1、第九章第九章 物質代謝的聯系與調節物質代謝的聯系與調節Metabolic Interrelationships and Regulation第一節第一節 物質代謝的特點物質代謝的特點第二節第二節 物質代謝的相互聯系物質代謝的相互聯系第三節第三節 某些組織、器官的代謝特點某些組織、器官的代謝特點第四節第四節 代謝調節（重點）代謝調節（重點）（了解，自學）（了解，自學）第一節第一節 物質代謝的特點物質代謝的特點 體內各種物質（糖、脂、蛋白質、水、體內各種物質（糖、脂、蛋白質、水、無機鹽和維生素等）的代謝構成一個統一的無機鹽和維生素等）的代謝構成一個統一的整體。整體。（一）整體性（一）整體性彼此相互

2、聯系彼此相互聯系彼此相互轉化彼此相互轉化彼此相互依存彼此相互依存（二）物質代謝與能量代謝相偶聯（二）物質代謝與能量代謝相偶聯新陳代謝新陳代謝同化同化作用作用異化異化作用作用物質物質合成合成吸收吸收能量能量物質物質分解分解釋放釋放能量能量物質物質代謝代謝能量能量代謝代謝 直線途徑直線途徑( (如如- -氧化氧化) ) 分支途徑分支途徑( (如許多分支點如許多分支點: :丙酮酸等丙酮酸等) ) 循環途徑循環途徑( (如如TACTAC、鳥氨酸循環等、鳥氨酸循環等) )（三）代謝途徑的多樣性（三）代謝途徑的多樣性幻燈片 7丙酮酸丙酮酸糖糖草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA糖糖天冬氨酸天冬氨酸丙氨酸丙氨酸乳

3、酸乳酸 機體存在精細的調節機制，使各種機體存在精細的調節機制，使各種物質代謝能適應內外環境的變化。物質代謝能適應內外環境的變化。調節各種物質代謝的調節各種物質代謝的強度強度調節各種物質代謝的調節各種物質代謝的方向方向調節各種物質代謝的調節各種物質代謝的速度速度（四）代謝調節（四）代謝調節（五）物質代謝的組織特異性（五）物質代謝的組織特異性不同的組不同的組織、器官織、器官結構不同結構不同酶系的種類酶系的種類、含量不同、含量不同代謝途徑不同代謝途徑不同、功能各異、功能各異v肝臟含糖、脂、蛋白質代謝的各種酶肝臟含糖、脂、蛋白質代謝的各種酶系，是物質代謝的總樞紐。系，是物質代謝的總樞紐。 同一種代謝物

4、共同參加到同一代同一種代謝物共同參加到同一代謝池中代謝。謝池中代謝。 如：血糖代謝池、氨基酸代謝池等如：血糖代謝池、氨基酸代謝池等（六）各種代謝物均具有共同的代謝池（六）各種代謝物均具有共同的代謝池（七）（七）ATP是機體能量儲存和利用的共同形式是機體能量儲存和利用的共同形式 生物合成、肌肉收縮、物質的主動轉生物合成、肌肉收縮、物質的主動轉運等均需要消耗運等均需要消耗ATP營養物營養物分解分解釋放釋放能量能量ADP+PiATP直直接接供供能能（八）（八）NADPH為某些物質合成提供還原當量為某些物質合成提供還原當量脂酸、膽固醇等脂酸、膽固醇等乙酰乙酰CoA磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑NADPH +

5、 H+第二節第二節 物質代謝的相互聯系物質代謝的相互聯系Metabolic Interrelationships一、在能量代謝上的相互聯系一、在能量代謝上的相互聯系三大營養素三大營養素糖糖脂肪脂肪蛋白質蛋白質共同中共同中間產物間產物乙酰乙酰CoACoA2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCOCO2 2共同最終共同最終代謝通路代謝通路TAC三大營養素可在體內氧化供能三大營養素可在體內氧化供能從能量供應角度看，三大營養素可以相互從能量供應角度看，三大營養素可以相互代替，并相互制約。代替，并相互制約。一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節約蛋白質的消耗。節約蛋白質的

