第九章物质代谢的蘖与调节 第十二章物质代谢的联系与调节 物质代谢是生命现象的基本特征,是生命活动的物质基础。物质代谢是 由许多连续的和相关的代谢途径所组成,而代谢途径(如糖的氧化,脂肪酸的 合成等)又是由一系列的酶促化学反应组成 在正常情况下,各种代谢途径几乎全部按照生理的需求,有节奏、有规 律地进行,同时,为适应体内外环境的变化,及时地调整反应速度,保持整 体的动态平衡。可见,体内物质代谢是在严密的调控下进行的。 代谢调节机制普遍存在于生物界,是生物在长期进化过程中逐步形成的 种适应能力。进化程度越高的生物,其代谢调节的机制越复杂 单细胞的微生物受细胞内代谢物浓度变化的影响,改变其各种相关酶的 活性和酶的含量,从而调节代谢的速度,这是细胞水平的代谢调节,是生物 体在进化上较为原始的调节方式 较复杂的多细胞生物,出现了内分泌细胞。高等动物则出现了专门的内 分泌器官,这些器官所分泌的激素可以对其他细胞发挥代谢调节作用。激素 可以改变某些酶的催化活性或含量,也可以改变细胞内代谢物的浓度,从而 影响代谢反应的速度,这称为激素水平的调节 高等动物不仅有完整的内分泌系统,而且还有功能复杂的神经系统。在 中枢神经的控制下,或者通过神经递质对效应器直接发生影响,或者通过改 变某些激素的分泌,来调节某些细胞的功能状态,并通过各种激素的互相协 调而对整体代谢进行综合调节,这种调节即称整体水平的调节。 以上所述的细胞水平的代谢调节、激素水平的调节和整体水平的调节, 在高等动物和人体内全都存在 细胞水平的调节-通过对细胞内酶的调节来实现。 2.激素水平的调节--协调不同细胞、组织与器官之间的代谢 3.神经系统的调节--在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网 络 第一节物质代谢的相互联系 机体内各种组织、器官和各种细胞在功能上都不会独立于整体之外,而 是处于一个严密的整体系统中。一个组织可以为其它组织提供底物,也可以 代谢来自其它组织的物质。这些器官之间的相互联系是依靠神经一内分泌系 统的调节来实现的。神经系统可以释放神经递质来影响组织中的代谢,又能 影响内分泌腺的活动,改变激素分泌的状态,从而实现机体整体的代谢协调 和平衡 如在早期饥饿、饥饿和饱食情况下机体的代谢调节过程。在早期饥饿时
第九章 物质代谢的联系与调节 ·1· 第十二章 物质代谢的联系与调节 物质代谢是生命现象的基本特征，是生命活动的物质基础。物质代谢是 由许多连续的和相关的代谢途径所组成，而代谢途径(如糖的氧化，脂肪酸的 合成等)又是由一系列的酶促化学反应组成。 在正常情况下，各种代谢途径几乎全部按照生理的需求，有节奏、有规 律地进行，同时，为适应体内外环境的变化，及时地调整反应速度，保持整 体的动态平衡。可见，体内物质代谢是在严密的调控下进行的。 代谢调节机制普遍存在于生物界，是生物在长期进化过程中逐步形成的 一种适应能力。进化程度越高的生物，其代谢调节的机制越复杂。 单细胞的微生物受细胞内代谢物浓度变化的影响，改变其各种相关酶的 活性和酶的含量，从而调节代谢的速度，这是细胞水平的代谢调节，是生物 体在进化上较为原始的调节方式。 较复杂的多细胞生物，出现了内分泌细胞。高等动物则出现了专门的内 分泌器官，这些器官所分泌的激素可以对其他细胞发挥代谢调节作用。激素 可以改变某些酶的催化活性或含量，也可以改变细胞内代谢物的浓度，从而 影响代谢反应的速度，这称为激素水平的调节。 高等动物不仅有完整的内分泌系统，而且还有功能复杂的神经系统。