代谢调节PPT课件

1.物质代谢的特点2.物质代谢的相互联系在能量代谢上的相互联系糖、脂和蛋白质之间的相互联系3.组织、器官的代谢特点及联系4.代谢调节细胞水平的代谢调节激素水平的代谢调节整体水平的代谢调节,主要内容,.,第一节,物质代谢的特点TheSpecialtyofMetabolism,整体性代谢调节具有组织器官特异性具有各自共有的代谢池（动态平衡）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,一、整体性,各种物质代谢之间互有联系，相互依存。,二、代谢调节,机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度,内外环境不断变化,影响机体代谢,适应环境的变化,三、具有组织器官特异性,结构不同,酶系的种类、含量不同,不同的组织、器官,代谢途径不同、功能各异,血糖,例如,四、具有各自共有的代谢池,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,脱氨基作用,营养非必需AA,糖、脂,合成,目录,.,9,胆固醇,体内合成（乙酰CoA）,食物,排出体外,胆汁酸,胆盐,7-脱氢胆固醇,VitD3,肝,随胆汁经过肠道,皮肤,五、ATP是机体能量利用的共同形式,营养物分解,六、NADPH是合成代谢所需的还原当量,乙酰CoA,NADPH+H+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,.,第二节,物质代谢的相互联系MetabolicInterrelationships,在能量代谢上的相互联系糖、脂和蛋白质之间的相互联系,DefinitionLocationPathwayTherate-limitingenzymes(coenzymes)RegulationFunctionsCalculatetheenergyyield,Learningobjectives:,E1:己糖激酶,E2:6-磷酸果糖激酶-1,E3:丙酮酸激酶,NAD+,乳酸,糖酵解的代谢途径,丙酮酸,3-磷酸甘油酸,ADP,E2,E1,E3,ATP,ATP,Glu,H2O,Pi,糖酵解途径（glycolyticpathway）,：1.糖酵解途径,2.丙酮酸的氧化脱羧,3.三羧酸循环,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TACcycle,胞液,线粒体,有氧氧化的反应过程,4.氧化磷酸化,丙酮酸的氧化脱羧(Pyruvateisoxidativelydecarboxylated),丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA(acetylCoA)。,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,目录,TAC小结,概念反应部位：线粒体关键酶：柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体整个循环反应为不可逆反应,三羧酸循环的要点经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP。一次TAC,生成10分子的ATP,TAC的本质：乙酰基分解为CO2，生成大量H。,中间产物仅是催化剂。,草酰乙酸也来自于葡萄糖。因此，糖的不足，TAC会受到影响。,生理意义,是三大营养物质氧化分解的共同途径,为呼吸链提供H+e，生成大量能量；是三大营养物质代谢枢纽,为其它物质代谢提供小分子前体。,磷酸戊糖途径,第二阶段,第一阶段,小结,糖原合成和分解是两条不同的途径,部位：胞浆,乳酸,丙酮酸,PEP,1,6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,甘油,氨基酸,-2ATP,能量的消耗？速度相等？,E1,E2,E3,E4,-ATP,.,24,饥饿血G脂肪动员FA分解,-H2、+H2O、-H2、硫解,ATP,补充能量,肉碱脂酰转移酶,乙酰CoA,肾上腺素、胰高血糖素等,脂解激素,-氧化线粒体内,限速酶,肉碱,概念限速酶,HSL,载体,.,25,饱食血G、CM,缩、加、脱、加,胰岛素,脂抑激素,主要组织,载体,基本过程,ACP,限速酶,乙酰CoA羧化酶,细胞定位,16：0,Gn、,FA合成,肠、肝、脂肪组织,原料,乙酰CoA,合成产物,胞液,TG储存,.,26,脂肪酸合成与氧化分解的比较:,细胞质,线粒体,ACP-SH,COA-SH,丙二酰单酰COA,乙酰COA,NADPH,FAD、NAD+,七种酶和一个蛋白质组成复合物,四种酶,肉碱穿梭系统,柠檬酸转运系统,D-型,L-型,要求,不要求,消耗7个ATP和14NADPH,产生106个ATP,.,27,组成,血浆脂蛋白,蛋白质：载脂蛋白,脂类：,甘油三脂磷脂胆固醇胆固醇酯,血浆脂蛋白的分类、合成部位、功能和组成特点,.,28,CMVLDLIDLLDLHDL,蛋白质1210182550,脂肪8485503053,胆固醇脂414224017,磷脂818222127,ApoACB48CB100EB100AAB100,合成部位小肠粘膜肝细胞血浆、肝肝、小肠肝细胞,功能转运外源转运内源转运内源转运内源逆向转运甘油三脂甘油三脂胆固醇胆固醇酯胆固醇,胆固醇28893,血浆脂蛋白的组成、性质及功能,一、在能量代谢上的相互联系,三大营养素可在体内氧化供能。