6、消耗。任一供能物質的代謝占優勢，常能抑制和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。節約其他物質的降解。二、糖、脂和蛋白質代謝之間的相互聯系二、糖、脂和蛋白質代謝之間的相互聯系（一）糖代謝與脂代謝的相互聯系（一）糖代謝與脂代謝的相互聯系攝糖過多攝糖過多變構變構+乙酰輔酶乙酰輔酶A羧化酶羧化酶合成合成+脂肪酸脂肪酸儲脂儲脂 肥胖肥胖及血及血TG 檸檬酸檸檬酸 合成糖原儲存（肝、肌肉）合成糖原儲存（肝、肌肉）乙酰輔酶乙酰輔酶A*糖可以轉變為脂肪糖可以轉變為脂肪*脂肪的甘油部分能在體內轉變為糖，脂肪的甘油部分能在體內轉變為糖，但但脂酸不能轉變為糖脂酸不能轉變為糖脂肪脂肪脂肪酸脂肪酸 動

7、員動員甘油甘油糖糖（少）（少）-磷酸甘油磷酸甘油 （少）（少）乙酰乙酰CoA（多）（多） *糖代謝的正常糖代謝的正常進行是脂肪分進行是脂肪分解代謝順利進解代謝順利進行的前提行的前提糖代謝糖代謝 草酰乙酸草酰乙酸 三羧酸三羧酸循環循環 糖異生糖異生高血酮癥高血酮癥DMv糖可以轉變為膽固醇，也能為磷脂糖可以轉變為膽固醇，也能為磷脂合成提供原料。合成提供原料。 v膽固醇不能轉變為糖，磷酸甘油磷膽固醇不能轉變為糖，磷酸甘油磷脂中的甘油部分可以轉變成糖。脂中的甘油部分可以轉變成糖。 （一）糖代謝與脂代謝的相互聯系（一）糖代謝與脂代謝的相互聯系除除生酮生酮aa（Leu和和Lys）外，其余）外，其余aa均可

8、生均可生成成 -酮酸酮酸，并循糖異生途徑轉變為糖。，并循糖異生途徑轉變為糖。 生酮兼生糖氨基酸：生酮兼生糖氨基酸： 異亮、酪、蘇、苯丙、色異亮、酪、蘇、苯丙、色糖代謝中間產物可氨基化轉變為糖代謝中間產物可氨基化轉變為非必需非必需aa（但（但不能不能轉變成轉變成8種必需種必需aa）。）。食物中蛋白質食物中蛋白質能能代替糖、脂供能，但食物代替糖、脂供能，但食物中糖、脂中糖、脂不能完全代替不能完全代替蛋白質。蛋白質。（二）糖代謝與氨基酸代謝的相互聯系（二）糖代謝與氨基酸代謝的相互聯系 所有所有aa均能分解生成乙酰均能分解生成乙酰CoA，用于，用于脂脂 肪、膽固醇合成。肪、膽固醇合成。aa（如如Ser

9、）亦可作為磷脂合成原料。）亦可作為磷脂合成原料。僅脂肪動員的僅脂肪動員的甘油甘油可進入糖酵解途徑可進入糖酵解途徑并轉變為并轉變為非必需非必需aa（但不能轉變成（但不能轉變成8種種必需必需aa）。）。脂酸不能轉變為任何氨基酸。脂酸不能轉變為任何氨基酸。 （三）脂類代謝與氨基酸代謝的相互聯系（三）脂類代謝與氨基酸代謝的相互聯系Gly、Asp、Gln及一碳單位是合成及一碳單位是合成嘌呤的原料嘌呤的原料Asp、Gln及一碳單位是合成嘧啶及一碳單位是合成嘧啶的原料的原料磷酸戊糖途徑為核苷酸合成提供磷酸戊糖途徑為核苷酸合成提供5-磷酸核糖，為大多數脫氧核苷酸的磷酸核糖，為大多數脫氧核苷酸的合成提供合成提供

