第十章 物质代谢的 联系与调节

第一节物质代谢的相互联系 一、物质代谢的特点 1、代谢池 2、各物质间有共同的通路或中间代谢物。 ——整体性 3、物质的分解代谢与合成代谢保持动态平衡。 4、根据机体生理状态的需要，调节代谢途径的速度和方向。 5、各组织器官在物质代谢上各有特色；ATP是机体能量利用的共同形式；NADPH是合成代谢所需的还原当量。

二、物质代谢的相互联系 1、能量代谢方面 糖、脂肪、蛋白质均可氧化供能。 一般情况下以糖和脂肪为主。 与食物种类、体内储存的量、代谢上的互相联系和协调有关。 一种供能物代谢增强能抑制和节约其它供能物质的降解。

2、糖、脂和蛋白质代谢上的相互联系： 存在共同的中间代谢物； 三羧酸循环、氧化磷酸化是共同的代谢途径。 可互相转变，在代谢上互相影响。

⑴糖代谢与脂代谢： 糖可以转变为脂肪储存。 脂酸不能转变为糖，甘油可转变为糖。 糖摄入多，脂肪合成增加。 糖代谢障碍时脂肪动员、β-氧化、酮体生成。

+ 合成糖原储存 葡萄糖 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油 乙酰CoA 丙二酰CoA ATP 草酰乙酸 柠檬酸 脂酰CoA 2H H2O 脂肪 α-酮戊二酸

3-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 甘油 三羧酸循环 脂肪 葡萄糖 脂酸 乙酰CoA 丙酮酸 肝外 肝 酮体

⑵糖代谢与氨基酸代谢的联系 葡萄糖 丙、色、丝、苏、半胱、甘 丙酮酸 天冬 亮、赖 乙酰CoA 柠檬酸 草酰乙酸 谷、谷氨酰胺、精、组、脯 甘、丙、天冬、谷、脯、丝、酪、半胱、谷氨酰胺、组、精、天冬酰胺 葡萄糖 丙、色、丝、苏、半胱、甘 丙酮酸 天冬 亮、赖 乙酰CoA 柠檬酸 草酰乙酸 谷、谷氨酰胺、精、组、脯 延胡索酸 α-酮戊二酸 琥珀酸 酪、苯丙 缬、蛋、异亮、苏

⑶脂类代谢与氨基酸代谢的关系 氨基酸可转变为脂肪。 氨基酸可转变为胆固醇。 氨基酸→乙酰CoA 丝氨酸等是合成磷脂的原料。 丝氨酸→胆（胺）碱 丝氨酸磷脂、脑磷脂、卵磷脂 丝氨酸→鞘氨醇→神经鞘磷脂 除甘油部分外脂类不能转变为氨基酸。 脂酸 胆固醇

⑷核酸与氨基酸代谢： 丝、甘、组、色等氨基酸可转变为一碳单位参与核苷酸的合成。 甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺是合成嘌呤核苷酸的原料。 天冬氨酸、谷氨酰胺是合成嘧啶核苷酸的原料。

3、组织、器官的代谢特点及联系 各组织器官的细胞分化、结构和功能不同，酶体系的组成、含量不同。物质代谢上既有共同之处，又各具特色。 各组织器官在代谢上互相紧密联系形成一个整体。肝脏是调节和联系全身器官代谢的枢纽中心

主要 器官 间的 代谢 联系

第二节 代谢调节 原始调节或细胞水平调节 ——单细胞生物 激素水平的调节 ——较为复杂的生物 整体水平的调节（酶、激素、神经系统） 第二节 代谢调节 原始调节或细胞水平调节 ——单细胞生物 激素水平的调节 ——较为复杂的生物 整体水平的调节（酶、激素、神经系统） ——人、高等生物

