第章物质代谢的联系与调节课件.ppt
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- 物质 代谢 联系 调节 课件
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1、目目 录录第十四章物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节Interrelationships and Regulation of Metabolism目目 录录物质代谢的特点物质代谢的特点Characteristics of Metabolism第一节第一节目目 录录一、体内各种物质代谢彼此互相联系一、体内各种物质代谢彼此互相联系构成统一的整体构成统一的整体n体内各种物质包括糖、脂、蛋白质、水、无机体内各种物质包括糖、脂、蛋白质、水、无机盐、维生素等的代谢不是彼此孤立各自为政,盐、维生素等的代谢不是彼此孤立各自为政,而是同时进行的,而且彼此互相联系,或相互而是同时进行的,而且彼此互相联系,或
2、相互转变,或相互依存,构成统一的整体。转变,或相互依存,构成统一的整体。目目 录录 糖类糖类 脂类脂类蛋白质蛋白质水水 无机盐无机盐维生素维生素 消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄目目 录录机体有精细的调节机体有精细的调节机制,调节代谢的机制,调节代谢的强度、方向和速度强度、方向和速度内外环境内外环境不断变化不断变化影响机体代谢影响机体代谢适应环境适应环境的变化的变化二、机体存在精细的物质代谢调节机制二、机体存在精细的物质代谢调节机制n代谢调节普遍存在于生物界,是生物的重要特征。代谢调节普遍存在于生物界,是生物的重要特征。目目 录录三、各组织、器官物质代谢各具特色三、各组织、器官
3、物质代谢各具特色结构不同结构不同酶系的种类、酶系的种类、含量不同含量不同不同的组不同的组织、器官织、器官代谢途径不同、代谢途径不同、功能各异功能各异目目 录录四、各种物质代谢的代谢物均具有四、各种物质代谢的代谢物均具有共同的代谢池共同的代谢池例如:例如:各各种种组组织织 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解糖异生糖异生血血糖糖代代谢谢池池目目 录录五、五、ATP是机体储存能量及消耗能量是机体储存能量及消耗能量的共同形式的共同形式营养物营养物分分 解解释放释放能量能量ADP+PiATP直直接接供供能能目目 录录六、六、NADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量例如:例如
4、:乙酰乙酰CoANADPH+H+脂酸、胆固醇脂酸、胆固醇磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径目目 录录物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系Interrelationships among Metabolic Pathways of Carbohydrates,Lipids,and Proteins第二节第二节目目 录录一、在能量代谢上相互联系相互制约一、在能量代谢上相互联系相互制约三大营养素三大营养素共同中共同中间产物间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoATAC2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATP+H2OCO2糖、脂及蛋白质可在体内氧化供能。虽然它们在体糖、脂及蛋白质可在体
5、内氧化供能。虽然它们在体内分解氧化的代谢途径各不相同,但有共同规律。内分解氧化的代谢途径各不相同,但有共同规律。目目 录录乙酰辅酶乙酰辅酶A是三大营养物共同的中间代谢物,是三大营养物共同的中间代谢物,三羧酸循环是糖、脂、蛋白质最后分解的共同三羧酸循环是糖、脂、蛋白质最后分解的共同代谢途径,释出的能量均以代谢途径,释出的能量均以ATP形式储存。形式储存。从能量供应的角度看,三大营养素可以互相代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。替,并互相制约。一般情况下,供能以糖、脂为主,并尽量节约一般情况下,供能以糖、脂为主,并尽量节约蛋白质的消耗。蛋白质的消耗。目目 录录脂肪分解脂肪分解
6、增强增强ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物质的代谢占优势,常能抑制和节约其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。他物质的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制(糖分解代谢限速酶之一)(糖分解代谢限速酶之一)例如:例如:目目 录录饥饿时饥饿时 肝糖原分解肝糖原分解 ,肌糖原分解肌糖原分解 肝糖异生肝糖异生,蛋白质分解蛋白质分解 以脂酸、酮体分解供能以脂酸、酮体分解供能为主为主,蛋白质分解明显降低蛋白质分解明显降低1 2 天天3 4 周周目目 录录二、糖、脂和蛋白质代谢通过共同二、糖、脂和蛋白质代谢通过共同中间产物相互
