VLDL, HDL, apoC)； 脂蛋白的降解脂蛋白的降解 (LDL)。作用：在脂類的消化、吸收、合成、分解與運作用：在脂類的消化、吸收、合成、分解與運輸均具有重要作用。輸均具有重要作用。3.3.肝是進行蛋白質(zhì)代謝非常活躍的器官肝是進行蛋白質(zhì)代謝非常活躍的器官在血漿蛋白質(zhì)代謝中的作用在血漿蛋白質(zhì)代謝中的作用合成與分泌血漿合成與分泌血漿蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)（g g- -球蛋白球蛋白除外）除外）清除血漿蛋白質(zhì)（清蛋白除外）清除血漿蛋白質(zhì)（清蛋白除外）在氨基酸代謝中的作

24、用在氨基酸代謝中的作用氨基酸的脫氨基、脫羧基、脫硫、轉(zhuǎn)甲基氨基酸的脫氨基、脫羧基、脫硫、轉(zhuǎn)甲基等（支鏈氨基酸除外）。等（支鏈氨基酸除外）。清除血氨及胺類，合成尿素。清除血氨及胺類，合成尿素。4.4.肝是維生素代謝的主要器官肝是維生素代謝的主要器官脂溶性維生素的吸收。脂溶性維生素的吸收。維生素的儲存維生素的儲存是是Vit A、E、K和和B12的主要儲存場所。的主要儲存場所。維生素的運輸維生素的運輸視黃醇結(jié)合蛋白的合成，視黃醇結(jié)合蛋白的合成，Vit D結(jié)合蛋白的合結(jié)合蛋白的合成。成。維生素的轉(zhuǎn)化維生素的轉(zhuǎn)化Vit D3 25-(OH)-Vit D3；水溶性維生素水溶性維生素輔酶的組成成分。輔酶的組

25、成成分。5.5.肝是生物轉(zhuǎn)化的主要器官肝是生物轉(zhuǎn)化的主要器官主要涉及內(nèi)源性生物活性物質(zhì)（如激素）的滅主要涉及內(nèi)源性生物活性物質(zhì)（如激素）的滅活以及外源性藥物和毒物的轉(zhuǎn)化和排泄。活以及外源性藥物和毒物的轉(zhuǎn)化和排泄。（二）肝外組織器官在物質(zhì)代謝中的作用（二）肝外組織器官在物質(zhì)代謝中的作用1.1.心肌優(yōu)先利用脂肪酸氧化分解供能心肌優(yōu)先利用脂肪酸氧化分解供能(1)(1)心肌可利用多種營養(yǎng)物質(zhì)及其代謝中間產(chǎn)物為能源心肌可利用多種營養(yǎng)物質(zhì)及其代謝中間產(chǎn)物為能源可供心肌利用的營養(yǎng)物質(zhì)主要是脂肪酸、酮體和乳酸，可供心肌利用的營養(yǎng)物質(zhì)主要是脂肪酸、酮體和乳酸，但在飽食狀態(tài)下也可利用葡萄糖。但在飽食狀態(tài)下也可利用

26、葡萄糖。(2)(2)心肌細胞分解營養(yǎng)物質(zhì)供能方式以有氧氧化為主心肌細胞分解營養(yǎng)物質(zhì)供能方式以有氧氧化為主心肌細胞富含肌紅蛋白和線粒體，故能有效利用氧進心肌細胞富含肌紅蛋白和線粒體，故能有效利用氧進行有氧氧化。行有氧氧化。2.2.腦主要利用葡萄糖供能且耗氧量大腦主要利用葡萄糖供能且耗氧量大(1)(1)葡萄糖和酮體是腦的主要能量物質(zhì)葡萄糖和酮體是腦的主要能量物質(zhì)正常情況下，腦主要正常情況下，腦主要通過氧化分解通過氧化分解血糖血糖獲獲得能量，但在長期饑得能量，但在長期饑餓情況下，也可利用餓情況下，也可利用酮體酮體供能。供能。(2)(2)腦耗氧量占全身耗氧量的腦耗氧量占全身耗氧量的20%25%腦是靜息

27、狀態(tài)下耗氧量最大的器官，說明腦功能復(fù)雜，腦是靜息狀態(tài)下耗氧量最大的器官，說明腦功能復(fù)雜，能量需要大，且主要經(jīng)有氧氧化分解獲得能量。能量需要大，且主要經(jīng)有氧氧化分解獲得能量。(3)(3)腦具有特異的氨基酸及其代謝調(diào)節(jié)機制腦具有特異的氨基酸及其代謝調(diào)節(jié)機制腦中游離氨基酸以谷氨酸最多，且具有特定的游離氨腦中游離氨基酸以谷氨酸最多，且具有特定的游離氨基酸含量譜。基酸含量譜。聯(lián)合脫氨基作用主要通過腺苷酸脫氨酶進行。聯(lián)合脫氨基作用主要通過腺苷酸脫氨酶進行。(1) (1) 短期饑餓狀態(tài)：禁食過夜期間短期饑餓狀態(tài)：禁食過夜期間(2) (2) 長期饑餓狀態(tài)：饑餓持續(xù)數(shù)周長期饑餓狀態(tài)：饑餓持續(xù)數(shù)周（一）饑餓狀態(tài)下