在 中枢神经的控制下，或者通过神经递质对效应器直接发生影响，或者通过改 变某些激素的分泌，来调节某些细胞的功能状态，并通过各种激素的互相协 调而对整体代谢进行综合调节，这种调节即称整体水平的调节。 以上所述的细胞水平的代谢调节、激素水平的调节和整体水平的调节， 在高等动物和人体内全都存在。 1．细胞水平的调节---通过对细胞内酶的调节来实现。 2．激素水平的调节---协调不同细胞、组织与器官之间的代谢。 3．神经系统的调节---在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网 络。 第一节 物质代谢的相互联系 机体内各种组织、器官和各种细胞在功能上都不会独立于整体之外，而 是处于一个严密的整体系统中。一个组织可以为其它组织提供底物，也可以 代谢来自其它组织的物质。这些器官之间的相互联系是依靠神经－内分泌系 统的调节来实现的。神经系统可以释放神经递质来影响组织中的代谢，又能 影响内分泌腺的活动，改变激素分泌的状态，从而实现机体整体的代谢协调 和平衡。 如在早期饥饿、饥饿和饱食情况下机体的代谢调节过程。在早期饥饿时
第九章物质代谢的蘖与调节 血糖浓度有下降趋势,这时肾上腺素和糖皮质激素的调节占优势,促进肝糖 原分解和肝脏糖异生作用,在短期内维持血糖浓度的恒定,以供给脑组织和 红细胞等重要组织对葡萄糖的需求。 若饥饿时间继续延长,则肝糖原被消耗殆尽,这时糖皮质激素也参与发 挥调节作用,促进肝外组织蛋白分解为氨基酸,便于肝脏利用氨基酸、乳酸 和甘油等物质生成葡萄糖,这在一定程度上维持了血糖浓度的恒定;这时, 脂肪动员也加强,分解为甘油和脂肪酸,肝脏将脂肪酸分解生成酮体,酮体 在此时是脑组织和肌肉等器官重要的能量来源。 在饱食情况下,胰岛素发挥重要作用,它促进肝脏合成糖原和将糖转变 为脂肪,抑制糖异生:胰岛素还促进肌肉和脂肪组织的细胞膜对葡萄糖的通 透性,使血糖容易进入细胞,并被氧化利用 肾上震,高血 00, +HO 早期饥饿情况下机体主要组织间代谢联系
第九章 物质代谢的联系与调节 ·2· 血糖浓度有下降趋势，这时肾上腺素和糖皮质激素的调节占优势，促进肝糖 原分解和肝脏糖异生作用，在短期内维持血糖浓度的恒定，以供给脑组织和 红细胞等重要组织对葡萄糖的需求。 若饥饿时间继续延长，则肝糖原被消耗殆尽，这时糖皮质激素也参与发 挥调节作用，促进肝外组织蛋白分解为氨基酸，便于肝脏利用氨基酸、乳酸 和甘油等物质生成葡萄糖，这在一定程度上维持了血糖浓度的恒定；这时， 脂肪动员也加强，分解为甘油和脂肪酸，肝脏将脂肪酸分解生成酮体，酮体 在此时是脑组织和肌肉等器官重要的能量来源。 在饱食情况下，胰岛素发挥重要作用，它促进肝脏合成糖原和将糖转变 为脂肪，抑制糖异生；胰岛素还促进肌肉和脂肪组织的细胞膜对葡萄糖的通 透性，使血糖容易进入细胞，并被氧化利用。 图：早期饥饿情况下机体主要组织间代谢联系
第九章物质代谢的蘖与调节 皮质撒家,肾上素,胰高血糖震 红细應 Co,+Ho 图:饥饿情况下机体主要组织间代谢联系 红脑 蛋白质合成金身) 0o,+HO 图:饱食情况下机体主要组织间代谢关系
第九章 物质代谢的联系与调节 ·3· 图：饥饿情况下机体主要组织间代谢联系 图：饱食情况下机体主要组织间代谢关系