,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。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,（一）,（一）,饥饿时,肝糖原分解，肌糖原分解,肝糖异生，蛋白质分解,以脂酸、酮体分解供能为主蛋白质分解明显降低,12天,34周,一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。,（一）糖代谢与脂代谢的相互联系,1.摄入的糖量超过能量消耗时,二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系,葡萄糖,?,糖,磷酸二羟丙酮,脂肪,2.脂肪的甘油部分能在体内转变为糖,脂酸,乙酰CoA,葡萄糖,缩合、加氢、脱水、加氢,丙酮酸,乙酰CoA,糖异生,葡萄糖,(脱氢、加水、再脱氢、硫解）,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,（二）糖与氨基酸代谢的相互联系,例如,丙氨酸,丙酮酸,脱氨基,糖异生,葡萄糖,1.大部分氨基酸（除leu,lys外）脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。,2.糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸,糖,丙酮酸,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,-酮戊二酸,1.蛋白质可以转变为脂肪,2.氨基酸可作为合成磷脂的原料,（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系,.,39,H2NCH2COOH,N5,N10-四烯基四氢叶酸,甘氨酸,胆胺与胆碱的合成,.,40,甘油二酯合成途径,但不能说，脂类可转变为氨基酸。,脂肪,甘油,磷酸甘油醛,丙酮酸,其他-酮酸,某些非必需氨基酸,3.脂肪非必需氨基酸,的甘油部分可转变为,（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系,1.氨基酸是体内合成核酸的重要原料,2.磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供,核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型,各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸。ATP是能量的“通货”UTP参与多糖的合成CTP参与磷脂合成GTP参与蛋白质合成,3.核酸与蛋白质、糖、脂的关系,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,-酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,.,第三节,组织、器官的代谢特点及联系,MetabolicSpecialtyandInterrelationshipsofTissuesandApparatus,肝,对维持血糖恒定起重要作用,糖类,脂类,蛋白质,以有氧氧化途径为主,心,脑,合成并储存糖原；肌糖原分解不能提供葡萄糖；,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。,肌肉,能量主要来自糖酵解,红细胞,脂肪组织,肾,也可进行糖异生和生成酮体；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。,.,53,重要器官及组织氧化供能的特点,.,第四节,代谢调节TheRegulationofMetabolism,代谢调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,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，这种调节称为原始调节或细胞水平代谢调节。,单细胞生物,生物体内的代谢不是孤立，各行其是进行的，即相互联系转化，协调一致，又互相限制与制约。体内代谢能保持这种动态的平衡，应归功于它的精确的调节机构。,高等生物三级水平代谢调节,细胞水平代谢调节-通过对细胞内酶的调节来实现。,-协调不同细胞、组织与器官之间的代谢。,-在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网络。,一、细胞水平的代谢调节,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(keyenzyme)的活性决定。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,（一）细胞内酶的隔离分布(Compartmentation),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。