一、细胞水平的代谢调节 细胞内酶的隔离分布，有关代谢途径分别在细胞的不同区域进行而不互相干扰。

多酶体系 分布 糖酵解 胞液 磷酸戊糖途径 胞液 糖原合成 胞液 脂肪酸合成 胞液 蛋白质合成 内质网及胞液 胆固醇合成 内质网及胞液 多酶体系 分布 核酸合成 细胞核 糖酵解 胞液 磷酸戊糖途径 胞液 糖原合成 胞液 脂肪酸合成 胞液 蛋白质合成 内质网及胞液 胆固醇合成 内质网及胞液 尿素合成 线粒体及胞液 血红素合成 线粒体及胞液 三羧酸循环 线粒体 氧化磷酸化 线粒体 脂肪酸氧化 线粒体 水解酶 溶酶体

关键酶或调节酶催化反应的特点： ①反应速度最慢。其活性决定了代谢途径的总速度。 ②催化单向反应或非平衡反应。其活性决定了反应的方向。 ③这类酶的活性受底物和多种代谢物或效应剂的调节。

代谢途径的关键酶 代谢途径 关键酶 糖原分解 磷酸化酶 脂肪酸分解 肉毒碱酰基转移酶 糖原合成 糖原合酶 脂肪酸合成 乙酰CoA羧化酶 代谢途径 关键酶 糖原分解 磷酸化酶 脂肪酸分解 肉毒碱酰基转移酶 糖原合成 糖原合酶 脂肪酸合成 乙酰CoA羧化酶 糖酵解 磷酸果糖激酶、己糖激酶、丙酮酸激酶 酮体生成 HMGCoA 裂解酶 胆固醇合成 HMGCoA 还原酶 糖有氧氧化 丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶 嘌呤核苷酸合成 PRPP合成酶、酰胺转移酶 糖异生 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶， 果糖二磷酸酶 嘧啶核苷酸合成 天门冬氨酸转氨基甲酰酶、 氨基甲酰磷酸合成酶II、PRPP合成酶

关键酶的调节方式： 变构调节 ☆快速调节 化学修饰 诱导 酶合成 ☆迟缓调节（酶含量的调节） 阻遏 酶降解

（一）酶结构的调节 1、酶的变构调节： ⑴概念： 变构调节（allosteric regulation）概念： 小分子化合物与酶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，从而改变酶活性。 变构酶：能进行变构调节的酶。 变构效应剂：使酶发生变构调节的小分子物质。可以是酶的底物、代谢途径的终产物或其它小分子代谢物。 变构激活与变构抑制。

⑵机制： 变构酶的结构：寡聚酶；催化亚基和调节亚基；同一亚基有催化部位和调节部位 。 变构效应剂与调节亚基（或调节部位）非共价键结合→酶的构象改变→ 影响酶与底物的结合→ 激活或抑制。 变构调节可表现为亚基的聚合或解聚。

反馈抑制多为变构调节，使代谢物生成不至过多；能量得以有效利用不至浪费。 变构调节可使不同代谢途径相互协调。 ⑶变构调节的生理意义： 效应剂的浓度改变 （反映代谢途径的强度和能量供求情况） 关键酶变构调节 调节代谢的强度、方向、能量的供需平衡 反馈抑制多为变构调节，使代谢物生成不至过多；能量得以有效利用不至浪费。 变构调节可使不同代谢途径相互协调。

一些代谢途径中的变构酶及其效应剂 酶 系 激 活 剂 抑 制 剂 糖分解与氧化： 糖原磷酸化酶 AMP、Pi ATP、葡萄糖、6-磷酸葡萄糖 酶 系 激 活 剂 抑 制 剂 糖分解与氧化： 糖原磷酸化酶 AMP、Pi ATP、葡萄糖、6-磷酸葡萄糖 己糖激酶 —— 6-磷酸葡萄糖 磷酸果糖激酶 AMP、ADP、 ATP、柠檬酸、异柠檬酸 Pi、二磷酸果糖 丙酮酸激酶 AMP、二磷酸果糖 ATP、乙酰CoA 柠檬酸合酶 AMP、ADP ATP、NADH、长链脂酰CoA 异柠檬酸脱氢酶 AMP、ADP ATP

