生化第十二章物质代谢的整合与调节
物质代谢的相互关系
(二)酶水平的调节
1、酶活性的调节
酶活性调节是快速调节，在几分钟到几十分钟内完成
2、基因表达的调节
酶浓度的调节要牵涉到基因、mRNA、蛋白质的生物合成， 所以这种调节是一种慢调节，在几小时或几天内才能完成。
（二）糖代谢与蛋白质代谢的相互关系
糖可以转变为非必需氨基酸。 蛋白质可以转变为糖。
糖代谢与蛋白质代谢的相互联系
糖 →→ α -酮酸 NH3 氨基酸
蛋白质
蛋白质 氨基酸 α -酮酸 糖
（生糖氨基酸）
（三）脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系
由脂肪合成蛋白质的可能性是有限的，实 际上仅限于Glu。
蛋白质间接地转变为脂肪。
6-磷酸葡萄糖对糖原合成的激活作用
ATP
G
ADP
6-P-G
UTP
1-P-G
+
UDPG
UDPG
糖原 合成酶
糖原
(三)细胞膜结构对代谢的调节和控制作用
细胞质:酵解;磷戊糖途 径;糖原合成;脂肪酸合 成;
线粒体:丙酮酸氧化;三羧 酸循环;-氧化;呼吸链电 子传递;氧化磷酸化
细胞核:核酸合成
内质网:蛋白质合 成;磷脂合成
各类物质代谢都离不开具高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是 能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成, GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。
核苷酸的一些衍生物具重要生理功能(如CoA, NAD+，NADP+， cAMP，cGMP）。
蛋白质 核酸
淀粉、糖原
脂肪
糖
类
氨基酸
核苷酸
生物化学 物质代谢的联系与调节
一些重要代谢途径的限速酶
代谢途径
糖酵解
限速酶
己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶
磷酸戊糖途径
糖异生 三羧酸循环 糖原合成 糖原分解
胰岛素
糖皮质激素 诱导合成
HMG-CoA
诱导合成
磷酸烯醇式 丙酮酸羧基酶 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸
HMG-CoA 还原酶
甲羟戊酸（MVA）
糖异生增强
抑制合成
胆固醇
(4)药物对酶合成的诱导
苯巴比妥 诱导合成 单加氧酶 （肝微粒体） RH+O2 NADPH+H+ ROH+H2O NADP+
2。酶蛋白降解的调节 （1）主要是细胞溶酶体中的蛋白水解酶的作用。 （2）细胞中的由多种蛋白水解酶组成的蛋白酶体的 作用。
ATP
HMG-CoA HMG-CoA还原酶 甲羟戊酸 （-） 胆固醇
真核细胞主要代谢途径与酶在细胞内的隔离分布 代谢途径 细胞内分布 代谢途径 细胞内分布 糖酵解 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 糖异生 糖原合成与分解 氧化磷酸化 磷脂合成 脂肪酸合成
脂肪动员 脂酸β氧化
细胞液 线粒体 细胞液 细胞液 细胞液 线粒体 内质网 细胞液
3. 级联调节
肾上腺素 肾上腺素受体
G蛋白（无活性） 肾上腺素—肾上腺素受体 G蛋白（有活性） 腺苷酸环化酶 （无活性） 腺苷酸环化酶 （有活性）
ATP
cAMP 蛋白激酶A （有活性） 糖原合酶a （有活性） 糖原合酶b—P （无活性） 糖原合成减少
生物化学及分子生物学(人卫第九版)-10代谢的整合与调节
（一）葡萄糖可转变为脂肪酸
脂肪酸不能在体内转变为葡萄糖
甘油激酶
葡
甘油
磷酸-甘油
萄
肝、肾、肠
糖
脂
肪
脂酸
乙酰CoA
葡萄糖
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（一）葡萄糖可转变为脂肪酸
脂肪酸分解依赖于糖代谢 饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时：
脂肪大量动员
糖不足
酮体生成增加
草酰乙酸 相对不足
高酮血症
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天冬氨酸 甘氨酸
谷氨酰胺
一碳单位
合成嘌呤
合成嘧啶
磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供
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第二节
代谢调节的主要方式
(The Main Ways of Metabolic Regulation)