第九章物质代谢的蘖与调节 不同代谢途径通过共同代谢中间代谢物形成代谢网络;不同的代谢途径 通过交叉点上关键的共同中间代谢物得以沟通,形成经济有效、运转良好的 代谢网络 最关键的中间物:6-磷酸葡萄糖、丙酮酸和乙酰CoA 各代谢还有与其他代谢相同的中间物:磷酸二羟丙酮、磷酸烯醇式丙酮 酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸、磷酸核糖等,在沟通代谢网络中也起着重要作 用 、糖与脂肪代谢的相互转变 PP途径 6-P-G—→ NADPH+H 不饱和脂酰CoA 葡萄糖磷酸甘油醛一丙酮酸一乙酰C小台(饱和脂酰CoA NADH+H. NAD' 磷酸二羟丙酮 →磷酸甘油 脂肪 CoA+ P NAD NADH + H' 甘油一 磷酸甘油 →磷酸二羟丙酮 脂肪 CO,+H,O 氧化 乙醛酸环 脂肪酸一→脂酰CoA 草酰乙酸 )(植物) 魏珀酸4环 CO2+H,0 丙酮酸 糖异生 糖代谢与脂头代谢的翟友联系 有氧氧 从头合成 乙酰CoA. NADPH 脂肪酸 后取 磷酸二羟丙酮 a-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 糖代谢 肪酸氧化→乙酰CoA型醒珀生 (植物)
第九章 物质代谢的联系与调节 ·4· 不同代谢途径通过共同代谢中间代谢物形成代谢网络；不同的代谢途径 通过交叉点上关键的共同中间代谢物得以沟通，形成经济有效、运转良好的 代谢网络。 最关键的中间物：6-磷酸葡萄糖、丙酮酸和乙酰 CoA。 各代谢还有与其他代谢相同的中间物：磷酸二羟丙酮、磷酸烯醇式丙酮 酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸、磷酸核糖等，在沟通代谢网络中也起着重要作 用。 一、糖与脂肪代谢的相互转变
第九章物质代谢的蘖与调节 糖原(或淀粉 聯肪代谢和糖代谢的美系 1,6二磷酸果糖 二羟丙酮 磷酸烯醉内酮酸 草酰乙酸 乙胜CaA 虢珀酸 二、糖代谢与蛋白代谢通过TCA循环的相互沟通 EMP途径 TCA环 丙酮酸—a-酮戊二酸一→草酰乙酸 转氨Cm直接 转C 基化 蛋白质 AaA出一丙酸 蛋白质“氨基酸 →草酰乙酸 糖异生 三、脂肪代谢与蛋白代谢的相互关卖戊二酸一→草酰乙酸 生酮氨基酸可转变为脂肪,而脂肪酸有限合成蛋白质 甘油一→磷酸二羟丙酮 3H20 脂肪 脂肪酶 脂肪酸一脂酰Cad、B氧 乙酰CA→+丙酮酸一 草酰 戊二酸乙酸 蛋白 蛋白质一“氨基酸酮酸或乙酰CA—脂肪酸一圈肪
第九章 物质代谢的联系与调节 ·5· 二、糖代谢与蛋白代谢通过 TCA 循环的相互沟通 三、脂肪代谢与蛋白代谢的相互关系 生酮氨基酸可转变为脂肪，而脂肪酸有限合成蛋白质
第九章物质代谢的蘖与调节 四、核酸和其它物质代谢的相互关系 (1)核酸(DNA、RNA)是细胞重要的遗传物质,控制着蛋白质的合成(mRNA、RNA、rRNA) 影响细胞的成分和代谢类型 (2)核酸本身也受到其他物质,特别是蛋白质的作用与控制: ①嘌呤:嘌呤环的合成需要Cy,Asp,Cn ②核酸的合成需要酶及多种蛋白质因子 (3)各类物质的代谢都离不开具高能磷酸键的各种核苷酸 ATP是能量和磷酸基的供体,广泛参与各种代谢; UTP参与多糖合成; CTP参与磷脂的合成; GTP参与蛋白质的合成和糖异生作用 (4)许多重要的辅酶含核苷酸,如CoA、NAD、NADP、FMN、FAD是腺嘌呤核苷酸衍生物 P540图: 第一阶段 国白 [粉糖图 核苷酸 脂肪酸 1-磷酸葡萄 核糖-5-磷酸 6-磷酸葡萄糖 谷氨酰胺 丙氨酸 甘氨酸 半胱氨酸 内酮酸 第二阶段 苏氨酸匡酮氨基酸 亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸}一乙酰乙酰辅酶A—乙酰辅酶A 胆固醇 酪氨酸
