第 12章 物质代谢的联系与调节
Interrelationships and Regulation of Metabolism
本章主要内容
? 物质代谢的相互联系
? 代谢调节的一般原理
? 激素的作用与受体
? 细胞信号传导系统
1.1 物质代谢的基本目的
1.1.1 生成 ATP
ATP被称之为“通用能量货币”
1.1.2 生成还原辅酶
动物机体代谢过程中所产生还原力，其代表性物质是辅酶
（ NADPH+H+）
1.1.3 产生生物合成的小分子前体
1 物质代谢的相互联系
1.2 物质代谢的相互联系
1 物质代谢的相互联系
1.2.1 糖代谢与脂代谢
糖与脂类的联系最为密切, 糖可以转变成脂类 。 当有过量葡
萄糖摄入时, 糖分解代谢的产物磷酸二羟丙酮还原成 α-磷酸甘
油 。 丙酮酸氧化脱羧转变为乙酰 CoA,在线粒体中合成脂酰
COA。 α-磷酸甘油与脂酰 CoA再用来合成甘油三酯 。 乙酰 COA也
是合成胆固醇的原料 。 磷酸戊糖途径还为脂肪酸, 胆固醇合成
提供了所需 NADPH。
在动物体内脂肪转变成葡萄糖是有限度的。脂肪的分解产物包
括甘油和脂肪酸。其中甘油是生糖物质。奇数脂肪酸分解生成
丙酰 CoA可以经甲基丙二酸单酰 CoA途径转变成琥珀酸，然后
进入异生过程生成葡萄糖（例如在反刍动物）。然而偶数脂肪
酸 β-氧化产生的乙酰 CoA不能净合成糖。因为乙酰 Co A不能转
变为丙酮酸。虽然有研究显示，同位素标记的乙酰 Co A碳原子
最终掺入到了葡萄糖分子中去，但其前提是必须向三羧酸循环
中补充如草酰乙酸等有机酸，而动物体内草酰乙酸又只能从糖
代谢的中产物丙酮酸羧化后或其他氨基酸脱氨后得到。
1.2.2 糖代谢与氨基酸代谢
糖分解代谢的中间产物, α-酮酸可以作为, 碳架,, 通
过转氨基或氨基化作用进而转变成非必需氨基酸 。
但是当动物缺乏糖的摄入 （ 如饥饿 ） 时, 体蛋白的分解加强 。
已知组成蛋白质的 20种氨基酸中, 除赖氨酸和亮氨酸以外,
其余的都可以通过脱氨基作用直接地或间接地转变成糖异生
途径中的某种中间产物, 再沿异生途径合成糖, 以满足机体
对葡萄糖的需要和维持血糖水平的稳定 。
糖的供应不足，不仅非必需氨基酸合成减少，而且由于细胞
的能量水平下降，使需要消耗大量高能磷酸化合物（ ATP和
GTP）的蛋白质的合成速率受到明显抑制。
1.2.3 脂代谢与氨基酸代谢
所有氨基酸, 无论是生糖的, 生酮的, 还是兼生的都可以在
动物体内转变成脂肪 。 生酮氨基酸可以通过解酮作用转变成乙
酰 CoA之后合成脂肪酸, 生糖氨基酸既然能异生成糖, 自然也
可以转变成脂肪 。 此外, 蛋氨酸, 丝氨酸等还是合成磷脂的原
料 。
脂肪分解产生的甘油可以转变成合成丙酮酸, 丝氨酸等非必需
氨基酸的碳骨架 。
但是在动物体内由脂肪酸合成氨基酸碳架结构的可能性不大。
因为脂酸分解生成的乙酰 Co A进入三羧酸循环，再由循环中的
中间产物形成氨基酸时，消耗了循环中的有机酸（ α-酮酸），
如无其他来源得以补充，反应则不能进行下去。因此，一般地
说，动物组织不易利用脂肪酸合成氨基酸。
1.2.4 核苷酸代谢与其他物质代谢
核苷酸不仅是核酸的基本组成单位，而且在调节代谢中也起
着重要作用。 ATP是能量通用货币和转移磷酸基团的主要分子，
UTP参与单糖的转变和多糖的合成,CTP参与磷脂的合成，而 GTP为
蛋白质多肽链的生物合成所必需。
许多重要的辅酶辅基，如 Co A,NAD,FAD等都是腺嘌呤核苷
酸的衍生物，参与酶的催化作用。环核苷酸，如 cAMP,cGMP作为
胞内信号分子（第二信使）参与细胞信号的传导。
糖代谢为核苷酸合成提供了磷酸核糖（及脱氧核糖）和 NADPH