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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
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糖分解增强
ATP↑
抑制异柠檬酸脱氢酶 （三羧酸循环关键酶）
柠檬酸堆积 出线粒体
脂酸合成增加 分解抑制
激活乙酰CoA羧化酶 （脂酸合成关键酶）
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三、糖、脂质和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系
体内糖、脂质、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此孤立的 ，而是通过共同的中间代谢物、柠檬酸循环和生物氧化等彼此 联系、相互转变。
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2. 别构效应剂通过改变酶分子构象改变酶活性
别构酶
催化亚基 调节亚基
别构效应剂： 底物、终产物 其他小分子代谢物
第十二章物质代谢的相互联系与调控
第十四章 物质代谢的相互联系与调控教学目标：1. 熟悉物质代谢的特点和相互间的联系，掌握交叉点。
2. 了解代谢调节的方式和水平。
3. 熟悉酶水平调节的方式、原理（酶活性、酶量、酶的区域化分布）4. 了解激素和神经水平调节的特点。
第一节 物质代谢的相互联系一、物质代谢的特点1. 整体性 各类物质的代谢在相互联系、相互制约下进行，形成一个完整统一的过程（网络） 在能量供应上，糖、脂、蛋白质可以相互替代，相互制约。
一般情况下，糖是主要供能物质 （50%~70%），脂主要是储能（供能只占 10%~40%），蛋白质几乎不是供能形式；饥饿或某些 病理状态时，糖供能减少，脂和蛋白质分解供能增加。
物质代谢在个体和种属之间都具互补性，这是生态平衡的基础。
2. 代谢调节 正常情况下，机体各种物质代谢能适应内外环境变化，有序地进行。
这是由于机体存 在精细的调节机制， 不断调节各种物质代谢的强度、 方向和速度以适应内外环境变化。
调节普遍存在于生物界，是生物的重要特征。
3. 生命物质的降解和合成有共同点 生命物质的降解是一个分子由大到小， 生成其单体的过程。
降解的方式有水解、 焦磷酸解、 硫解。
降解后的单体进入中间代谢进一步分解。
分解的作用一是获得能量，获得重要的中间物。
ATP 是生物体能量利用的共同形式，是机体最主要的能量载体和各种生 命活动能量的直接供体。
分解的最终产物是CO2 H2O NH3 H3PO4 S02等无机物，因种属 差异，各类物质分解的最终产物有所不同。
生命物质的合成是一个由小到大， 由简单到复杂的过程。
分为半合成和从头合成。
蛋白 质 核酸 多糖和脂类的聚合是一种半合成。
自养生物可直接将无机物转化为有机物， 氨基 酸、核苷酸、单糖、脂肪酸和胆固醇的合成是从无到有，即从头合成。
NAD PH 是合成代谢所需的还原当量。
物质代谢具共同的代谢池，处于动态平衡中。
4. 各组织、器官物质代谢各具特色 动物、植物和微生物的物质代谢以及动物各组织、器官的物质代谢途径有所不同，各 具特色。
物质代谢的调节
肝 酮体
脂肪酸 甘油
氧化供能
六、肾能进行糖异生和酮体生成
肾髓质无线粒体，主要由糖酵 解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体 有氧氧化供能。
一般情况下，肾糖异生只有肝 糖异生葡萄糖量的10%。长期饥饿 （5~6周），肾糖异生可达每天40g ，与肝糖异生的量几乎相等。
第五节
物质代谢调节的主要方式
The main way for Regulation of Metabolism
（一）肝内生成的葡糖-6-磷酸是糖代谢的枢纽
G（补充血糖）
6-磷酸葡萄糖内酯 （进入磷酸戊糖途径）
G-6-P
F-6-P
脂肪
（进入酵解途径）
G-1-P
其他单糖 UDPG
葡糖醛酸 （进入葡糖醛酸途径）
Gn（合成糖原）
（ 二 ） 肝 是 糖 异 生 的 主 要 场 所
不同营养状态下肝内如何进行糖代谢？
（脂酸合成关键酶）
二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间 代谢物而相互联系
糖、脂、蛋白质和核酸通过共同的中间代 谢物、柠檬酸循环、生物氧化等彼此联系且相 互转变。一种物质代谢障碍可引起其他物质代 谢的紊乱。
（一）葡萄糖可转变为脂肪酸
1. 摄入的糖量超过能量消耗时：
合成糖原储存（肝、肌肉）
葡
萄 糖
乙酰CoA
五、脂肪组织是储存和释放能量的重要 场所
