1、第 十三 章代謝與代謝調控總論代謝與代謝調控總論新陳代謝的概念和研討方法新陳代謝的概念和研討方法第第 一一 節節新陳代謝：是肌體與外界環境不斷進展物質交換的過程。新陳代謝：是肌體與外界環境不斷進展物質交換的過程。中間代謝：消化吸收的外界物質與體內原有的物質，在全身中間代謝：消化吸收的外界物質與體內原有的物質，在全身 一切組織和細胞中進展多種多樣化學變化的過程。一切組織和細胞中進展多種多樣化學變化的過程。新陳代謝新陳代謝消化消化吸收吸收中間代謝中間代謝排泄排泄物質代謝物質代謝能量代謝能量代謝同化作用：吸能過程同化作用：吸能過程異化作用：釋能過程異化作用：釋能過程合成代謝：吸能過程、多為同化作用合

2、成代謝：吸能過程、多為同化作用分解代謝：釋能過程、多為異化作用分解代謝：釋能過程、多為異化作用代謝過程中能量的變化代謝過程中能量的變化食物的卡價與呼吸商食物的卡價與呼吸商根底代謝根底代謝一、整體性一、整體性 糖糖類類 脂類脂類蛋白質蛋白質水水 無機鹽無機鹽維生素維生素各種物質代謝之間互有聯絡，相互依存。各種物質代謝之間互有聯絡，相互依存。 消化吸收消化吸收中間代謝中間代謝廢物排泄廢物排泄二、代謝調理二、代謝調理機體有精細的調理機體有精細的調理機制，調理代謝的機制，調理代謝的強度、方向和速度強度、方向和速度內外環境內外環境不斷變化不斷變化影響機體代謝影響機體代謝順應環境順應環境的變化的變化三、各

3、組織、器官物質代謝各具特征三、各組織、器官物質代謝各具特征構造不同構造不同酶系的種類、酶系的種類、含量不同含量不同不同的組不同的組織、器官織、器官代謝途徑不同、代謝途徑不同、功能各異功能各異四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池例如例如各各種種組組織織 消化吸收的糖消化吸收的糖 肝糖原分解肝糖原分解糖異生糖異生血血糖糖五、五、ATPATP是機體能量利用的共同方式是機體能量利用的共同方式營養物營養物分分 解解釋放釋放能量能量ADP+PiATP直直接接供供能能六、六、NADPHNADPH是合成代謝所需的復原當量是合成代謝所需的復原當量例如例如乙酰乙酰CoANADP

4、H + H+脂酸、膽固醇脂酸、膽固醇磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑物質代謝的相互聯絡物質代謝的相互聯絡Metabolic InterrelationshipsMetabolic Interrelationships第第 二二 節節一、在能量代謝上的相互聯絡一、在能量代謝上的相互聯絡三大營養素三大營養素共同中共同中間產物間產物共同最終共同最終代謝通路代謝通路糖糖脂肪脂肪蛋白質蛋白質乙酰乙酰CoACoATAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCO2CO2三大營養素可在體內氧化供能。三大營養素可在體內氧化供能。從能量供應的角度看，三大營養素可以相互替從能量供應的角度看，三大營養素可以相互替代，并相互制約。

5、代，并相互制約。普通情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節約普通情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節約蛋白質的耗費。蛋白質的耗費。脂肪分解加強脂肪分解加強ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物質的代謝占優勢，常能抑制和節約任一供能物質的代謝占優勢，常能抑制和節約其他物質的降解。其他物質的降解。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被抑被抑制制糖分解代謝限速酶之一糖分解代謝限速酶之一例如例如饑餓時饑餓時 肝糖原分解肝糖原分解 ，肌糖原分解，肌糖原分解 肝糖異生肝糖異生，蛋白質分解，蛋白質分解 以脂酸、酮體分解供能為主以脂酸、酮體分解供能為主蛋白質分解明顯降低蛋白

6、質分解明顯降低1 2 天天3 4 周周一糖代謝與脂代謝的相互聯絡一糖代謝與脂代謝的相互聯絡1. 攝入的糖量超越能量耗費時攝入的糖量超越能量耗費時 二、糖、脂、蛋白質及核酸之間的相互聯絡二、糖、脂、蛋白質及核酸之間的相互聯絡葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪脂肪組織脂肪組織合成糖原儲存肝、肌肉合成糖原儲存肝、肌肉2. 脂肪的甘油部分能在體內轉變為糖脂肪的甘油部分能在體內轉變為糖脂酸脂酸乙酰乙酰CoA葡萄糖葡萄糖脂脂肪肪甘油甘油甘油激酶甘油激酶肝、腎、腸肝、腎、腸磷酸磷酸- -甘油甘油葡葡萄萄糖糖3. 脂肪的分解代謝受糖代謝的影響脂肪的分解代謝受糖代謝的影響饑餓、糖供應缺乏或糖代謝妨礙時饑

7、餓、糖供應缺乏或糖代謝妨礙時高酮血癥高酮血癥草酰乙酸草酰乙酸相對缺乏相對缺乏糖缺乏糖缺乏脂肪大量發動脂肪大量發動酮體生成添加酮體生成添加氧化受阻氧化受阻二糖與氨基酸代謝的相互聯絡二糖與氨基酸代謝的相互聯絡例如例如丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脫氨基脫氨基糖異生糖異生葡萄糖葡萄糖1. 大部分氨基酸脫氨基后，生成相應的大部分氨基酸脫氨基后，生成相應的-酮酸，可轉變為糖。酮酸，可轉變為糖。2. 糖代謝的中間產物可氨基化生成某些糖代謝的中間產物可氨基化生成某些 非必需氨基酸非必需氨基酸糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA檸檬酸檸檬酸- -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氨基

