第09章物质代谢的联系与调节

内质网，胞液 戊糖磷酸途径 胞液 胞液 内质网，胞液 糖异生 脂酸β氧化 多种水解酶
磷脂合成
血红素合成
内质网
胞液，线粒体
三羧酸循环
氧化磷酸化
线粒体
线粒体
尿素合成
胞液，线粒体
呼吸链
线粒体
目录
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。
目录
3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸 脂肪 甘油 磷酸甘油醛
糖酵解途径
丙酮酸 某些非必需氨基酸 其他α-酮酸 —— 但不能说，脂类可转变为氨基酸。
目录
（四）某些氨基酸是核苷酸/核酸合成的前体
1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料
天冬氨酸 谷氨酰胺 一碳单位
甘氨酸
合成嘌呤 2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供
甘油
甘油激酶
肝、肾、肠
磷酸-甘油
脂 肪
脂酸
葡 萄 糖
乙酰CoA
葡萄糖
目录
3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响 饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时：
脂肪大量动员 糖不足
酮体生成增加 草酰乙酸 相对不足 氧化受阻
目录
高酮血症
（二）体内糖与大部分氨基酸碳架部分可以 相互转变
1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的α-酮酸， 可转变为糖 例如：
目录
二、机体物质代谢不断受到精细调节
内外环境 不断变化 影响机体代谢
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适应环境 的变化
机体有精细的调节 机制，调节代谢的 强度、方向和速度
目录
三、各组织、器官物质代谢各具特色
结构不同 不同的组 织、器官 酶系的种类、 含量不同 代谢途径不同、 功能各异
目录
四、各种代谢物均具有各自共同的 代谢池

Metabolic Interrelationships
目录
一、各种能量物质的代谢相互联系 相互制约
三大营养素可在体内氧化供能。 三大营养素 糖 脂肪 乙酰CoA
2H
共同中 间产物
共同最终 代谢通路
TAC
CO2
蛋白质
ATP
目录
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
实现的。
目录
（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
多酶体系 DNA及RNA合成 蛋白质合成 糖原合成 脂酸合成 胆固醇合成 分布 细胞核 多酶体系 糖酵解 分布 胞液 胞液 胞液 线粒体 溶酶体
合成嘧啶
目录
葡萄糖、糖原
Ala Trp Ser Gly Thr Cys
脂肪 甘油
脂酸
丙酮酸 乙酰CoA
胆固醇、酮体
Leu、Lys
Asp
草酰乙酸
α- 酮戊二酸
Glu
Val, Ile, Met, Thr
Arg His Pro
Tyr Pro
延胡索酸
琥珀酸
第三节
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
目录
一、肝是人体最重要的物质代谢 中心和枢纽
在糖、脂、蛋白质、 水、盐及维生素代谢中均 具有独特而重要的作用。
例如： 肝在糖代谢中的作用
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
——肝在维持血糖稳定中起重要作用。
二、心可利用多种能源物质， 以有氧氧化为主
酮体 乳酸 游离脂酸 葡萄糖 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。
1．代谢途径关键酶多数受到变构调节 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。
目录
• 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。
目录
一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂
代谢途径 糖酵解 变构酶 己糖激酶 磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 三羧酸循环 糖异生 糖原分解 脂酸合成 氨基酸代谢 嘌呤合成 嘧啶合成 核酸合成 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 丙酮酸羧化酶 磷酸化酶b 乙酰辅酶A羧化酶 谷氨酸脱氢酶 谷氨酰胺PRPP酰胺 转移酶 天冬氨酸转甲酰酶 脱氧胸苷激酶 dCTP，dATP AMP AMP，ADP 乙酰CoA，ATP AMP，G-1-P，Pi 柠檬酸，异柠檬酸 ADP，亮氨酸，蛋氨酸 变构激活剂 AMP、ADP、FDP、Pi FDP 变构抑制剂 G-6-P 柠檬酸 ATP，乙酰CoA ATP，长链脂酰CoA ATP AMP ATP，G-6-P 长链脂酰CoA GTP，ATP，NADH AMP，GMP CTP，UTP dTTP
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。
目录
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： ATP 增多 ATP/ADP 比值增高
脂肪分解增强
糖分解被抑制
6-磷酸果糖激酶-1被抑制 (糖分解代谢限速酶之一)
目录
饥饿时：
肝糖原分解 ，肌糖原分解
1~2天 肝糖异生，蛋白质分解
肾
甘油激酶，磷酸 烯醇式丙酮酸羧 激酶 无线粒体
排泄尿液
糖异生，糖酵 解，酮体生成 糖酵解
脂酸，葡萄 糖，乳酸， 甘油 葡萄糖
葡萄糖
红细 胞
运输氧
乳酸
目录
第四节 代谢调节方式
The Way for Regulation of Metabolism
目录
代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。 单细胞生物 主要通过细胞内代谢物浓 度的变化，对酶的活性及含量
红细胞没有线粒
体，每天消耗1520g
葡萄糖。
目录
六、脂肪组织是合成、储存脂肪 的重要组织
• 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。
目录
七、肾是可进行糖异生和生成酮体 两种代谢的器官
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。
目录
重 要 器 官 及 组 织 氧 化 供 能 的 特 点
器官 组织
特有的酶
功能
主要代谢途径
主要供能物 质
代谢和输 出的产物
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
代谢枢纽
糖异生，脂酸 β-氧化，糖有 氧氧化，糖原 代谢，酮体生 成等 糖有氧氧化， 糖酵解，氨基 酸代谢
有氧氧化
葡萄糖，脂 酸，乳酸， 甘油，氨基 酸 葡萄糖，脂 酸，酮体， 氨基酸等
3~4周
以脂酸、酮体分解供能为主 蛋白质分解明显降低
目录
二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢 物而相互联系
（一）体内糖可转变脂肪，但（偶数）脂肪酸 不能转变成糖
1. 摄入的糖量超过能量消耗时： 合成糖原储存（肝、肌肉） 葡 萄 糖 合成脂肪 （脂肪组织）
目录
乙酰CoA
2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖
丙氨酸
脱氨基
丙酮酸
糖异生
葡萄糖
目录
2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需 氨基酸
丙氨酸
糖 丙酮酸
天冬氨酸
草酰乙酸 α-酮戊二酸 谷氨酸
乙酰CoA
柠檬酸
目录
（三）脂类不能转变成氨基酸，但氨基酸能转 变成脂肪
1. 蛋白质可以转变为脂肪 氨基酸 乙酰CoA 脂肪
2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料 丝氨酸 胆胺 胆碱 磷脂酰丝氨酸 脑磷脂 卵磷脂
进行调节，这种调节称为原始
调节或细胞水平代谢调节。
目录
高等生物 —— 三级水平代谢调节
• 细胞水平代谢调节
• 激素水平代谢调节
高等生物在进化过程中，出现了专司调节功能的内
分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发
挥代谢调节作用。
• 整体水平代谢调节
在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及神经 递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素的分泌来
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。
目录
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
调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协
调而对机体代谢进行综合调节。
目录
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
例如： 消化吸收的糖 肝糖原分解 糖异生 糖 各 种 组 织
血
目录
五、ATP是机体储存能量和消耗能量 的共同形式
营养物 分解
释放 能量
ADP+Pi
直 接 供 能
ATP
目录
六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量