第九章 物质代谢的联系与调节 ·6· 四、核酸和其它物质代谢的相互关系 P540 图：
第九章物质代谢的蘖与调节 粉、糖原 生糖基酸 甘氨酸 磷酸二羟丙←甘油 亮氨 乙酰乙酰CoA 十胆固醇 异亮氨酸
第九章 物质代谢的联系与调节 ·7·
第九章物质代谢的蘖与调节 五、ATP、NADP的作用(P541) AIP是通用的能量载体;NADP以还原力的形式携带能量 第二节代谢的调节 神经水平调节 激素水平调节 细胞水平调节 酶水平调节 单细胞生 Ⅰ、酶水平的调节 细胞水平的调节主要是通过对酶的控制来实现,因此又称为酶调节,包 括酶在胞内的分布差异、酶活性的改变及酶量的变化等方式改变代谢的速度 、酶区域定位的调节 细胞内的不同部位分布着不同的酶,称为酶的区域定位或酶分布的分隔 细胞器 酶系
第九章 物质代谢的联系与调节 ·8· 五、ATP、NADP 的作用（P541） ATP 是通用的能量载体；NADP 以还原力的形式携带能量。 第二节 代谢的调节 Ⅰ、酶水平的调节 细胞水平的调节主要是通过对酶的控制来实现，因此又称为酶调节，包 括酶在胞内的分布差异、酶活性的改变及酶量的变化等方式改变代谢的速度。 一、酶区域定位的调节 细胞内的不同部位分布着不同的酶，称为酶的区域定位或酶分布的分隔
第九章物质代谢的蘖与调节 性,这个特性决定了细胞内不同的部位进行着不同的代谢。这种区域化的分 布,使得各种代谢途径不致互相干扰,而又彼此协调 、酶水平的调节 1.含量(浓度)的调节(粗调,转录水平上的调节) 酶的诱导生成和阻遏(操纵子学说) 酶原的活化 酶分子的解离和聚合 2.酶活性的调节(微调) 相反的单一方向上的调节 (酶分子结构的调节,变构调节)反馈调节 共价修饰 (一)酶含量变化的调节(粗调)(级联反应 细胞内酶的浓度的改变也可以改变代谢速度。其中主要是对基因表达的 调节。活化基因则合成相应的酶,酶量增加;钝化基因则基因关闭,停止酶 的合成,酶量降低。这种调节方式为迟缓调节,所需时间较长,但作用时间
第九章 物质代谢的联系与调节 ·9· 性，这个特性决定了细胞内不同的部位进行着不同的代谢。这种区域化的分 布，使得各种代谢途径不致互相干扰，而又彼此协调。 二、酶水平的调节 （一） 酶含量变化的调节（粗调） 细胞内酶的浓度的改变也可以改变代谢速度。其中主要是对基因表达的 调节。活化基因则合成相应的酶，酶量增加；钝化基因则基因关闭，停止酶 的合成，酶量降低。这种调节方式为迟缓调节，所需时间较长，但作用时间
第九章物质代谢的蘖与调节 持久。 除通过改变酶分子的结构来调节细胞内原有酶的活性外,生物体还可通 过改变酶的合成或降解速度以控制酶的绝对含量来调节代谢。要升高或降低 某种酶的浓度,除调节酶蛋白合成的诱导和阻遏过程外,还必须同时控制酶 降解的速度。 酶合成的调节 (1)酶的底物或产物、激素以及药物等都可以影响酶的合成。 般将加强酶合成的化合物称为诱导剂( inducer),减少酶合成的化合物称 为阻遏剂 (repressor)。诱导剂和阻遏剂可在转录水平或翻译水平影响蛋白质的 合成,但以影响转录过程较为常见。这种调节作用要通过一系列蛋白质生物 合成的环节,故调节效应出现较迟缓 旦酶被诱导合成,即使除去诱导剂,酶仍能保持活性,直至酶蛋白降解完 毕。因此,这种调节的效应持续时间较长 (2)底物对酶合成的诱导作用 受酶催化的底物常常可以诱导该酶的合成,此现象在生物界普遍存在 高等动物体内,因有激素的调节作用,底物诱导作用不如微生物体内那么重 要,但是,某些代谢途径中的关键酶也受底物的诱导调节。 