第9章物質代謝的聯系與調節MetabolicInterrelationships&Regulation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體內重要組織、器官的代謝特點及聯系第四節代謝調節方式物質代謝的特點TheSpecialtyofMetabolism第一節一、體內各種物質代謝過程互相聯系形成一個整體

糖類脂類蛋白質水

無機鹽維生素

消化吸收中間代謝廢物排泄

體內各種物質的代謝不是孤立進行的，是同時的，相互聯系，相互轉變，相互依存，構成統一的整體。糖、脂能AA合成代謝分解代謝蛋白整體性例：（E,H）二、機體物質代謝不斷受到精細調節機體有精細的調節機制，調節代謝的強度、方向和速度內外環境不斷變化影響機體代謝適應環境的變化三、各組織、器官物質代謝各具特色結構不同酶系的種類、含量不同不同的組織、器官代謝途徑不同、功能各異四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池例如：各種組織

消化吸收的糖

肝糖原分解糖異生血糖五、ATP是機體儲存能量和消耗能量的共同形式營養物分解釋放能量ADP+PiATP直接供能六、NADPH提供合成代謝所需的還原當量例如：乙酰CoANADPH+H+脂酸、膽固醇

磷酸戊糖途徑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體內重要組織、器官的代謝特點及聯系第四節代謝調節方式物質代謝的相互聯系MetabolicInterrelationships第二節一、各種能量物質的代謝相互聯系相互制約三大營養素共同中間產物共同最終代謝通路糖脂肪蛋白質乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2三大營養素可在體內氧化供能。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，機體優先利用燃料的次序是糖原、脂肪和蛋白質。供能以糖及脂為主，并盡量節約蛋白質的消耗。

脂肪分解增強ATP增多ATP/ADP比值增高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。糖分解被抑制

6-磷酸果糖激酶-1被抑制(糖分解代謝限速酶之一)例如：饑餓時：肝糖原分解，肌糖原分解

肝糖異生，蛋白質分解以脂酸、酮體分解供能為主蛋白質分解明顯降低1~2天3~4周二、糖、脂和蛋白質代謝通過中間代謝物而相互聯系

（一）糖代謝與脂代謝（二）糖代謝與氨基酸代謝糖脂氨基酸核酸（三）脂代謝與氨基酸代謝（四）核酸與氨基酸代謝堿基核糖糖：不能生成必需氨基酸氨基酸：可異生成糖

（除Leu,lys）3葡萄糖、糖原丙酮酸乙酰CoA脂肪Leu、Lys草酰乙酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro膽固醇、酮體AlaTrpSerGlyThrCys甘油脂酸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體內重要組織、器官的代謝特點及聯系第四節代謝調節方式體內重要組織、器官的代謝特點及聯系MetabolicSpecialty&InterrelationshipsofImportantTissues&ApparatusintheBody第三節結構不同，功能各異酶系組成、含量不同血液循環

CNS統一整體各具特色4在糖、脂、蛋白質、水、鹽及維生素代謝中均具有獨特而重要的作用。合成、儲存糖原分解糖原生成葡萄糖，釋放入血是糖異生的主要器官肝在糖代謝中的作用例如：——肝在維持血糖穩定中起重要作用。一、肝是人體最重要的物質代謝中心和樞紐酮體乳酸游離脂酸葡萄糖正常優先以脂酸為燃料產生ATP。能量可依次以消耗自由脂酸、葡萄糖、酮體等能源物質提供。

二、心可利用多種能源物質，以有氧氧化為主耗能大，耗氧多。葡萄糖為主要能源，每天消耗約100g。

不能利用脂酸，葡萄糖供應不足時，利用酮體。

三、腦主要利用葡萄糖供能且耗氧量大合成、儲存肌糖原；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。四、肌肉主要氧化脂肪酸，強烈運動產生大量乳酸五、糖酵解是為成熟紅細胞提供能量的主要途徑紅細胞沒有線粒體，每天消耗1520g葡萄糖。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。