,.,59,主要代谢途径多酶体系在细胞内的分布,胞液,胞液,胞液,胞液,胞液,线粒体,线粒体,线粒体,线粒体,胞液，线粒体,酶的隔离分布的意义,可避免代谢途径之间相互干扰。有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节。区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。,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(limitingvelocityenzymes)。,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。,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。,关键酶催化的反应具有以下特点：,某些重要代谢途径的关键酶,己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,丙酮酸脱氢酶系,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,磷酸化酶,糖原合酶,乙酰辅酶A羧化酶,HMG辅酶A还原酶,快速代谢,迟缓代谢,代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。,1.变构调节的概念,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。,（二）关键酶的变构调节,使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allostericeffector),被调节的酶称为变构酶或别构酶(allostericenzyme),变构激活剂allostericeffector引起酶活性增加的变构效应剂。变构抑制剂allostericeffector引起酶活性降低的变构效应剂。,.,65,.,66,一些代谢途径中的变构酶及其变构效应剂,变构效应剂+酶的调节亚基,非共价键结合,2.变构调节的机制,变构酶：包括催化亚基、调节亚基,变构效应剂：底物、终产物和其他小分子代谢物,C催化亚基R调节亚基,变构酶的解聚与聚合,柠檬酸或异柠檬酸,多聚体（高活性）,ATP-Mg2+,原聚体（无活性）,乙酰辅酶A羧化酶,.,69,蛋白激酶A的变构调节,3.变构调节的生理意义,代谢终产物反馈抑制(feedbackinhibition)反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。,变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。,G-6-P,+,糖原磷酸化酶,抑制糖的氧化,糖原合酶,促进糖的储存,变构调节使不同的代谢途径相互协调。,（三）酶的化学修饰调节,1.化学修饰的概念,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(covalentmodification)，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的化学修饰。,2.化学修饰的主要方式,磷酸化-去磷酸乙酰化-脱乙酰甲基化-去甲基腺苷化-脱腺苷SH与SS互变,.,74,酶促化学修饰对酶活性的调节,酶的磷酸化与脱磷酸化,酶级联系统调控示意图,意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。,肾上腺素或胰高血糖素,1、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（无活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（无活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶b（无活性）,磷酸化酶a（活性）,6、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,肾上腺素或胰高血糖素,1,4,5,6,3.化学修饰的特点,酶蛋白有两种状态,发生共价键改变,在不同酶的作用下,可互相转变。,催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控,具有放大效应，效率较变构调节高。,磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。,同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。,.,78,PDH(active),ATP,ADP,Pi,蛋白磷酸化酶Proteinphosphatase,(inactive),PDH,胰岛素Insulin,蛋白激酶Proteinkinase,+,+,丙酮酸Pyruvate,_,乙酰CoANADH+H+ATP,NAD+ADP,_,乙酰CoAAcetylCoA,NAD+HSCoA,NADH+H+CO2,丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）,化学修饰与别构调节的异同点:,共同点：均通过影响酶的结构，转而影响酶的活性。