例如:若鼠的饲料中酪蛋白含量从8%增至70%,则鼠肝中的精氨酸酶的活性可增加 22倍。在食物消化吸收后,血中多种氨基酸的浓度增加,氨基酸浓度的增加又可以诱导 氨基酸分解酶体系中的关键酶,如苏氨酸脱水酶和酪氨酸转氨酶等酶的合成。这种诱导 作用对于维持体内游离氨基酸浓度的相对恒定有一定的生理意义 (3)产物对酶合成的阻遏 代谢反应的终产物不但可通过变构调节直接抑制酶体系中的关键酶或催 化起始反应作用的酶,有时还可阻遏这些酶的合成 例如,在胆固醇的生物合成中,β-羟-β-甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA) 还原酶是关键酶,它受胆固醇的反馈阻遏。但这种反馈阻遏只在肝脏和骨髓 中发生,肠粘膜中胆固醇的合成似乎不受这种反馈调节的影响。因此摄食大 量胆固醇,血浆胆固醇仍有升高的危险。此外,如δ-氨基-γ-酮戊酸(ALA)合 成酶,它是血红素合成酶系中的起始反应酶,它受血红素的反馈阻遏 (4)激素对酶合成的诱导作用 激素是高等动物体内影响酶合成的最重要的调节因素。糖皮质激素能诱 导一些氨基酸分解代谢中起催化起始反应作用的酶和糖异生途径关键酶的合 成,而胰岛素则能诱导糖酵解和脂肪酸合成途径中的关键酶的合成。 (5)药物对酶合成的诱导作用
第九章 物质代谢的联系与调节 ·10· 持久。 除通过改变酶分子的结构来调节细胞内原有酶的活性外，生物体还可通 过改变酶的合成或降解速度以控制酶的绝对含量来调节代谢。要升高或降低 某种酶的浓度，除调节酶蛋白合成的诱导和阻遏过程外，还必须同时控制酶 降解的速度。 1.酶合成的调节 ⑴酶的底物或产物、激素以及药物等都可以影响酶的合成。 一般将加强酶合成的化合物称为诱导剂(inducer)，减少酶合成的化合物称 为阻遏剂(repressor)。诱导剂和阻遏剂可在转录水平或翻译水平影响蛋白质的 合成，但以影响转录过程较为常见。这种调节作用要通过一系列蛋白质生物 合成的环节，故调节效应出现较迟缓。 ⑵底物对酶合成的诱导作用 受酶催化的底物常常可以诱导该酶的合成，此现象在生物界普遍存在。 高等动物体内，因有激素的调节作用，底物诱导作用不如微生物体内那么重 要，但是,某些代谢途径中的关键酶也受底物的诱导调节。 ⑶产物对酶合成的阻遏 代谢反应的终产物不但可通过变构调节直接抑制酶体系中的关键酶或催 化起始反应作用的酶，有时还可阻遏这些酶的合成。 例如，在胆固醇的生物合成中，β-羟-β-甲基戊二酰辅酶 A(HMG-CoA) 还原酶是关键酶，它受胆固醇的反馈阻遏。但这种反馈阻遏只在肝脏和骨髓 中发生，肠粘膜中胆固醇的合成似乎不受这种反馈调节的影响。因此摄食大 量胆固醇，血浆胆固醇仍有升高的危险。此外，如δ-氨基-γ-酮戊酸(ALA)合 成酶，它是血红素合成酶系中的起始反应酶，它受血红素的反馈阻遏。 ⑷激素对酶合成的诱导作用 激素是高等动物体内影响酶合成的最重要的调节因素。糖皮质激素能诱 导一些氨基酸分解代谢中起催化起始反应作用的酶和糖异生途径关键酶的合 成，而胰岛素则能诱导糖酵解和脂肪酸合成途径中的关键酶的合成。 ⑸药物对酶合成的诱导作用 一旦酶被诱导合成，即使除去诱导剂，酶仍能保持活性，直至酶蛋白降解完 毕。因此，这种调节的效应持续时间较长。 例如：若鼠的饲料中酪蛋白含量从 8%增至 70%，则鼠肝中的精氨酸酶的活性可增加 22 倍。在食物消化吸收后，血中多种氨基酸的浓度增加，氨基酸浓度的增加又可以诱导 氨基酸分解酶体系中的关键酶，如苏氨酸脱水酶和酪氨酸转氨酶等酶的合成。这种诱导 作用对于维持体内游离氨基酸浓度的相对恒定有一定的生理意义