六、脂肪組織是合成、儲存脂肪的重要組織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。七、腎是可進行糖異生和生成酮體兩種代謝的器官器官組織特有的酶功能主要代謝途徑主要供能物質代謝和輸出的產物肝葡萄糖激酶，葡萄糖-6-磷酸酶，甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶代謝樞紐糖異生，脂酸β-氧化，糖有氧氧化，糖原代謝，酮體生成等葡萄糖，脂酸，乳酸，甘油，氨基酸葡萄糖，VLDL，HDL，酮體等腦神經中樞糖有氧氧化，糖酵解，氨基酸代謝葡萄糖，脂酸，酮體，氨基酸等乳酸，CO2,H2O心脂蛋白脂酶，呼吸鏈豐富泵出血液有氧氧化脂酸，葡萄糖，酮體，VLDLCO2，H2O脂肪組織脂蛋白脂酶，激素敏感脂肪酶儲存及動員脂肪酯化脂酸，脂解VLDL，CM游離脂酸，甘油骨骼肌脂蛋白脂酶，呼吸鏈豐富收縮有氧氧化，糖酵解脂酸，葡萄糖，酮體乳酸，CO2，H2O腎甘油激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶排泄尿液糖異生，糖酵解，酮體生成脂酸，葡萄糖，乳酸，甘油葡萄糖紅細胞無線粒體運輸氧糖酵解葡萄糖乳酸重要器官及組織氧化供能的特點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體內重要組織、器官的代謝特點及聯系第四節代謝調節方式代謝調節方式TheWayforRegulationofMetabolism第四節代謝調節普遍存在于生物界，是生物的重要特征。主要通過細胞內代謝物濃度的變化，對酶的活性及含量進行調節，這種調節稱為原始調節或細胞水平代謝調節。單細胞生物高等生物——三級水平代謝調節細胞水平代謝調節激素水平代謝調節高等生物在進化過程中，出現了專司調節功能的內分泌細胞及內分泌器官，其分泌的激素可對其他細胞發揮代謝調節作用。整體水平代謝調節在中樞神經系統的控制下，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及功能，并通過各種激素的互相協調而對機體代謝進行綜合調節。

一、細胞水平的代謝調節主要調節關鍵酶活性?細胞水平的代謝調節主要是酶水平的調節。?細胞內酶呈隔離分布。?代謝途徑的速度、方向由其中的關鍵酶(keyenzyme)的活性決定。?代謝調節主要是通過對關鍵酶活性的調節而實現的。（一）細胞酶系有特定細胞和亞細胞區域的隔離分布代謝途徑有關酶類常常組成多酶體系，分布于細胞的某一區域。多酶體系分布多酶體系分布DNA及RNA合成細胞核糖酵解胞液蛋白質合成內質網，胞液戊糖磷酸途徑胞液糖原合成胞液糖異生胞液脂酸合成胞液脂酸β氧化線粒體膽固醇合成內質網，胞液多種水解酶溶酶體磷脂合成內質網三羧酸循環線粒體血紅素合成胞液，線粒體氧化磷酸化線粒體尿素合成胞液，線粒體呼吸鏈線粒體主要代謝途徑多酶體系在細胞內的分布

乙酰CoAFA合成酶系

FA無意義循環例：ATP脂酰CoAβ-[O]乙酰CoA線粒體胞液6有氧氧化糖不足糖充足Glc酶隔離分布的意義:提高同一代謝途徑酶促反應速率。使各種代謝途徑互不干擾，彼此協調，有利于調節物對各途徑的特異調節。關鍵步驟關鍵酶代謝途徑是一系列酶促反應組成的，其速度及方向由其中的關鍵酶決定。①速度最慢，它的速度決定整個代謝途徑的總速度，故又稱其為限速酶(limitingvelocityenzymes)。②催化單向反應不可逆或非平衡反應，它的活性決定整個代謝途徑的方向。③這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應劑的調節。關鍵酶催化的反應具有以下特點：代謝途徑關鍵酶糖原降解磷酸化酶糖原合成糖原合酶糖酵解己糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶糖有氧氧化丙酮酸脫氫酶系檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶糖異生丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖雙磷酸酶-1脂酸合成乙酰輔酶A羧化酶膽固醇合成HMG輔酶A還原酶某些重要代謝途徑的關鍵酶①快速代謝