28、器官水平的代謝網(wǎng)絡(luò)（一）饑餓狀態(tài)下器官水平的代謝網(wǎng)絡(luò)二、不同狀態(tài)下二、不同狀態(tài)下器官水平的代謝網(wǎng)絡(luò)器官水平的代謝網(wǎng)絡(luò)Metabolic Network at Organ Level on Different Status1.1.短期饑餓狀態(tài)短期饑餓狀態(tài)腦腦能量能量葡萄糖葡萄糖肝肝 糖原糖原糖異生糖異生-氧化氧化能量能量脂肪酸脂肪酸酮體酮體脂肪組織脂肪組織甘油三酯甘油三酯甘油甘油骨骼肌骨骼肌 丙酮酸丙酮酸支鏈氨基酸支鏈氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)丙氨酸丙氨酸/ /谷氨酰胺谷氨酰胺能量能量紅細胞紅細胞 能量能量乳酸乳酸2.2.長期饑餓狀態(tài)長期饑餓狀態(tài)腦腦能量能量葡萄糖葡萄糖肝和腎肝和腎糖異生糖異生-氧化氧化

29、能量能量脂肪酸脂肪酸酮體酮體脂肪組織脂肪組織甘油三酯甘油三酯甘油甘油骨骼肌骨骼肌 丙酮酸丙酮酸支鏈氨基酸支鏈氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)能量能量紅細胞紅細胞能量能量乳酸乳酸丙氨酸丙氨酸/ /谷氨酰胺谷氨酰胺（二）飽食狀態(tài)下器官水平的代謝網(wǎng)絡(luò)（二）飽食狀態(tài)下器官水平的代謝網(wǎng)絡(luò)肝肝腦腦能量能量葡萄糖葡萄糖能量能量脂肪酸脂肪酸脂肪組織脂肪組織甘油三酯甘油三酯VLDLVLDL骨骼肌骨骼肌 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸乳糜微粒乳糜微粒小腸小腸消化消化淀粉淀粉甘油三酯甘油三酯蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)甘油三酯甘油三酯合成合成肝糖原肝糖原能量能量氧化分解氧化分解脂肪酸合成脂肪酸合成肌糖原肌糖原（三）（三）適度運動時器官水平的代謝網(wǎng)絡(luò)適

30、度運動時器官水平的代謝網(wǎng)絡(luò)乳酸乳酸乳酸乳酸腦腦能量能量葡萄糖葡萄糖肝肝 肝糖原肝糖原能量能量脂肪酸脂肪酸脂肪組織脂肪組織甘油三酯甘油三酯甘油甘油骨骼肌骨骼肌 糖無氧氧化糖無氧氧化肌糖原肌糖原能量能量紅細胞紅細胞能量能量糖異生糖異生-氧化氧化調(diào)節(jié)器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)的主要因素調(diào)節(jié)器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)的主要因素激素。激素。(1)(1)作用于膜受體的激素調(diào)節(jié)。作用于膜受體的激素調(diào)節(jié)。(2)(2)作用于胞內(nèi)受體的激素調(diào)節(jié)。作用于胞內(nèi)受體的激素調(diào)節(jié)。三、三、器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)器官水平代謝網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)Regulation of Metabolic Network at Organ Level（一）作用于膜受體的激素調(diào)節(jié)（一）作用于膜受體的激素調(diào)節(jié)作用規(guī)律是：激素作用規(guī)律是：激素+ +相應(yīng)的膜受相應(yīng)的膜受體體激素激素- -受體復(fù)合物受體復(fù)合物影響存影響存在于膜內(nèi)側(cè)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白或在于膜內(nèi)側(cè)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白或酶的催化活性酶的催化活性改變胞內(nèi)第二改變胞內(nèi)第二信使的濃度信使的濃度調(diào)節(jié)某種蛋白激調(diào)節(jié)某種蛋白激酶的活性酶的活性最終產(chǎn)生一系列的最終產(chǎn)生一系列的代謝及生理效應(yīng)。代謝及生理效應(yīng)。（二）作用于胞內(nèi)受體的激素調(diào)節(jié)（二）作用于胞內(nèi)受體的激素調(diào)節(jié)激素可透過細胞膜進入胞內(nèi)激素可透過細胞膜進入胞內(nèi)與胞液中的特異受與胞液中的特異受體結(jié)合形成體結(jié)合形成激素激素- -受體復(fù)合物受體復(fù)