第 九 章物质代谢的联系与调节
Metabolic Interrelationships and Regulation
授课教师：廖之君物质代谢的特点 （自学）
The Specialty of Metabolism
第 一 节物质代谢的相互联系
Metabolic Interrelationships
第 二 节目 录一、在能量代谢上的相互联系三大营养素 共同中间产物 共同最终代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰 CoA TAC
2H
ATP
CO2
● 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。
● 一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。
● 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。
目 录
（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 乙酰 CoA
合成脂肪
（脂肪组织）
合成糖原储存（肝、肌肉）
目 录
2,脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸 乙酰 CoA 葡萄糖脂肪甘油 甘油激酶肝、肾、肠 磷酸 -甘油葡萄糖目 录
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高酮血症草酰乙酸相对不足糖不足脂肪大量动员 酮体生成增加氧化 受阻目 录
（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,大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的 α-
酮酸，可转变为糖。
目 录
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α-酮戊二酸丙氨酸 天冬氨酸谷氨酸目 录氨基酸 乙酰 CoA 脂肪
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丝氨酸 磷脂酰丝氨酸胆胺 脑磷脂胆碱 卵磷脂
（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系目 录
—— 但不能说，脂类可转变为氨基酸。
脂肪 甘油 磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸其他 α-酮酸某些非必需氨基酸
3,脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸目 录
（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甘氨酸天冬氨酸 谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤 合成嘧啶
2,磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供代 谢 调 节
The Regulation of Metabolism
第 四 节目 录
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 。
单细胞生物目 录高等生物 —— 三级水平代谢调节
细胞水平代谢调节
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的内分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。
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代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对代谢进行综合调节。
目 录一、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 (key
enzyme)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
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 。
目 录多酶体系在细胞内的分布多酶体系 分 布糖酵解 胞液磷酸戊糖途径糖异生糖原合成三羧酸循环 线粒体氧化磷酸化 线粒体胞液胞液胞液目 录多酶体系 分布线粒体脂酸? 氧化脂酸 合成 胞液内质网、胞液胆固醇 合成磷脂 合成 内质网
DNA,RN A 合成 细胞核目 录
酶的隔离分布的意义
—— 避免了各种代谢途径互相干扰。
多酶体系 分 布蛋白质合成多种水解酶 溶酶体线粒体、胞液尿素合成血红素 合成内质网、胞液线粒体、胞液目 录
① 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 (limiting velocity enzymes)。
② 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。
③ 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：
代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定 。
目 录
快速代谢
迟缓代谢数秒、数分钟通过改变酶的活性数小时、几天通过改变酶的含量变构调节
(allosteric regulation)
化学修饰调节
(chemical modification)
代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。
目 录
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）关键酶的变构调节目 录
被调节的酶称为 变构酶 或 别构酶
(allosteric enzyme)
使酶发生变构效应的物质，称为 变构效应剂
(allosteric effector)
变构激活剂?allosteric effector?
—— 引起酶活性 增加 的变构效应剂。
变构抑制剂?allosteric effector?
—— 引起酶活性 降低 的变构效应剂。
目 录
2,变构调节的机制变构酶催化亚基调节亚基变构效应剂,底物、终产物其他小分子代谢物目 录变构效应剂 + 酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变
（激活或抑制 ）
疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化目 录
（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 (covalent modification)，
从而引起酶活性改变,这种调节称为酶的化学修饰 。
目 录
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 – S — S – 互变目 录酶的磷酸化与脱磷酸化
-OH
Thr
Ser
Tyr
酶蛋白
H2OPi
磷蛋白磷酸酶
ATP ADP
蛋白激酶
Thr
Ser
Tyr
-O-PO32-
磷酸化的酶蛋白目 录
3,化学修饰的特点
① 酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应,在不同酶的作用下,酶蛋白的活性状态可互相转变 。
② 具有放大效应,效率较变构调节高 。
③ 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。
目 录
（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)
目 录
2,酶蛋白降解溶酶体蛋白酶体
—— 释放蛋白水解酶，降解蛋白质
—— 泛素识别、结合蛋白质；
蛋白水解酶降解蛋白质
通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。
目 录内、外环境改变 机体相关组织分泌 激素激素与靶细胞上的受体结合靶细胞产生生物学效应，适应内外环境改变
激素作用机制二、激素水平的代谢调节目 录
激素分类
Ι 膜受体激素
Ⅱ 胞内受体激素按激素受体在细胞的部位不同，分为：
目 录
1,膜受体激素的作用方式
激素作用方式目 录
2,
胞内受体激素的作用方式目 录
（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（ 1～ 3天）
三、整体水平的代谢调节目 录
（ 1）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
（ 3）脂代谢变化脂肪动员加强，酮体生成增多目 录
2,长期饥饿
（ 1）蛋白质代谢变化蛋白质分解减少
（ 2）糖代谢变化肝肾糖异生增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸
（ 3）脂代谢变化脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加目 录
（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,。
目 录