②遲緩代謝數秒、數分鐘通過改變酶的活性數小時、幾天通過改變酶的含量變構調節(allostericregulation)化學修飾調節

(chemicalmodification)代謝調節主要是通過對關鍵酶活性的調節而實現的。1．代謝途徑關鍵酶多數受到變構調節

小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結合，引起酶蛋白分子構象變化，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。（二）小分子代謝物改變關鍵酶構象對酶活性變構調節被調節的酶稱為變構酶或別構酶(allostericenzyme)。使酶發生變構效應的物質，稱為變構效應劑(allosteric

effector)

。?變構激活劑allostericeffector——引起酶活性增加的變構效應劑。?變構抑制劑allostericeffector——引起酶活性降低的變構效應劑。代謝途徑變構酶變構激活劑變構抑制劑糖酵解己糖激酶AMP、ADP、FDP、PiG-6-P磷酸果糖激酶-1FDP檸檬酸丙酮酸激酶ATP，乙酰CoA三羧酸循環檸檬酸合酶AMPATP，長鏈脂酰CoA異檸檬酸脫氫酶AMP，ADPATP糖異生丙酮酸羧化酶乙酰CoA，ATPAMP糖原分解磷酸化酶bAMP，G-1-P，PiATP，G-6-P脂酸合成乙酰輔酶A羧化酶檸檬酸，異檸檬酸長鏈脂酰CoA氨基酸代謝谷氨酸脫氫酶ADP，亮氨酸，蛋氨酸GTP，ATP，NADH嘌呤合成谷氨酰胺PRPP酰胺轉移酶AMP，GMP嘧啶合成天冬氨酸轉甲酰酶CTP，UTP核酸合成脫氧胸苷激酶dCTP，dATPdTTP一些代謝途徑中的變構酶及其變構效應劑2．代謝途徑的起始物或產物通過變構調節影響代謝途徑（機制）變構酶催化亞基調節亞基變構效應劑：底物、終產物其他小分子代謝物變構效應劑+酶的調節亞基酶的構象改變酶的活性改變（激活或抑制）疏松亞基聚合緊密亞基解聚酶分子多聚化3.變構調節的生理意義①

代謝終產物反饋抑制(feedbackinhibition)反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。乙酰CoA乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA長鏈脂酰CoA關鍵酶

②變構調節使能量得以有效利用，不致浪費。G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促進糖的儲存③變構調節使不同的代謝途徑相互協調。檸檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化乙酰輔酶A羧化酶促進脂酸的合成（三）關鍵酶活性可由酶的化學修飾調節1．通過對酶蛋白的化學修飾調節代謝途徑關鍵酶活性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(covalentmodification)，從而引起酶活性改變，這種調節稱為酶的化學修飾。化學修飾的主要方式：磷酸化---去磷酸乙酰化---脫乙酰甲基化---去甲基腺苷化---脫腺苷SH與–S—S–互變酶化學修飾類型酶活性改變糖原磷酸化酶磷酸化/脫磷酸激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化/脫磷酸激活/抑制糖原合酶磷酸化/脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫羧酶磷酸化/脫磷酸抑制/激活磷酸果糖激酶磷酸化/脫磷酸抑制/激活丙酮酸脫氫酶磷酸化/脫磷酸抑制/激活HMG-CoA還原酶磷酸化/脫磷酸抑制/激活HMG-CoA還原酶激酶磷酸化/脫磷酸激活/抑制乙酰CoA羧化酶磷酸化/脫磷酸抑制/激活脂肪細胞甘油三酯脂肪酶磷酸化/脫磷酸激活/抑制黃嘌呤氧化脫氫酶SH/-S-S-脫氫酶/氧化酶酶促化學修飾對酶活性的調節酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白2．酶促化學修飾的特點