一些代谢途径中的变构酶及其效应剂（续） 酶 系 激 活 剂 抑 制 剂 糖异生与糖原合成： 丙酮酸羧化酶 ATP、乙酰CoA —— 酶 系 激 活 剂 抑 制 剂 糖异生与糖原合成： 丙酮酸羧化酶 ATP、乙酰CoA —— 果糖1,6二磷酸酶 ATP AMP、6-磷酸果糖 糖原合酶 6-磷酸葡萄糖 —— 脂肪酸合成： 乙酰CoA羧化酶 乙酰CoA 长链脂酰CoA 柠檬酸、异柠檬酸

2、化学修饰 ⑴概念：酶蛋白肽链上某些氨基酸残基在另一酶催化下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性改变，称化学修饰（chemical modification）。 ⑵主要修饰方式：磷酸化与脱磷酸；乙酰化与脱乙酰；甲基化与去甲基；腺苷化与脱腺苷；-SH与-S-S-等。

酶促化学修饰对酶活性的调节 酶 化学修饰类型 酶活性改变 糖原磷酸化酶 磷酸化／脱磷酸 激活/抑制 酶 化学修饰类型 酶活性改变 糖原磷酸化酶 磷酸化／脱磷酸 激活/抑制 磷酸化酶b激酶 磷酸化／脱磷酸 激活/抑制 糖原合成酶 磷酸化／脱磷酸 抑制/激活 丙酮酸脱羧酶 磷酸化／脱磷酸 抑制/激活 磷酸果糖激酶 磷酸化／脱磷酸 抑制/激活 丙酮酸脱氢酶 磷酸化／脱磷酸 抑制/激活 HMGCoA还原酶 磷酸化／脱磷酸 抑制/激活 HMGCoA还原酶激酶 磷酸化／脱磷酸 激活/抑制 乙酰CoA羧化酶 磷酸化／脱磷酸 抑制/激活 脂肪细胞脂肪酶 磷酸化／脱磷酸 激话/抑制 黄嘌呤氧化酶 SH/-S-S- 脱氢酶/氧化酶

磷酸化和脱磷酸是最常见的化学修饰。酶蛋白中丝、苏、酪氨酸的羟基是磷酸化的位点。 蛋白激酶 酶 - P 酶-OH ATP ADP H2O Pi 磷蛋白磷酸酶

⑶特点 黄嘌呤氧化酶外此类酶有两种形式，可以互变。 受激素和体内调节因素控制。 需另外的酶催化，被调节的酶有共价键的变化。有放大效应，催化效率比变构酶高。 消耗ATP较少。是一种快速、有放大效应、经济有效的调节方式。

（二）酶含量的调节 1、酶蛋白合成的诱导与阻遏： 在酶蛋白合成的转录水平或翻译水平发挥作用。诱导剂→诱导（+）；辅阻遏剂+阻遏蛋白→阻遏（-）。 底物对酶合成的诱导：生物界普遍存在，微生物尤其重要。 产物对酶合成的阻遏。 激素对酶合成的诱导。 药物对药物代谢酶合成的诱导。耐药现象。

2、酶蛋白的降解：改变酶蛋白的降解速度调节酶含量。 细胞蛋白 氨基酸 溶酶体 蛋白水解酶 （包括酶） 泛素 识别 蛋白 细胞 蛋白质 泛素 泛素化 识别 蛋白 氨基酸 蛋白水解酶 蛋白水解酶 蛋白酶体

二、激素调节与生长因子 （一）激素调节： 激素通过受体发挥调节作用。 根据受体在细胞的部位不同，激素分为①膜受体激素②胞内受体激素。 膜受体激素→结合受体→第二信使→代谢效应。 胞内受体激素→进入细胞→结合细胞核或胞浆受体→激素-受体复合物→作用于DNA的激素反应元件（HRE）→调节相应基因转录→蛋白质或酶合成↑或↓。