10、NADPH+H+（四）核（四）核苷苷酸與氨基酸、糖代謝的相互關系酸與氨基酸、糖代謝的相互關系脂肪脂肪Leu、LysTyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro酮體、膽固醇酮體、膽固醇AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸磷酸丙糖磷酸丙糖第三節第三節 組織器官的代謝特點及聯系組織器官的代謝特點及聯系（了解，自學）（了解，自學）第四節第四節 代謝調節代謝調節（重點與難點）（重點與難點）代謝調節作用的代謝調節作用的三三個水平：個水平： 細胞水

11、平細胞水平的代謝調節（酶活性和酶量，代謝的代謝調節（酶活性和酶量，代謝物濃度，區室化）物濃度，區室化）-本章重點本章重點 激素水平激素水平的代謝調節（內分泌細胞的代謝調節（內分泌細胞激素激素細胞內代謝）細胞內代謝） 整體水平整體水平的代謝調節（中樞神經的代謝調節（中樞神經神經遞質神經遞質效應器效應器激素分泌激素分泌細胞內代謝）細胞內代謝）（一）細胞內酶的隔離分布（區室化）（一）細胞內酶的隔離分布（區室化）胞液：胞液：糖酵解、糖原合成糖酵解、糖原合成與分解、糖異生、磷酸戊與分解、糖異生、磷酸戊糖途徑、脂酸合成糖途徑、脂酸合成酶系酶系一、細胞水平的代謝調節一、細胞水平的代謝調節胞核：胞核：核酸合成

12、核酸合成酶系酶系線粒體線粒體：三羧酸循環、氧三羧酸循環、氧化磷酸化、呼吸鏈、脂酸化磷酸化、呼吸鏈、脂酸氧化氧化酶系酶系關鍵酶（調節酶、限速酶）的概念關鍵酶（調節酶、限速酶）的概念 一個代謝途徑的速度和方向，一個代謝途徑的速度和方向，常由一個或幾個具有調節作用的關鍵常由一個或幾個具有調節作用的關鍵酶的活性所決定。這些調節代謝的酶酶的活性所決定。這些調節代謝的酶稱稱調節酶調節酶（regulatory enzyme）或）或關關鍵酶鍵酶（key enzyme）或）或限速酶限速酶（limting velocity enzyme） 1. 所催化的反應所催化的反應速度最慢速度最慢，故又稱故又稱限速酶限速酶；

13、關鍵酶的特點關鍵酶的特點2. 催化單向反應或非平衡反應，故能決定催化單向反應或非平衡反應，故能決定 整個代謝途徑的整個代謝途徑的方向方向；3. 常處于代謝途徑的常處于代謝途徑的起始部位或分支處起始部位或分支處； 4. 酶活性除受底物影響外，還受多種酶活性除受底物影響外，還受多種代代 謝物或效應劑謝物或效應劑的調節。的調節。糖酵解糖酵解 HK， PFK-1， PK糖有氧氧化糖有氧氧化 HK ，PFK-1， PK 丙酮酸脫氫酶復合體，檸檬酸合酶，丙酮酸脫氫酶復合體，檸檬酸合酶， 異檸檬酸脫氫酶，異檸檬酸脫氫酶，-酮戊二酸脫氫酶復合體酮戊二酸脫氫酶復合體糖異生糖異生 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶，果糖磷

14、酸酶，果糖1,6-二磷酸酶二磷酸酶-1 丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑 G-6-PD糖原合成糖原合成 糖原糖原合合酶酶糖原分解糖原分解 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶某些重要代謝途徑的關鍵酶某些重要代謝途徑的關鍵酶代謝途徑代謝途徑 關鍵酶關鍵酶脂肪動員脂肪動員 HSL（甘油三酯脂肪酶）（甘油三酯脂肪酶）脂酸氧化脂酸氧化 肉堿脂酰轉移酶肉堿脂酰轉移酶-I（CAT-I）酮體合成酮體合成 HMGCoA合酶合酶脂酸合成脂酸合成 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶膽固醇合成膽固醇合成 HMGCoA還原酶還原酶尿素合成尿素合成 CPS-I，精氨酸代琥珀酸