,不同点：,（四）酶量的调节,1.酶蛋白合成的诱导与阻遏,加速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),常见的诱导或阻遏方式：,底物对酶合成的诱导和阻遏,产物对酶合成的阻遏,激素对酶合成的诱导,药物对酶合成的诱导,底物的诱导作用：受酶催化的作用物，可以诱导该酶的合成。,产物的阻遏作用：终产物反馈阻遏代谢中的关键酶的合成。,药物的诱导作用：,无分解乳糖的酶,【例2】肝脏：2乙酰CoA乙酰乙酰CoA,HMGCoA还原酶,胆固醇,激素对酶合成的诱导胰岛素诱导糖酵解和脂酸合成中关键酶的合成,2.酶蛋白降解,通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。,内、外环境改变,激素作用机制,二、激素水平的代谢调节,组织特异性、效应特异性,激素分类,膜受体激素胞内受体激素,按激素受体在细胞的部位不同，分为：,激素作用方式,1.膜受体激素的作用方式,2.胞内受体激素的作用方式,膜受体激素的作用方式,胰岛素、肾上腺素、生长激素等通过膜受体调节生理过程,胞内受体激素的作用方式,类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生理过程,激素反应元件(hormoneresponseelement,HRE),*X代表任一核苷酸,不同的激素受体复合物结合于不同的激素反应元件,中枢神经,神经递质,激素,受体,酶,激活or诱导,抑制or阻遏,SP,三、整体水平的代谢调节,（一）饥饿,糖原消耗,血糖趋于降低,胰岛素分泌减少胰高血糖素分泌增加,引起一系列的代谢变化,1.短期饥饿（13天）,（3）蛋白质代谢变化,分解加强，氨基酸异生成糖,（2）糖代谢变化,糖异生加强，组织对葡萄糖利用降低,（1）脂代谢变化,脂肪动员加强，酮体生成增多,2.长期饥饿（1周以上）,（3）蛋白质代谢变化,蛋白质分解减少，氮负平衡有所改善,（2）糖代谢变化,肾糖异生作用明显增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸,（1）脂代谢变化,脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加,（二）应激,1.概念,应激(stress)指人体受到一些异乎寻常的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列反应的“紧张状态”。,2.机体整体反应,交感神经兴奋肾上腺髓质及皮质激素分泌增多胰高血糖素、生长激素增加，胰岛素分泌减少,3.代谢改变,（1）血糖升高,（2）脂肪动员增强,（3）蛋白质分解加强,应激是机体对强烈刺激所产生的非特异性的防御反应，应激时糖、脂、蛋白质代谢的特点：分解代谢增强，合成代谢受抑制。,.,94,应激时机体的代谢改变,.,95,代谢综合征(MetabolicSyndrome,MS)：以肥胖、高血压、糖代谢及血脂异常等为主要临床表现的症候群。表现为心脑血管病的多种代谢危险因素在同一个体内集结的状态。而超重和肥胖在MS发生、发展中起着决定性的作用。,（三）肥胖是多种因素引起的进食行为和能量代谢调节的紊乱,.,96,高脂血症,冠心病,糖尿病,脂肪肝,胆石症,痛风,阻塞性睡眠呼吸暂停综合症,肥胖,.,97,减肥,茶、含片、饼干、纤维膳,药,健美腹带健瘦鞋、紧身衣,泻药、膏药、康丽亭,闻,香味笔,手术抽吸,吃,二十一世纪?,穿,.,98,体质性肥胖：青少年期多见的肥胖，主要由于脂肪细胞数量增加所致。获得性肥胖：成人因营养过剩引起的肥胖，主要由于脂肪细胞体积增加，也有数量增加。,1肥胖者增加脂肪储存有不同类型,单纯性肥胖,继发性肥胖症,某些神经、内分泌疾病引起。,.,99,肥胖诊断常用标准是体重指数（bodymassindex,BMI,BMI=体重(kg)/身高2(m2)。如体重超过标准体重的20%，或体重指数30即为肥胖。,.,100,2正常食欲、进食和能量消耗的平衡受到神经、内分泌系统复杂调节,短期进食调节激素主要包括生长激素释放肽(ghrelin)和胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)。,参与食欲、进食长期调节的激素包括胰岛素和瘦蛋白（leptin）。,.,101,高胰岛素血症是肥胖的重要特征，也是促进肥胖形成的重要因素。肥胖者常可表现胰岛素抵抗和高胰岛素血症。肥胖者糖代谢表现异常。肥胖者也存在脂代谢异常。,3肥胖者常表现胰岛素分泌、功能异常和糖脂代谢的紊乱,代谢变化的防御意义在于为机体应付“紧急情况”提供足够的能量。但若应激状态持续时间长，则病人可因消耗过多而致消瘦和体重减轻。因此，在严重创伤或大手术后，给予患者输入一定比例的胰岛素-葡萄糖-氯化钾溶液，可减少体内蛋白质的分解，防止氮负平衡。,.,103,代谢组学(metabonomics)是对某一生物或细胞所有低相对分子质量代谢产物进行定性和定量分析，检测活细胞中代谢变化的研究领域。,四、代谢组学是对小分子代谢物集合的整体水平研究,（一