（一）机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂 肪组织
膳食脂肪：以CM形式运输至脂肪组织储存。 膳食糖：主要运输至肝转化成脂肪，以VLDL形式 运输至脂肪组织储存。部分在脂肪细胞转化为脂肪 储存。
（二）饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂 肪供能
饥饿
脂解激素↑
HSL↑ 脂肪动员↑
生物化学第十二章代谢调节
精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸
氨基酸、糖及脂肪代谢的联系 糖
葡萄糖或糖原 磷酸丙糖 磷酸烯醇型丙酮酸
丙氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸
脂肪
甘油三酯 3-磷酸甘油 脂肪酸
丙酮酸
亮氨酸 异亮氨酸 色氨酸
乳酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 酮体
亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸
天冬氨酸 天冬酰胺
mRNA
阻遏蛋白(无活性)
酶蛋白 阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表达
D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂
代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋 白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达
代谢产物
原核生物乳糖操纵子
原核生物乳糖操纵子(诱导型操纵子)
•其控制区包括：启动子（P) 和操纵基因。
•结构基因：由β -半乳糖苷酶基因（lacZ），通透 酶基因（lacY）和乙酰化酶基因（lacA）串联在 一起构成。
有色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸结合后才 能与操纵基因结合，从而阻止色氨酸合成 酶类的转录。
trpR P1O trpEtrpD 结合
阻遏物 色氨酸
P2
不转录
trpC trpBtrpA
用于表达载体的trp启动子一般只包含 启动基因、操纵基因、和部分trpE基 因。 目的基因 P1O trpE
大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制
[NADH]/[NAD+]对代谢的调节 金属离子浓度对代谢的调节
酶的含量
合成调节 降解调节
第三节
基因表达的调控
操纵子学说—转录水平的调控 操纵子——由结构基因与上游的启动子、操纵基 因共同构成的原核基因表达的协同单位。
结构基因（编码蛋白质，S）
[工学]第12章 物质代谢调节
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阻遏：基因对环境信号应答时被抑制，这种基因称 为可阻遏的基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称 为阻遏.
可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与RNA聚 合酶相互作用的影响外，尚受其它机制调节（如：增 强子）
化学工业出版社
《生物化学》（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）
1. 蛋白质可以转变为脂肪
氨基酸 乙酰CoA 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
胆碱
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脑磷脂
卵磷脂
《生物化学》（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）
3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸
脂肪 甘油 磷酸甘油醛
糖酵解途径
丙酮酸 某些非必需氨基酸 其他α-酮酸 —— 但不能说，脂类可转变为氨基酸。
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《生物化学》（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）
第二节 代 谢 调 节