7、联系中间产物相互联系n体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此独体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此独立,而是相互关联的。立,而是相互关联的。n它们通过共同的中间代谢物,即两种代谢途径汇它们通过共同的中间代谢物,即两种代谢途径汇合时的中间产物,合时的中间产物,经经三羧酸循环和生物氧化等联三羧酸循环和生物氧化等联成整体。成整体。n三者之间可以互相转变,当一种物质代谢障碍时三者之间可以互相转变,当一种物质代谢障碍时可引起其它物质代谢的紊乱。可引起其它物质代谢的紊乱。目目 录录(一)糖在体内可转变为脂而脂酸不能转变为糖(一)糖在体内可转变为脂而脂酸不能转变为糖n当摄入的糖量超过体内能量消耗时,糖
8、可以当摄入的糖量超过体内能量消耗时,糖可以转变为脂肪。转变为脂肪。葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪(脂肪组织)(脂肪组织)合成糖原储存(肝、肌肉)合成糖原储存(肝、肌肉)目目 录录脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸-甘油甘油葡葡萄萄糖糖n脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。目目 录录饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时:高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对不足相对不足糖不足糖不足脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加氧化氧化受阻受阻n脂肪分解代谢的强度及顺利进行,
9、还有赖于脂肪分解代谢的强度及顺利进行,还有赖于糖代谢的正常进行。糖代谢的正常进行。目目 录录例如:例如:丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脱氨基脱氨基糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖(二)绝大多数氨基酸的碳链骨架在体内可(二)绝大多数氨基酸的碳链骨架在体内可与糖相互转变与糖相互转变 n20种氨基酸除亮氨酸及赖氨酸外均可转变为糖。种氨基酸除亮氨酸及赖氨酸外均可转变为糖。目目 录录糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸n糖代谢中间代谢物仅能在体内转变成糖代谢中间代谢物仅能在体内转变成12种非必需种非必需氨基酸。氨基酸。例如:例如:目目 录
10、录氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪(三)蛋白质(三)蛋白质/氨基酸可转变为脂肪而脂类氨基酸可转变为脂肪而脂类不能转变为氨基酸不能转变为氨基酸/蛋白质蛋白质n蛋白质可转变为脂肪。蛋白质可转变为脂肪。目目 录录丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂n氨基酸也可作为合成磷脂的原料氨基酸也可作为合成磷脂的原料。目目 录录脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸n脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸。脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸。目目 录录甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰
11、胺一碳单位一碳单位合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶(四)氨基酸是合成核酸的重要原料(四)氨基酸是合成核酸的重要原料 合成核苷酸所需的磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供。合成核苷酸所需的磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供。琥珀酰琥珀酰CoA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸PEP磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯乙酰乙酰乙酰乙酰CoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨
12、酸异亮氨酸异亮氨酸 蛋氨酸蛋氨酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸酮体酮体亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸 缬氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联氨基酸、糖及脂肪代谢的联系系T A C目目 录录目目 录录组织、器官的代谢特点及联系组织、器官的代谢特点及联系Characteristics and Interrelationships of Metabolism of Special Tissues and Organs第三节第三节目目 录录一、肝是机体物质代谢的枢纽一、肝是机体物质代谢的
13、枢纽n肝是人体的中心生化工厂肝是人体的中心生化工厂。n肝在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中肝在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。均具有独特而重要的作用。n肝是体内能合成尿素、酮体的唯一器官,也是肝是体内能合成尿素、酮体的唯一器官,也是合成内源性合成内源性类类脂、胆固醇、蛋白质等最多、最脂、胆固醇、蛋白质等最多、最活跃的器官。活跃的器官。n虽然肝储存糖原、糖异生途径活跃,可是肝能虽然肝储存糖原、糖异生途径活跃,可是肝能量供应通常以氧化脂酸为主。量供应通常以氧化脂酸为主。目目 录录合成、储存糖原合成、储存糖原分解糖原生成葡萄糖,释放入血分解糖原生成葡萄糖,释放入血是糖
14、异生的主要器官是糖异生的主要器官肝在糖代谢中的作用:肝在糖代谢中的作用:例:例:肝在维持血糖稳定中起重要作用。肝在维持血糖稳定中起重要作用。目目 录录酮体酮体乳酸乳酸 游离脂酸游离脂酸葡萄糖葡萄糖二、心优先利用酮体、脂酸并以有氧二、心优先利用酮体、脂酸并以有氧氧化为主氧化为主目目 录录 三、脑耗氧量大并以葡萄糖为供能物质三、脑耗氧量大并以葡萄糖为供能物质n脑是机体耗能大的主要器官,耗脑是机体耗能大的主要器官,耗O2量占全身耗量占全身耗O2的的20%25%。n几乎以葡萄糖为唯一供能物质。每几乎以葡萄糖为唯一供能物质。每天耗用葡萄糖约天耗用葡萄糖约100g。由于脑组织。由于脑组织无糖原储存,其耗用
15、的葡萄糖主要无糖原储存,其耗用的葡萄糖主要由血糖供应。由血糖供应。n血糖供应不足时,主要利用由肝生血糖供应不足时,主要利用由肝生成的酮体作为能源。成的酮体作为能源。目目 录录四、肌肉通常以氧化脂酸为主且在四、肌肉通常以氧化脂酸为主且在剧烈运动时产生乳酸剧烈运动时产生乳酸n肌肉组织通常以氧化脂酸为主,在剧烈运动时则肌肉组织通常以氧化脂酸为主,在剧烈运动时则以糖的无氧酵解产生乳酸为主。以糖的无氧酵解产生乳酸为主。n由于肌肉缺乏葡萄糖由于肌肉缺乏葡萄糖-6-磷酸酶,因此肌糖原不能磷酸酶,因此肌糖原不能直接分解成葡萄糖提供血糖。直接分解成葡萄糖提供血糖。目目 录录五、红细胞代谢以糖酵解为主五、红细胞代
16、谢以糖酵解为主 n红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解途径,磷酸戊红细胞能量主要来自葡萄糖的酵解途径,磷酸戊糖途径和糖醛酸循环比较旺盛。糖途径和糖醛酸循环比较旺盛。n由于红细胞没有线粒体,因此不能进行糖的有氧由于红细胞没有线粒体,因此不能进行糖的有氧氧化,也不能利用脂酸及其它非糖物质,氧化,也不能利用脂酸及其它非糖物质,目目 录录 六、脂肪组织是合成及储存脂肪的六、脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织重要组织n脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。脂肪组织是合成及储存脂肪的重要组织。n脂肪细胞还含有动员脂肪的激素敏感甘油三酯脂脂肪细胞还含有动员脂肪的激素敏感甘油三酯脂肪酶,能使储存的脂肪分解成脂酸和甘油
17、释入血肪酶,能使储存的脂肪分解成脂酸和甘油释入血循环以供机体其它组织能源的需要。循环以供机体其它组织能源的需要。目目 录录七、肾也可进行糖异生和生成酮体七、肾也可进行糖异生和生成酮体n肾可进行糖异生、生成酮体,肾可进行糖异生、生成酮体,它是除肝外唯一可进行此两种它是除肝外唯一可进行此两种代谢的器官。代谢的器官。n肾髓质因无线粒体,主要由糖肾髓质因无线粒体,主要由糖酵解供能,而肾皮质则主要由酵解供能,而肾皮质则主要由脂酸及酮体的有氧氧化供能。脂酸及酮体的有氧氧化供能。目目 录录重要器官及组织氧化供能的特点重要器官及组织氧化供能的特点 目目 录录目目 录录代谢调节代谢调节Regulations o
18、f Metabolism第四节第四节目目 录录主要通过细胞内代谢物浓度的变化,对酶主要通过细胞内代谢物浓度的变化,对酶的活性及含量进行调节,这种调节称为的活性及含量进行调节,这种调节称为原始调原始调节节或或细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节。单细胞生物单细胞生物一、代谢调节分为三级水平调节一、代谢调节分为三级水平调节n代谢调节普遍存在于生物界,是生物进化过程代谢调节普遍存在于生物界,是生物进化过程中逐步形成的反应和适应。中逐步形成的反应和适应。n进化程度愈高的生物其代谢途径越复杂,代谢进化程度愈高的生物其代谢途径越复杂,代谢调节方式亦愈复杂。调节方式亦愈复杂。目目 录录高等生物高等生物 三级水平