还原力。甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺等参与嘌呤和嘧啶环的合
成，多种酶和蛋白因子参与了核酸的生物合成（复制和转录），
糖、脂等燃料分子为核酸生物学功能的实现提供了能量保证。
糖, 脂类和蛋白质代谢之间的相互影响突出地表现在能量
供应上 。 动物各种生理活动所需要的能量约 70％ 以上是由糖供
应的 。 当饲料中糖类供应充足时, 机体以糖作为能量的主要来
源, 而脂肪和蛋白质的分解供能较少 。 糖的供应量超过机体的
需要时, 过量的糖则转变成脂肪作为能量储备 。 糖类供应不足
或饥饿时, 一方面糖的异生作用加强, 即主要动用机体蛋白转
变为糖, 另一方面动员脂肪分解供能 。 长期饥饿, 体内脂肪分
解大大加快, 甚至会出现酮血症 。
在一般情况下，饲料蛋白质的主要营养作用是满足动物生
长、修补和更新组织的需要。合成蛋白质需要能量，主要依靠
糖，其次是脂肪供给。蛋白质合成代谢增强时，糖和脂肪，并
且首先是糖的分解代谢必然增强，除了提供所需要的能量外，
还可合成某些非必需氨基酸作为蛋白质合成的原料。可见，饲
料中能源物质不足时，会影响蛋白质的合成。这是在动物饲养
中必须注意的问题。
1.2.5 营养物质之间的相互影响
2 动物代谢调节的一般原理
2.1 代谢调节的实质
恒态 (stable state)是机体代谢的基本状态。恒态的破坏意味着疾病
或机体的死亡。机体通过代谢调节维持恒态。
代谢的调节主要是对酶进行调节，包括酶的活性和酶量。尤其是途径
中的 关键酶 （限速酶、调节酶），使他们的活性不致过高或过低，不会
缺乏也不会不适时表达，以保持整个机体的代谢以恒态的方式进行。
代谢调节的实质，就是把体内的酶组织起来，在统一的指挥下，互相
协作，以便使整个代谢过程适应生理活动的需要。
2.2 代谢调节的方式
?细胞水平代谢调节
?激素水平代谢调节
?整体水平代谢调节
2.2.1 细胞水平的调节
酶的区室化
动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，称为酶的区室化。
酶的区室化作用保证了代谢途径的定向和有序，也使合成途径和分解
途径彼此独立、分开进行。
酶活性的调节
变构调节和共价修饰调节是对关键酶活性调节的两种主要方式。
酶含量的调节
细胞内的酶活性一般与其含量呈正相关。
2.2.2 激素水平的调节
激素通过血液到达其专一作用的组织和细胞，称为靶组织（ target
tissue）、靶细胞（ target cell），与其特异的受体结合，引起细胞内
代谢的改变，于是引起生理效应。
通过代谢中间物在细胞中传递信息。
2.2.3 整体水平的调节
3,细胞信号传导
信号传导实现细胞之间的通讯联络，使多细胞生物对外界环境的
变化可以作出协同一致的反应。细胞信号的传导系统包括信号分子、
受体、第二信使分子、胞内的靶蛋白或靶酶等。
3.1 信号分子（ Signal molecules）
激 素 （胰岛素、肾上腺素等）
生长因子（生长激素、上皮生长因子等）
细胞因子（白细胞介素、肿瘤坏死因子等）
神经递质（乙酰胆碱,5-羟色胺等）
气体分子（ NO等）
3.2 受体（ receptor）
是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒
素、药物等）并与之结合的生物大分子。受体多位于膜上少部分在胞内。
3.2.1 受体的特点
亲和性 —— 与配体（ ligand）有极高的亲和力
专一性 —— 存在于特定的细胞和组织中，这些细胞或组织称为靶细胞、
靶组织
效应性 —— 与配体结合后引起生理效应
3.2.2 受体的类型
门控通道型受体（膜上）
如乙酰胆碱受体
G蛋白偶联型受体（膜上）
如肾上腺素受体
酪氨酸激酶型受体（膜上）
如生长激素受体