生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代 谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化 与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生
mRNAY
mRNAa
活化状态
CAP
cAMP -CAP
失活状态
降低cAMP浓度 cAMP 使CAP呈失活状态 CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）
葡萄糖降解物与cAMP的关系
ATP 葡萄糖
腺苷酸 环化酶 cAMP
5'-AMP 磷酸二 酯酶
抑制
R
生化课件12物质代谢的整合与调节
其他α-酮酸
—— 但不能说，脂类可转变为氨基酸
（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
天冬氨酸 甘氨酸
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
Ala Trp Ser Gly Thr Cys
Asp
Tyr Pro
葡萄糖、糖原
甘油
脂肪
丙酮酸 乙酰CoA
分布 内质网、胞液
溶酶体 线粒体、胞液 线粒体、胞液
• 酶的隔离分布的意义 —— 避免了各种代谢途径互相干扰
（二）关键酶活性的调节 代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及
方向由其中一个或几个具有调节作用的关键酶决 定 •关键酶催化的反应具有以下特点：
① 速度慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，速 度最慢的称为限速酶(limiting velocity enzymes)
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 调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种激素的互相协 调而对机体代谢进行综合调节
（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
2. 化学修饰的主要方式 磷酸化 - - - 去磷酸化 乙酰化 - - - 去乙酰化 甲基化 - - - 去甲基化 腺苷化 - - - 去腺苷化 SH 与 – S — S – 互变
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第九章物质代谢的整合与调节
本章要点
一、物质代谢的特点
1.体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体
2.机体物质代谢不断受到精细调节
3.各组织、器官物质代谢各具特色
4.体内各种代谢物都具有共同的代谢池
5.ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式
6.NADPH提供合成代谢所需的还原当量
二、物质代谢的相互联系
1.各种能量物质的代谢相互联系相互制约
2.糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系
①葡萄糖可转变为脂肪酸
②葡萄糖与大部分氨基酸可以相互转变
③氨基酸可转变为多种脂质但脂质几乎不能转变为氨基酸
④一些氨基酸、磷酸戊糖是合成核苷酸的原料
三、肝在物质代谢中的作用
1.肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官
①肝内生成的葡糖-6-磷酸是糖代谢的枢纽
②肝是糖异生的主要场所
2.肝在脂质代谢中占据中心地位
①肝在脂质消化吸收中具有重要功能
②肝是甘油三酯和脂肪酸代谢的中枢器官
③肝是维持机体胆固醇平衡的主要器官
④肝是血浆磷脂的主要来源
3.肝的蛋白质合成及分解代谢均非常活跃
①肝合成多数血浆蛋白
②肝内氨基酸代谢十分活跃
③肝是机体解“氨毒”的主要器官
4.肝参与多种维生素和辅酶的代谢
①肝在脂溶性维生素吸收和血液运输中具有重要作用
②肝储存多种维生素
③肝参与多数维生素的转化
5.肝参与多种激素的灭活
四、肝外重要组织器官的物质代谢特点及联系
1.心肌优先利用脂肪酸氧化分解供能
①心肌可利用多种营养物质及其代谢中间产物为能源
②心肌细胞分解营养物质供能方式以有氧氧化为主
2.脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大
①葡萄糖和酮体是脑的主要能量物质
②脑耗氧量高达全身耗氧总量的四分之一
③脑具有特异的氨基酸及其代谢调节机制
3.骨骼肌主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸
①不同类型骨骼肌产能方式不同
②骨骼肌适应不同耗能状态选择不同能源
4.糖酵解是成熟红细胞的主要供能途径
5.脂肪组织是储存和释放能量的重要场所
①机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂肪组织
②饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂肪供能
6.肾能进行糖异生和酮体生成
五、物质代谢调节的主要方式
（一）、细胞水平的物质代谢调节主要调节关键酶活性
②别构效应通过改变酶分子构象改变酶活性
③别构调节使一种物质的代谢与相应的代谢需求和相关物质的代谢协调
4.化学修饰调节通过酶促共价修饰调节酶活性
②酶的化学修饰调节具有级联放大效应
▲化学修饰调节的特点：
a.绝大多数受化学修饰调节的关键酶都具无活性（或低活性）和有活性（或高活性）两种形式，它们可分别在两种不同酶的催化下发生共价修饰，互相转变。
催化互变的酶在体内受上游调节因素如激素控制。
b.酶的化学修饰是另一酶催化的酶促反应，一分子催化酶可催化多个底物分子发生共价修饰，特异性强，有放大反应。
c.磷酸化和去磷酸化是最常见的酶促化学修饰反应。
酶的1分子亚基发生磷酸化常消耗1分子ATP，比合成酶蛋白所消耗的ATP要少得多，且作用迅速，又有放大效应，是调节酶活性经济有效的方式。
d.催化共价修饰的酶自身也常受别构调节、化学修饰调节，并与激素调节偶联，形成由信号分子（激素等）、信号转到分子和效应分子（受化学修饰调节的关键酶）组成的级联反应，使细胞内酶活性调节更精细协调。
通过级联酶促反应，形成级联放大效应，只需少量激素释放即可产生迅速而强大的生理效应，满足机体的需要。
5.通过改变细胞内酶含量调节酶活性
①诱导或阻遏蛋白基因表达调节酶含量
②改变酶蛋白降解速度调节酶含量
（二）、激素通过特异受体调节物质代谢
1.膜受体激素通过跨膜信号转导调节物质代谢
2.胞内受体激素通过激素-胞内受体复合物改变基因表达、调节物质代谢
（三）、机体通过神经系统及神经-体液途径调节体内物质代谢
1.饱食状态下机体三大物质代谢与膳食组成有关
2.空腹机体物质代谢以糖原分解、糖异生和中度脂肪动员为特征
3.饥饿时机体主要氧化分解脂肪供能
①短期饥饿后糖氧化供能减少而脂肪动员加强
a.机体从葡萄糖氧化供能为主转变为脂肪氧化供能为主
b.脂肪动员加强并肝酮体生成增多
c.肝糖异生作用明显加强
d.骨骼肌蛋白质分解加强
②长期饥饿可造成器官损害甚至危及生命
a.脂肪动员进一步加强
b.蛋白质分解减少
c.糖异生明显减少
4.应激使机体分解代谢加强
①应激使血糖升高
②应激使脂肪动员增强
③应激使蛋白质分解加强
5.肥胖是多因素引起物质代谢和能量代谢失衡的结果
①肥胖是多种重大慢性疾病的危险因素
②较长时间的能量摄入大于消耗导致肥胖
a.抑制食欲激素功能障碍引起肥胖
b.刺激食欲激素功能异常增强引起肥胖
c.肥胖患者脂连蛋白缺陷
d.胰岛素抵抗导致肥胖
一、简答题
1．什么叫关键酶？其所催化的反应有何特点？
答：调节代谢的酶
特点：
A．它催化的反应速度最慢
B．催化单向反应
C．受各种代谢物的调节
2．什么叫关键酶的变构调节？该调节有什么生理意义？
答：变构效应剂与调节亚基结合，引起酶构象改变，改变酶的活性。
细胞水平代谢调节的较常见的快速调节。
A．代谢终产物的反馈抑制作用
B．使能量有效利用
C．使不同代谢途径相互协调
3．简述酶的化学修饰调节的特点。
答：
A．酶具有无活性和有活性两种形式。
B．放大效应。
C．主要以磷酸化与脱磷酸化为主。
二、问答题
1．叙述三大物质代谢间的相互联系。
答：
⑴糖代谢与脂代谢的相互联系，糖可转变成脂肪，绝大部分脂肪不能转变成糖，饥饿或糖代谢障碍产生高酮血症。
⑵糖代谢与氨基酸代谢的相互联系，大部分氨基酸可转变成糖，糖代谢中间产物可转变成12种非必需氨基酸。
⑶脂代谢与氨基酸代谢的相互联系，氨基酸可转变成脂肪，也可作为合成磷脂的原料。
脂类不能转变生成氨基酸。
2．叙述肌体三级水平代谢调节。
答：
⑴细胞水平的代谢调节
A．细胞内酶的隔离作用
B．关键酶的变构调节
C．酶的化学修饰调节
D．酶量的调节
⑵激素水平代谢调节，二类激素的作用途径
⑶整体调节
第十二章复习要点
1. 为什么蛋白性食物中的氨基酸会同时刺激胰岛素和胰高血糖素释放？
2. 肝脏可以调节血糖的分子机制包括了什么(至少列出四条)？
3. 成熟红细胞中具有哪些代谢途径？其生理意义是什么？
4. 影响血糖水平的激素有哪些？各自受什么因素影响？
5. 脑组织能量代谢特征为何？
6. 心肌能量代谢特征为何？
7. 概述机体的能量物质储存及动用的基本特征。
8. 列举一些重要的代谢中间物及它们所连接的代谢途径。
9. 列举饱食、饥饿、应激时肝脏的代谢特征。