15、合成酶，精氨酸代琥珀酸合成酶嘌呤核苷酸從頭合成嘌呤核苷酸從頭合成 PRPP合成酶，合成酶，PRPP酰胺轉移酶酰胺轉移酶嘧啶核苷酸從頭合成嘧啶核苷酸從頭合成 CPS-II，Asp氨基甲酰基轉移酶，氨基甲酰基轉移酶， PRPP合成酶合成酶某些重要代謝途徑的關鍵酶某些重要代謝途徑的關鍵酶代謝途徑代謝途徑 關鍵酶關鍵酶變構調節變構調節共價共價(化學化學)修飾調節修飾調節代謝調節主要通過對關鍵酶活性的調節實現代謝調節主要通過對關鍵酶活性的調節實現快速調節快速調節(數秒數秒數分數分)遲緩調節遲緩調節(數小時數小時數天數天)酶的代謝調節酶的代謝調節酶量酶量的調節的調節酶蛋白酶蛋白的的合成合成酶蛋白酶蛋白的的

16、降解降解酶活性酶活性調節調節( (二二) ) 關鍵酶的變構調節關鍵酶的變構調節1. 變構調節的概念變構調節的概念（allosteric regulation） 小分子小分子化合物化合物與與酶酶蛋白分子蛋白分子活性活性中心以外中心以外的部位的部位非共價非共價結合，使結合，使酶蛋酶蛋白構象白構象發生變化，從而增強或減弱酶發生變化，從而增強或減弱酶的的活性活性。 變構部位變構部位(別構部位別構部位) allosteric site 與變構效應劑結合的部位與變構效應劑結合的部位變構酶變構酶(別構酶別構酶) allosteric enzyme 被變構調節的酶被變構調節的酶變構效應劑變構效應劑 allos

17、teric effector 使酶發生變構效應的物質使酶發生變構效應的物質2. 變構調節的機制變構調節的機制變構酶變構酶( (寡聚酶寡聚酶) )催化亞基催化亞基調節亞基調節亞基與底物結合與底物結合起催化作用起催化作用與變構效應劑與變構效應劑非共價非共價結合起調節作用結合起調節作用變構效應劑的種類：變構效應劑的種類：底物、代謝終產物、代謝中間產物、底物、代謝終產物、代謝中間產物、其他小分子代謝物其他小分子代謝物酶活性的變構調節酶活性的變構調節(抑制抑制)示意圖示意圖變構劑變構劑酶酶底物底物活活性性中中心心變變構構中中心心變構效應變構效應3. 變構調節的生理意義變構調節的生理意義 代謝終產物反饋抑

18、制代謝終產物反饋抑制 (feedback inhibition) 反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoA長鏈脂酰長鏈脂酰CoA變構調節使能量得以有效變構調節使能量得以有效貯存貯存 G-6-P+糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制抑制糖原分解糖原分解糖原合酶糖原合酶促進促進糖糖原合成原合成血糖升高血糖升高促進促進糖的儲存糖的儲存變構調節變構調節維持代謝物的動態平衡維持代謝物的動態平衡 ATP（）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1（）糖分解糖分解丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶-1 （