DNA转录调节型受体（胞内）
如雌激素受体
受体类型
膜
上
受
体
的
三
种
类
型
门控通道型
G蛋白偶联型
酪氨酸激酶型
分布极广，参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控
3.3 G蛋白偶联型受体系统
3.3.1 G蛋白
全称为 GTP结合调节蛋白，是
位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，
αβγ 3个亚基组成,α结合
GTP时,与 βγ分离，成为活
性形式，而结合 GDP时，则
与 βγ结合成 3聚体，成为非活
性形式。
与 G蛋白偶联的受体特点
胞外 —— 结合配体部分
胞内 —— 与 G蛋白作用部分
过膜 —— 七段螺旋
? 蛋白激酶 A（ PKA）途径
? IP3-钙离子 /钙调蛋白激酶途径
? 蛋白激酶 C途径
3.3.2 由 G蛋白介导可激活一些信号传导途径
配体与受体结合
交换 GTP/GDP（ G蛋白活化）
结合并激活 AC（腺苷酸环化酶）
生成 cAMP（第二信使）
激活 PKA
发挥作用
? 蛋白激酶 A(PKA)途径 （ cAMP-PKA途径）
第二信使 cAMP激活 蛋白激酶 A(PKA)的机制
由蛋白激酶 A激活酶的级联放大系统分解肌糖原
IP3-钙离子 /钙调蛋白激酶途径 蛋白激酶 C途径
第二信使 IP3 和 DG的产生
酸蛋白激酶受体的结构特点
胞外为结合配体部分（类似免
疫球蛋白的结构），胞内为催化结
构域，由单股螺旋过膜。与配体结
合促进受体二聚化。激活的受体有
自催化作用，使其酪氨酸磷酸化，
再进而引起胞内的级联放大效应。
许多与细胞生长、分裂和分化
有关的生长因子在细胞膜表面的受
体具有酪氨酸蛋白激酶（ TPK）的
活性。
3.4 受体酪氨酸蛋白激酶（ TPK）途径
3.5 DNA转录调节型受体系统
本章结束
Interrelationships and Regulation of Metabolism
本章主要内容
? 物质代谢的相互联系
? 代谢调节的一般原理
? 激素的作用与受体
? 细胞信号传导系统
1.1 物质代谢的基本目的
1.1.1 生成 ATP
ATP被称之为“通用能量货币”
1.1.2 生成还原辅酶
动物机体代谢过程中所产生还原力，其代表性物质是辅酶
（ NADPH+H+）
1.1.3 产生生物合成的小分子前体
1 物质代谢的相互联系
1.2 物质代谢的相互联系
1 物质代谢的相互联系
1.2.1 糖代谢与脂代谢
糖与脂类的联系最为密切, 糖可以转变成脂类 。 当有过量葡
萄糖摄入时, 糖分解代谢的产物磷酸二羟丙酮还原成 α-磷酸甘
油 。 丙酮酸氧化脱羧转变为乙酰 CoA,在线粒体中合成脂酰
COA。 α-磷酸甘油与脂酰 CoA再用来合成甘油三酯 。 乙酰 COA也
是合成胆固醇的原料 。 磷酸戊糖途径还为脂肪酸, 胆固醇合成
提供了所需 NADPH。
在动物体内脂肪转变成葡萄糖是有限度的。脂肪的分解产物包
括甘油和脂肪酸。其中甘油是生糖物质。奇数脂肪酸分解生成
丙酰 CoA可以经甲基丙二酸单酰 CoA途径转变成琥珀酸，然后
进入异生过程生成葡萄糖（例如在反刍动物）。然而偶数脂肪
酸 β-氧化产生的乙酰 CoA不能净合成糖。因为乙酰 Co A不能转
变为丙酮酸。虽然有研究显示，同位素标记的乙酰 Co A碳原子
最终掺入到了葡萄糖分子中去，但其前提是必须向三羧酸循环
中补充如草酰乙酸等有机酸，而动物体内草酰乙酸又只能从糖
代谢的中产物丙酮酸羧化后或其他氨基酸脱氨后得到。
1.2.2 糖代谢与氨基酸代谢
糖分解代谢的中间产物, α-酮酸可以作为, 碳架,, 通
过转氨基或氨基化作用进而转变成非必需氨基酸 。
但是当动物缺乏糖的摄入 （ 如饥饿 ） 时, 体蛋白的分解加强 。