：①酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態可互相轉變。催化互變反應的酶在體內可受調節因素如激素的調控。②具有放大效應，效率較變構調節高。③磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。磷酸化酶b的瀑布式酶促修飾反應腎上腺素磷酸化酶a磷酸化酶b活性磷酸化酶b激酶（磷酸化）無活性磷酸化酶b激酶（脫磷酸）活性蛋白激酶腺苷酸環化酶無活性蛋白激酶胰高血糖素+ADPATPADPATPcAMPATP+同一個酶可以同時受變構調節和化學修飾調節。例：二聚體糖原磷酸化酶存在磷酸化位點，且每個亞基都有催化部位和調節部位，因此，在受化學修飾的同時也可由AMP變構激活，并受ATP變構抑制

化學修飾和變構雙重調節的意義：變構調節是細胞的一種基本調節機制，效應劑濃度過低，難以發揮應急效應。當在應激狀態下，隨著腎上腺素的釋放，通過cAMP,啟動一系列的級聯酶促化學修飾反應，迅速有效地滿足機體的急需。（四）改變細胞內酶的含量可調節酶的活性1．調節酶蛋白含量可通過誘導或阻遏酶蛋白基因的表達加速酶合成的化合物稱為誘導劑(inducer)減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor)常見的誘導或阻遏方式:Ⅰ底物對酶合成的誘導和阻遏Ⅱ產物對酶合成的阻遏Ⅲ激素對酶合成的誘導Ⅳ藥物對酶合成的誘導2．調節細胞酶含量也可通過改變酶蛋白降解速度溶酶體蛋白酶體——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。內、外環境改變機體相關組織分泌激素激素與靶細胞上的受體結合靶細胞產生生物學效應，適應內外環境改變激素作用機制：二、激素通過作用特異受體調節代謝過程（體液調節）組織特異性和效應特異性∵特異性激素受體特點receptor（一）膜受體激素（二）胞內受體激素膜受體蛋白質類、肽類、兒茶酚胺類親水難以越過脂質雙層----與膜受體結合通過第二信使發揮作用細胞表面脂膜上的跨膜糖蛋白類固醇類、甲狀腺素、視黃酸等疏水可越過脂質雙層----與胞內受體結合激素-受體復合物-----DNA激素反應元件10化學修飾調節

膜受體激素胞內受體激素第二信使E酶含量調節激素受體示意圖細胞膜細胞核膜受體11HRE胞內受體三、機體通過神經系統及神經-體液途徑

整體調節體內物質代謝內外環境變化神經體液調節適應環境維持內環境相對恒定NS物質代謝（激素）（一）饑餓（二）應激主要矛盾:血糖↓

增加來源：糖異生↑

減少去路：葡萄糖利用↓

其他能源利用↑主要調節激素：

胰島素、胰高血糖素代謝綜合征(MetabolicSyndrome,MS)：以肥胖、高血壓、糖代謝及血脂異常等為主要臨床表現的癥候群。表現為心腦血管病的多種代謝危險因素在同一個體內集結的狀態。而超重和肥胖在MS發生、發展中起著決定性的作用。

（三）肥胖是多種因素引起的進食行為和能量代謝調節的紊亂體質性肥胖：青少年期多見的肥胖，主要由于脂肪細胞數量增加所致。獲得性肥胖：成人因營養過剩引起的肥胖，主要由于脂肪細胞體積增加，也有數量增加。1．肥胖者增加脂肪儲存有