19、+）（+）糖異生糖異生 血糖濃度恒定血糖濃度恒定 變構調節使不同的代謝途徑相互協調變構調節使不同的代謝途徑相互協調檸檬酸檸檬酸+6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1抑制抑制糖的氧化糖的氧化 乙酰輔酶乙酰輔酶A 羧化酶羧化酶 促進促進脂酸的合成脂酸的合成血糖升高血糖升高糖酵解糖酵解 己糖激酶己糖激酶 AMP,ADP,FDP,Pi G-6-P, ATP PFK-1 2,6-二二磷酸果磷酸果糖糖 檸檬酸檸檬酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 ATP,乙酰乙酰CoA TAC 檸檬酸合酶檸檬酸合酶 AMP ATP,長鏈脂酰長鏈脂酰CoA 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 AMP,ADP ATP 糖異生糖異生 丙酮酸羧化酶

20、丙酮酸羧化酶 乙酰乙酰CoA, ATP AMP糖原分解糖原分解 磷酸化酶磷酸化酶b AMP,G-1-P,Pi ATP,G-6-P脂酸合成脂酸合成 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶 檸檬酸檸檬酸,異異,ATP 長鏈脂酰長鏈脂酰CoA 氨基酸代謝氨基酸代謝 谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶 ADP,亮氨酸亮氨酸,蛋氨酸蛋氨酸 GTP,ATP,NADH嘌呤合成嘌呤合成 Gln-PRPP酰胺轉移酶酰胺轉移酶 AMP,GMP嘧啶合成嘧啶合成 Asp轉甲酰酶轉甲酰酶 CTP,UMP核酸合成核酸合成 脫氧胸苷激酶脫氧胸苷激酶 dCTP,dATP dTTP 一些代謝途徑中的變構酶及其變構劑一些代謝途徑中的變構酶及其變構劑(

21、11-4)代謝途徑代謝途徑 變構酶變構酶 變構激活劑變構激活劑 變構抑制劑變構抑制劑（三）酶的化學修飾調節（三）酶的化學修飾調節概念概念 酶蛋白分子上的某些氨基酸殘基上酶蛋白分子上的某些氨基酸殘基上的功能基團在不同酶催化下發生可逆的的功能基團在不同酶催化下發生可逆的共價修飾共價修飾，從而引起酶活性變化的一種，從而引起酶活性變化的一種調節稱為酶的調節稱為酶的化學修飾調節化學修飾調節 （chemical modification regulation ） 或共價修飾調節或共價修飾調節 （covalent modification regulation）屬快速調節，包括屬快速調節，包括: :磷酸化磷

22、酸化/ /脫（去）磷酸化脫（去）磷酸化( (最常見最常見) )乙酰化乙酰化/脫乙酰化脫乙酰化甲基化甲基化/去甲基化去甲基化腺苷化與脫腺苷腺苷化與脫腺苷SH/-S-S-酶的磷酸化與脫磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化酶蛋白酶蛋白磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶PiH 2O蛋白激酶蛋白激酶ATPADPMg2+酶蛋白酶蛋白ThrSerTyrOHThrSerTyrO-PO32-The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1992for their discoveries concerning reversible protein phosphorylation as a bio

23、logical regulatory mechanismEdmond H. Fischer Edwin G. Krebs University of Washington，Seattle, WA, USA 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 糖原合酶糖原合酶磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2 果糖雙磷酸酶果糖雙磷酸酶-2 丙酮酸脫氫酶復合體丙酮酸脫氫酶復合體HMGCoA還原酶激酶還原酶激酶 HMGCoA還原酶還原酶激素敏感性脂肪酶激素敏感性脂肪酶 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶激活（磷酸化）激活（磷酸化）/抑制（脫磷酸）抑制（脫磷酸） 抑制（磷酸化）抑制（磷酸化）/激活（脫磷酸）激

24、活（脫磷酸） 表表11-5 磷酸化磷酸化/脫磷酸對酶活性的調節脫磷酸對酶活性的調節2. 酶促化學修飾的特點酶促化學修飾的特點(1) 化學修飾酶一般都具有化學修飾酶一般都具有無活性（低活性）無活性（低活性）和和有活性（高活性）有活性（高活性）兩種形式，它們之間在兩種形式，它們之間在兩種不兩種不同的酶同的酶催化下可相互轉變。酶受激素調節。催化下可相互轉變。酶受激素調節。(可控可控)(2) 化學修飾由酶催化引起化學修飾由酶催化引起共價鍵共價鍵的變化，酶促的變化，酶促反應具有反應具有級聯放大效應級聯放大效應。（效率高）（效率高）(3) 磷酸化與脫磷酸是最常見的。磷酸化與脫磷酸是最常見的。( (經濟有效