已知组成蛋白质的 20种氨基酸中, 除赖氨酸和亮氨酸以外,
其余的都可以通过脱氨基作用直接地或间接地转变成糖异生
途径中的某种中间产物, 再沿异生途径合成糖, 以满足机体
对葡萄糖的需要和维持血糖水平的稳定 。
糖的供应不足，不仅非必需氨基酸合成减少，而且由于细胞
的能量水平下降，使需要消耗大量高能磷酸化合物（ ATP和
GTP）的蛋白质的合成速率受到明显抑制。
1.2.3 脂代谢与氨基酸代谢
所有氨基酸, 无论是生糖的, 生酮的, 还是兼生的都可以在
动物体内转变成脂肪 。 生酮氨基酸可以通过解酮作用转变成乙
酰 CoA之后合成脂肪酸, 生糖氨基酸既然能异生成糖, 自然也
可以转变成脂肪 。 此外, 蛋氨酸, 丝氨酸等还是合成磷脂的原
料 。
脂肪分解产生的甘油可以转变成合成丙酮酸, 丝氨酸等非必需
氨基酸的碳骨架 。
但是在动物体内由脂肪酸合成氨基酸碳架结构的可能性不大。
因为脂酸分解生成的乙酰 Co A进入三羧酸循环，再由循环中的
中间产物形成氨基酸时，消耗了循环中的有机酸（ α-酮酸），
如无其他来源得以补充，反应则不能进行下去。因此，一般地
说，动物组织不易利用脂肪酸合成氨基酸。
1.2.4 核苷酸代谢与其他物质代谢
核苷酸不仅是核酸的基本组成单位，而且在调节代谢中也起
着重要作用。 ATP是能量通用货币和转移磷酸基团的主要分子，
UTP参与单糖的转变和多糖的合成,CTP参与磷脂的合成，而 GTP为
蛋白质多肽链的生物合成所必需。
许多重要的辅酶辅基，如 Co A,NAD,FAD等都是腺嘌呤核苷
酸的衍生物，参与酶的催化作用。环核苷酸，如 cAMP,cGMP作为
胞内信号分子（第二信使）参与细胞信号的传导。
糖代谢为核苷酸合成提供了磷酸核糖（及脱氧核糖）和 NADPH
还原力。甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺等参与嘌呤和嘧啶环的合
成，多种酶和蛋白因子参与了核酸的生物合成（复制和转录），
糖、脂等燃料分子为核酸生物学功能的实现提供了能量保证。
糖, 脂类和蛋白质代谢之间的相互影响突出地表现在能量
供应上 。 动物各种生理活动所需要的能量约 70％ 以上是由糖供
应的 。 当饲料中糖类供应充足时, 机体以糖作为能量的主要来
源, 而脂肪和蛋白质的分解供能较少 。 糖的供应量超过机体的
需要时, 过量的糖则转变成脂肪作为能量储备 。 糖类供应不足
或饥饿时, 一方面糖的异生作用加强, 即主要动用机体蛋白转
变为糖, 另一方面动员脂肪分解供能 。 长期饥饿, 体内脂肪分
解大大加快, 甚至会出现酮血症 。
在一般情况下，饲料蛋白质的主要营养作用是满足动物生
长、修补和更新组织的需要。合成蛋白质需要能量，主要依靠
糖，其次是脂肪供给。蛋白质合成代谢增强时，糖和脂肪，并
且首先是糖的分解代谢必然增强，除了提供所需要的能量外，
还可合成某些非必需氨基酸作为蛋白质合成的原料。可见，饲
料中能源物质不足时，会影响蛋白质的合成。这是在动物饲养
中必须注意的问题。
1.2.5 营养物质之间的相互影响
2 动物代谢调节的一般原理
2.1 代谢调节的实质
恒态 (stable state)是机体代谢的基本状态。恒态的破坏意味着疾病
或机体的死亡。机体通过代谢调节维持恒态。
代谢的调节主要是对酶进行调节，包括酶的活性和酶量。尤其是途径
中的 关键酶 （限速酶、调节酶），使他们的活性不致过高或过低，不会
缺乏也不会不适时表达，以保持整个机体的代谢以恒态的方式进行。
代谢调节的实质，就是把体内的酶组织起来，在统一的指挥下，互相
协作，以便使整个代谢过程适应生理活动的需要。
2.2 代谢调节的方式
?细胞水平代谢调节
?激素水平代谢调节
?整体水平代谢调节
2.2.1 细胞水平的调节