例如： 磷酸戊糖途径
NADPH + H +
乙酰CoA
脂酸、胆固醇
目录
第二节 物质代谢的相互联系
三、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大
• 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。
四、肌肉主要氧化脂肪酸，强烈 运动产生大量乳酸
• 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。
五、糖酵解是为成熟红细胞提供 能量的主要途径
乙酰CoA羧化酶
长链脂酰CoA
目录
②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。 G-6-P
+
糖原合酶
–
糖原磷酸化酶
促进糖的储存
抑制糖的氧化
目录
③变构调节使不同的代谢途径相互协调。 柠檬酸 + 乙酰辅酶A 羧化酶 – 6-磷酸果糖激酶-1
促进脂酸的合成
抑制糖的氧化
目录
（三）关键酶活性可由酶的化学修饰调节
脂酸，葡萄 糖，酮体， VLDL
葡萄糖， VLDL， HDL，酮 体等 乳酸， CO2, H2O
CO2，H2O
脑
神经中枢
心
脂蛋白脂酶，呼 吸链丰富 脂蛋白脂酶，激 素敏感脂肪酶 脂蛋白脂酶，呼 吸链丰富
泵出血液
脂肪 组织 骨骼 肌
储存及动 员脂肪 收缩
酯化脂酸，脂 解 有氧氧化，糖 酵解
VLDL，CM 游离脂酸， 甘油 脂酸，葡萄 糖，酮体 乳酸， CO2，H2O
第9章
物质代谢的联系与调节
Metabolic Interrelationships & Regulation
目录
第一节
物质代谢的特点
The Specialty of Metabolism
目录
一、体内各种物质代谢过程互相联系 形成一个整体
脂类
糖类 蛋白质 水 无机盐
消化吸收
中间代谢
维生素
废物排泄
各种物质代谢之间互有联系，相互依存。
目录
2．代谢途径的起始物或产物通过变构调节影响 代谢途径 催化亚基 变构酶 调节亚基
变构效应剂： 底物、终产物 其他小分子代谢物
目录
变构效应剂 + 酶的调节亚基 疏松 紧密 酶的构象改变 亚基聚合 亚基解聚 酶分子多聚化 酶的活性改变 （激活或抑制 ）
目录
3. 变构调节的生理意义 ① 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。 乙酰CoA 丙二酰CoA
目录
某 些 重 要 代 谢 途 径 的 关 键 酶
代谢途径
糖原降解 糖原合成
关键酶
磷酸化酶 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
丙酮酸脱氢酶系 柠檬酸合酶
异柠檬酸脱氢酶 糖异生 丙酮酸羧化酶
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 果糖双磷酸酶-1
脂酸合成
胆固醇合成
乙酰辅酶A羧化酶
HMG辅酶A还原酶
•代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。 ①快速代谢 数秒、数分钟 通过改变酶的活性 ②迟缓代谢 数小时、几天 通过改变酶的含量
目录
变构调节
(allosteric regulation)
化学修饰调节
(chemical modification)
（二）小分子代谢物改变关键酶构象对酶 活性变构调节
目录
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 。
关键酶催化的反应具有以下特点：
① 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)。
② 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。 ③ 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。