（二）生长因子 1、生长因子(growth factor)：是一类调节细胞生长的多肽类物质，又称多肽生长因子，是导致细胞生长的信息分子。 2、生长因子的作用方式： 通过与细胞膜上特异性受体结合而实现生物学功能。 主要通过旁分泌(paracrine) 或自分泌(autocrine) 的方式起作用

3、生长因子的作用： 调节细胞生长，调节细胞分化，可看作一类细胞有丝分裂激素(mitogenic hormone) 其它功能

常见的某些生长因子 生长因子 来源 功 能 表皮生长因子(EGF) 颌下腺 促进表皮与上皮细胞的生长 生长因子 来源 功 能 表皮生长因子(EGF) 颌下腺 促进表皮与上皮细胞的生长 促红细胞生成素(EPO) 肾，尿 调节成红细胞的发育 类胰岛素生长因子(IGF) 血清 促进硫酸盐参入到软骨组织, 促进软骨细胞的分裂, 对肌肉、 脂肪组织细胞起胰岛素样作用 神经生长因子(NGF) 颌下腺 营养交感及某些感觉神经元 血小板源生长因子(PDGF) 血小板 促进间质及胶质细胞的生长 转化生长因子 (TGF ) 肿瘤细胞 类似于EGF 转化细胞 转化生长因子 (TGF  ） 肾、血小板 对某些细胞呈促进与抑制双向作用 成纤维细胞生长因子（FGF）多种组织 促进多种细胞增殖

4、生长因子的作用机理 生长因子→结合靶细胞的相应膜受体 →受体酪氨酸蛋白激酶激活 →下游信息传递途径 → 调节细胞生长、分化

三、整体调节： 内、外环境变化（刺激） 神经系统 神经递质 内分泌腺（细胞） 激素 器官组织 靶器官 酶 生理功能 物质代谢 适应

（一）饥饿： 1、短期饥饿： 肌肉蛋白分解加强； 糖异生增强； 脂肪动员增强，酮体生成增加； 组织对葡萄糖利用减少。

2、长期饥饿 酮体生成大量增多，脑利用酮体增加（占毫氧量60%） 肌肉以脂酸为主要能源，以使酮体优先供应脑。 肌肉蛋白大量减少，糖异生以乳酸和丙酮酸为主要原料。 肾脏糖异生明显增加，几乎与肝相等。 因肌肉蛋白分解减少，负氮平衡有所改善。

二、应激（stress） 应激是人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、缺氧、中毒、严重感染和剧烈情绪激动等时所作出一系列反应的“紧张状态”。 应激时交感神经兴奋，肾上腺素、肾上腺皮质激素分泌增加，血浆胰高血糖素和生长激素增多，胰岛素减少。 代谢改变：血糖升高（糖原分解和糖异生↑）保证脑和红细胞能量供应；脂肪动员↑成为肌肉的主要能源；蛋白质分解↑，肌肉输出氨基酸↑，尿素合成和排出↑，负氮平衡。

应激时机体的代谢改变（序表）

复习思考题 1、那些化合物是联系糖、脂肪、氨基酸代谢的枢纽物质？ 2、试以糖尿病为例，讨论体内各物质种物质、各器官代谢改变。有哪些措施可以改善病情？ 3、试从生物化学的角度分析长期饮酒对人体健康的危害。

4、试分析12小时、24小时和一星期不进食，体内物质代谢有何调整？ 5、低血糖、高血氨都可引起昏迷，试从代谢角度分析其原因。 6、试分析严重冻伤后人体各主要器官物质代谢的变化。 7、试进一步总结各器官物质代谢的特点。 8、试述酶的变构调节和化学修饰的异同。 9、抑制与阻遏有何不同？何谓反馈调节？各举一例说明。 10、人体可通过哪些方式调控物质代谢？