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,胰岛素分泌减少引起一系列的代谢变化目 录
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
Metabolic Interrelationships and Regulation
授课教师：廖之君物质代谢的特点 （自学）
The Specialty of Metabolism
第 一 节物质代谢的相互联系
Metabolic Interrelationships
第 二 节目 录一、在能量代谢上的相互联系三大营养素 共同中间产物 共同最终代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰 CoA TAC
2H
ATP
CO2
● 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。
● 一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。
● 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。
目 录
（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 乙酰 CoA
合成脂肪
（脂肪组织）
合成糖原储存（肝、肌肉）
目 录
2,脂肪的甘油部分能在体内转变为糖脂酸 乙酰 CoA 葡萄糖脂肪甘油 甘油激酶肝、肾、肠 磷酸 -甘油葡萄糖目 录
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高酮血症草酰乙酸相对不足糖不足脂肪大量动员 酮体生成增加氧化 受阻目 录
（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,大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的 α-
酮酸，可转变为糖。
目 录
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α-酮戊二酸丙氨酸 天冬氨酸谷氨酸目 录氨基酸 乙酰 CoA 脂肪
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丝氨酸 磷脂酰丝氨酸胆胺 脑磷脂胆碱 卵磷脂
（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系目 录
—— 但不能说，脂类可转变为氨基酸。
脂肪 甘油 磷酸甘油醛糖酵解途径丙酮酸其他 α-酮酸某些非必需氨基酸
3,脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸目 录
（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甘氨酸天冬氨酸 谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤 合成嘧啶
2,磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供代 谢 调 节
The Regulation of Metabolism
第 四 节目 录
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 。
单细胞生物目 录高等生物 —— 三级水平代谢调节
细胞水平代谢调节
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的内分泌细胞及内分泌器官，其分泌的激素可对其他细胞发挥代谢调节作用。
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代谢及功能，并通过各种激素的互相协调而对代谢进行综合调节。
目 录一、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 (key
enzyme)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
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 。
目 录多酶体系在细胞内的分布多酶体系 分 布糖酵解 胞液磷酸戊糖途径糖异生糖原合成三羧酸循环 线粒体氧化磷酸化 线粒体胞液胞液胞液目 录多酶体系 分布线粒体脂酸? 氧化脂酸 合成 胞液内质网、胞液胆固醇 合成磷脂 合成 内质网
DNA,RN A 合成 细胞核目 录
酶的隔离分布的意义
—— 避免了各种代谢途径互相干扰。
多酶体系 分 布蛋白质合成多种水解酶 溶酶体线粒体、胞液尿素合成血红素 合成内质网、胞液线粒体、胞液目 录
① 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 (limiting velocity enzymes)。
② 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。
③ 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：
代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定 。
目 录
快速代谢
迟缓代谢数秒、数分钟通过改变酶的活性数小时、几天通过改变酶的含量变构调节
(allosteric regulation)
化学修饰调节
(chemical modification)
代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。
目 录
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）关键酶的变构调节目 录
被调节的酶称为 变构酶 或 别构酶
(allosteric enzyme)
使酶发生变构效应的物质，称为 变构效应剂
(allosteric effector)
变构激活剂?allosteric effector?
—— 引起酶活性 增加 的变构效应剂。
变构抑制剂?allosteric effector?
—— 引起酶活性 降低 的变构效应剂。
目 录
2,变构调节的机制变构酶催化亚基调节亚基变构效应剂,底物、终产物其他小分子代谢物目 录变构效应剂 + 酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变
（激活或抑制 ）
疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化目 录
（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 (covalent modification)，
从而引起酶活性改变,这种调节称为酶的化学修饰 。
目 录
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 – S — S – 互变目 录酶的磷酸化与脱磷酸化
-OH
Thr
Ser
Tyr
酶蛋白
H2OPi
磷蛋白磷酸酶
ATP ADP
蛋白激酶
Thr
Ser
Tyr
-O-PO32-
磷酸化的酶蛋白目 录
3,化学修饰的特点
① 酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应,在不同酶的作用下,酶蛋白的活性状态可互相转变 。
② 具有放大效应,效率较变构调节高 。
③ 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。
目 录
（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)
目 录
2,酶蛋白降解溶酶体蛋白酶体
—— 释放蛋白水解酶，降解蛋白质
—— 泛素识别、结合蛋白质；
蛋白水解酶降解蛋白质
通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。
目 录内、外环境改变 机体相关组织分泌 激素激素与靶细胞上的受体结合靶细胞产生生物学效应，适应内外环境改变
激素作用机制二、激素水平的代谢调节目 录
激素分类
Ι 膜受体激素
Ⅱ 胞内受体激素按激素受体在细胞的部位不同，分为：
目 录
1,膜受体激素的作用方式
激素作用方式目 录
2,
胞内受体激素的作用方式目 录
（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（ 1～ 3天）
三、整体水平的代谢调节目 录
（ 1）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
（ 3）脂代谢变化脂肪动员加强，酮体生成增多目 录
2,长期饥饿
（ 1）蛋白质代谢变化蛋白质分解减少
（ 2）糖代谢变化肝肾糖异生增强肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸
（ 3）脂代谢变化脂肪动员进一步加强脑组织利用酮体增加目 录
（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,。
目 录
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,胰岛素分泌减少引起一系列的代谢变化目 录
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