25、經濟有效) )(4) )細胞內同一關鍵酶同受細胞內同一關鍵酶同受化學修飾與變構調節的化學修飾與變構調節的雙重調節雙重調節，兩種調節方式相輔相成。，兩種調節方式相輔相成。（完善）（完善）（四）酶量的調節（四）酶量的調節概念：概念：在不同環境因素和生理狀況下，某在不同環境因素和生理狀況下，某些酶的些酶的合成或降解合成或降解速率發生適應性變化，速率發生適應性變化，引起細胞內酶量發生相應增減，藉此調節引起細胞內酶量發生相應增減，藉此調節體內的物質代謝。體內的物質代謝。特點：特點：所需時間較長，消耗所需時間較長，消耗ATP較多，屬較多，屬遲緩調節遲緩調節。1. 酶蛋白合成的誘導與阻遏酶蛋白合成的誘導與阻

26、遏 酶的酶的底物、激素或藥物底物、激素或藥物可作為酶的誘可作為酶的誘導劑，代謝導劑，代謝產物產物可作為酶的阻遏劑。可作為酶的阻遏劑。誘導劑誘導劑(inducer) 加速加速酶蛋白合成的化合物酶蛋白合成的化合物阻遏劑阻遏劑(repressor) 減少減少酶蛋白合成的化合物酶蛋白合成的化合物1. 酶蛋白合成的誘導與阻遏酶蛋白合成的誘導與阻遏（1）底物對酶合成的誘導）底物對酶合成的誘導例：例：酪蛋白（飼料）酪蛋白（飼料）+精氨酸酶量（鼠肝）精氨酸酶量（鼠肝）+尿素的生成尿素的生成（2）產物對酶合成的阻遏）產物對酶合成的阻遏例：例：膽固醇膽固醇 HMG-CoA還還原酶量（肝）原酶量（肝） （3）激素對

27、酶合成的誘導）激素對酶合成的誘導糖皮質激素糖皮質激素糖異生糖異生4種限速酶量種限速酶量+（4）藥物對酶合成的誘導）藥物對酶合成的誘導苯巴比妥苯巴比妥葡萄糖醛酸基轉移葡萄糖醛酸基轉移酶（肝微粒體）酶（肝微粒體）+1. 酶蛋白合成的誘導與阻遏酶蛋白合成的誘導與阻遏2. 酶蛋白的降解酶蛋白的降解血游離膽紅素血游離膽紅素新生兒黃疸的治療新生兒黃疸的治療二、激素水平的調節二、激素水平的調節 通過內分泌細胞或內分泌器通過內分泌細胞或內分泌器官分泌的官分泌的激素來影響細胞水平調激素來影響細胞水平調節節的方式。的方式。（一）饑餓（一）饑餓代謝變化的基本規律：代謝變化的基本規律： 基本表現為各個組織細胞從依賴食基本表現為各個組織細胞從依賴食物提供葡萄糖，逐步轉變并適應以自身物提供葡萄糖，逐步轉變并適應以自身儲脂為主要能量來源的過程；儲脂為主要能量來源的過程；蛋白質分解提供能量也明顯蛋白質分解提供能量也明顯；氮平衡轉向負氮平衡。氮平衡轉向負氮平衡。三、整體調節三、整體調節糖原消耗糖原消耗胰島素分泌胰島素分泌胰高血糖素胰高血糖素分泌分泌引起一系列的代謝變化引起一系列的代謝變化1. 短期饑餓短期饑餓血糖趨于降低血糖趨于降低短期饑餓的代謝變化短期饑餓的