酶的区室化
动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，称为酶的区室化。
酶的区室化作用保证了代谢途径的定向和有序，也使合成途径和分解
途径彼此独立、分开进行。
酶活性的调节
变构调节和共价修饰调节是对关键酶活性调节的两种主要方式。
酶含量的调节
细胞内的酶活性一般与其含量呈正相关。
2.2.2 激素水平的调节
激素通过血液到达其专一作用的组织和细胞，称为靶组织（ target
tissue）、靶细胞（ target cell），与其特异的受体结合，引起细胞内
代谢的改变，于是引起生理效应。
通过代谢中间物在细胞中传递信息。
2.2.3 整体水平的调节
3,细胞信号传导
信号传导实现细胞之间的通讯联络，使多细胞生物对外界环境的
变化可以作出协同一致的反应。细胞信号的传导系统包括信号分子、
受体、第二信使分子、胞内的靶蛋白或靶酶等。
3.1 信号分子（ Signal molecules）
激 素 （胰岛素、肾上腺素等）
生长因子（生长激素、上皮生长因子等）
细胞因子（白细胞介素、肿瘤坏死因子等）
神经递质（乙酰胆碱,5-羟色胺等）
气体分子（ NO等）
3.2 受体（ receptor）
是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒
素、药物等）并与之结合的生物大分子。受体多位于膜上少部分在胞内。
3.2.1 受体的特点
亲和性 —— 与配体（ ligand）有极高的亲和力
专一性 —— 存在于特定的细胞和组织中，这些细胞或组织称为靶细胞、
靶组织
效应性 —— 与配体结合后引起生理效应
3.2.2 受体的类型
门控通道型受体（膜上）
如乙酰胆碱受体
G蛋白偶联型受体（膜上）
如肾上腺素受体
酪氨酸激酶型受体（膜上）
如生长激素受体
DNA转录调节型受体（胞内）
如雌激素受体
受体类型
膜
上
受
体
的
三
种
类
型
门控通道型
G蛋白偶联型
酪氨酸激酶型
分布极广，参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控
3.3 G蛋白偶联型受体系统
3.3.1 G蛋白
全称为 GTP结合调节蛋白，是
位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，
αβγ 3个亚基组成,α结合
GTP时,与 βγ分离，成为活
性形式，而结合 GDP时，则
与 βγ结合成 3聚体，成为非活
性形式。
与 G蛋白偶联的受体特点
胞外 —— 结合配体部分
胞内 —— 与 G蛋白作用部分
过膜 —— 七段螺旋
? 蛋白激酶 A（ PKA）途径
? IP3-钙离子 /钙调蛋白激酶途径
? 蛋白激酶 C途径
3.3.2 由 G蛋白介导可激活一些信号传导途径
配体与受体结合
交换 GTP/GDP（ G蛋白活化）
结合并激活 AC（腺苷酸环化酶）
生成 cAMP（第二信使）
激活 PKA
发挥作用
? 蛋白激酶 A(PKA)途径 （ cAMP-PKA途径）
第二信使 cAMP激活 蛋白激酶 A(PKA)的机制
由蛋白激酶 A激活酶的级联放大系统分解肌糖原
IP3-钙离子 /钙调蛋白激酶途径 蛋白激酶 C途径
第二信使 IP3 和 DG的产生
酸蛋白激酶受体的结构特点
胞外为结合配体部分（类似免
疫球蛋白的结构），胞内为催化结
构域，由单股螺旋过膜。与配体结
合促进受体二聚化。激活的受体有
自催化作用，使其酪氨酸磷酸化，
再进而引起胞内的级联放大效应。
许多与细胞生长、分裂和分化
有关的生长因子在细胞膜表面的受
体具有酪氨酸蛋白激酶（ TPK）的
活性。
3.4 受体酪氨酸蛋白激酶（ TPK）途径
3.5 DNA转录调节型受体系统
本章结束