19、代谢调节三级水平代谢调节细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节激素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的内分泌细胞及内分泌器官,其分泌的激素可对其它它细胞发挥代谢调节作用。细胞发挥代谢调节作用。整体水平代谢调节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调节某些细胞的代谢及功能,并通过各种激素分泌来调节某些细胞的代谢及功能,并通过各种激素
20、的互相协调而对机体代谢进行综合调节。的互相协调而对机体代谢进行综合调节。目目 录录n细胞水平代谢调节、激素水平代谢调节及整体细胞水平代谢调节、激素水平代谢调节及整体水平代谢的调节统称为水平代谢的调节统称为三级水平代谢调节三级水平代谢调节。n在代谢调节的三级水平中,细胞水平代谢调节在代谢调节的三级水平中,细胞水平代谢调节是基础,激素及神经对代谢的调节都是通过细是基础,激素及神经对代谢的调节都是通过细胞水平的代谢调节实现的胞水平的代谢调节实现的。目目 录录 二、细胞水平的调节主要是对酶活性的调节二、细胞水平的调节主要是对酶活性的调节(一)细胞酶系在细胞和亚细胞区域分布(一)细胞酶系在细胞和亚细胞区
21、域分布有利于酶活性调节有利于酶活性调节n细胞是组成组织及器官的最基本功能单位。细胞是组成组织及器官的最基本功能单位。n代谢途径有关酶类常常组成酶体系,分布于代谢途径有关酶类常常组成酶体系,分布于细胞的某一区域或亚细胞结构中。细胞的某一区域或亚细胞结构中。目目 录录主要代谢途径(多酶体系)在细胞内的分布主要代谢途径(多酶体系)在细胞内的分布目目 录录n酶在不同组织细胞和细胞内不同细胞器的区域化分布使酶在不同组织细胞和细胞内不同细胞器的区域化分布使各组织细胞和各亚细胞结构具有各自的代谢酶谱。各组织细胞和各亚细胞结构具有各自的代谢酶谱。n同工酶谱的差异也使各组织细胞具有各自的代谢特点,同工酶谱的差异
22、也使各组织细胞具有各自的代谢特点,各种代谢途径互不干扰而又便于彼此协调。各种代谢途径互不干扰而又便于彼此协调。n多酶体系、多功能酶、以及同一代谢途径中各种酶的区多酶体系、多功能酶、以及同一代谢途径中各种酶的区域化分布使一系列酶反应连续进行,有利于提高反应速域化分布使一系列酶反应连续进行,有利于提高反应速率和调控。率和调控。n代谢物本身也会在细胞内的不同亚细胞器或区间隔离分代谢物本身也会在细胞内的不同亚细胞器或区间隔离分布,直接影响相关代谢的反应速率;同时更便于酶对代布,直接影响相关代谢的反应速率;同时更便于酶对代谢途径的调节。谢途径的调节。目目 录录n代谢途径实质上是一系列酶催化的化学反应,其
23、代谢途径实质上是一系列酶催化的化学反应,其速度和方向不是由这条途径中速度和方向不是由这条途径中每每一个酶而是其中一个酶而是其中一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定的。这些调节代谢的酶称为的。这些调节代谢的酶称为调节酶调节酶(regulatory enzymes)和和/或或关键酶关键酶(key enzymes)。n调节某些关键酶或调节酶的活性是细胞代谢调节调节某些关键酶或调节酶的活性是细胞代谢调节的一种重要方式。的一种重要方式。目目 录录 它催化的反应速度最慢,因此称它催化的反应速度最慢,因此称为限速酶为限速酶(limiting velocity
24、enzymes),它的活性决定,它的活性决定整个代谢途径的速度;整个代谢途径的速度;这类酶催化单向反应,或非平衡反应,因这类酶催化单向反应,或非平衡反应,因此它的活性决定整个代谢途径的方向;此它的活性决定整个代谢途径的方向;这类酶活性除受底物控制外,还受多种代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。谢物或效应剂的调节。调节酶或关键酶所催化的反应具有下述特点:调节酶或关键酶所催化的反应具有下述特点:目目 录录某些重要代谢途径的关键酶某些重要代谢途径的关键酶糖原合酶糖原合酶目目 录录 快速代谢快速代谢 迟缓代谢迟缓代谢 在数秒、数分钟内发生;在数秒、数分钟内发生;通过改变酶的分子结
25、构,从而改变其活性通过改变酶的分子结构,从而改变其活性;分为别分为别构构调节及化学修饰调节两种。调节及化学修饰调节两种。n代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节实现的。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节实现的。一般需数小时或数天才能实现;一般需数小时或数天才能实现;通过对酶蛋白分子的合成或降解以改变细胞内通过对酶蛋白分子的合成或降解以改变细胞内酶的含量调节。酶的含量调节。目目 录录(二)小分子代谢物通过改变关键酶的构象(二)小分子代谢物通过改变关键酶的构象别构调节酶活性别构调节酶活性n别别构构酶(酶(allosteric enzyme)n别别构构调节(调节(allosteric regulat
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