8、酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪 1. 蛋白質可以轉變為脂肪蛋白質可以轉變為脂肪 2. 氨基酸可作為合成磷脂的原料氨基酸可作為合成磷脂的原料絲氨酸絲氨酸磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸膽胺膽胺腦磷脂腦磷脂膽堿膽堿卵磷脂卵磷脂三脂類與氨基酸代謝的相互聯絡三脂類與氨基酸代謝的相互聯絡 但不能說，脂類可轉變為氨基酸。但不能說，脂類可轉變為氨基酸。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途徑糖酵解途徑丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸3. 脂肪的甘油部分可轉變為非必需氨基酸脂肪的甘油部分可轉變為非必需氨基酸四核酸與糖、蛋白質代謝的相互聯絡四核酸與糖、蛋白質代謝的相互聯絡 1. 氨

9、基酸是體內合成核酸的重要原料氨基酸是體內合成核酸的重要原料甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺一碳單位一碳單位合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro膽固醇、酮體膽固醇、酮體AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸代代 謝謝 調調 節節The Regulation of The Regulation of Metab

10、olismMetabolism第第 三三 節節 代謝調理普遍存在于生物界，是生物的代謝調理普遍存在于生物界，是生物的重要特征。重要特征。主要經過細胞內代謝物濃主要經過細胞內代謝物濃度的變化，對酶的活性及含量度的變化，對酶的活性及含量進展調理，這種調理稱為原始進展調理，這種調理稱為原始調理或細胞程度代謝調理。調理或細胞程度代謝調理。單細胞生物單細胞生物高等生物高等生物 三級程度代謝調理三級程度代謝調理細胞程度代謝調理細胞程度代謝調理激素程度代謝調理激素程度代謝調理高等生物在進化過程中，出現了專司調理功能的內高等生物在進化過程中，出現了專司調理功能的內分泌細胞及內分泌器官，其分泌的激素可對其他細胞

11、發分泌細胞及內分泌器官，其分泌的激素可對其他細胞發揚代謝調理作用。揚代謝調理作用。整體程度代謝調理整體程度代謝調理在中樞神經系統的控制下，或經過神經纖維及神經在中樞神經系統的控制下，或經過神經纖維及神經遞質對靶細胞直接發生影響，或經過某些激素的分泌來遞質對靶細胞直接發生影響，或經過某些激素的分泌來調理某些細胞的代謝及功能，并經過各種激素的相互協調理某些細胞的代謝及功能，并經過各種激素的相互協調而對機體代謝進展綜合調理。調而對機體代謝進展綜合調理。 一、細胞程度的代謝調理一、細胞程度的代謝調理酶活性調理酶活性調理酶量調理酶量調理共價修飾調理共價修飾調理變構調理變構調理合成調理合成調理降解調理降解

12、調理快速調理快速調理緩慢調理緩慢調理一細胞內酶的隔離分布一細胞內酶的隔離分布代謝途徑有關酶類經常組成多酶體系，分布于代謝途徑有關酶類經常組成多酶體系，分布于細胞的某一區域細胞的某一區域 。多酶體系在細胞內的分布多酶體系在細胞內的分布多酶體系多酶體系分分 布布糖酵解糖酵解胞液胞液磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑糖異生糖異生糖原合成糖原合成三羧酸循環三羧酸循環線粒體線粒體氧化磷酸化氧化磷酸化線粒體線粒體胞液胞液胞液胞液胞液胞液多酶體系多酶體系分布分布線粒體線粒體脂酸脂酸 氧化氧化脂酸脂酸合成合成胞液胞液內質網、胞液內質網、胞液膽固醇膽固醇合成合成磷脂磷脂合成合成內質網內質網DNA、RNA合成合成細胞核細胞

13、核 酶的隔離分布的意義酶的隔離分布的意義 防止了各種代謝途徑相互關擾。防止了各種代謝途徑相互關擾。多酶體系多酶體系分分 布布蛋白質合成蛋白質合成多種水解酶多種水解酶溶酶體溶酶體線粒體、胞液線粒體、胞液尿素合成尿素合成血紅素血紅素合成合成內質網、胞液內質網、胞液線粒體、胞液線粒體、胞液 速度最慢，它的速度決議整個代謝途徑的總速度，速度最慢，它的速度決議整個代謝途徑的總速度，故又稱其為限速酶故又稱其為限速酶(limiting velocity enzymes)(limiting velocity enzymes)。 催化單向反響不可逆或非平衡反響，它的活性決議催化單向反響不可逆或非平衡反響，它的活

14、性決議整個代謝途徑的方向。整個代謝途徑的方向。 這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應劑的調理。效應劑的調理。關鍵酶催化的反響具有以下特點：關鍵酶催化的反響具有以下特點：代謝途徑是一系列酶促反響組成的，其速度及代謝途徑是一系列酶促反響組成的，其速度及方向由其中的關鍵酶決議方向由其中的關鍵酶決議 。例：糖代謝的關鍵酶例：糖代謝的關鍵酶 快速代謝快速代謝 緩慢代謝緩慢代謝數秒、數分鐘數秒、數分鐘經過改動酶的活性經過改動酶的活性數小時、幾天數小時、幾天經過改動酶的含量經過改動酶的含量 變構調理變構調理(allosteric regulation)(a

15、llosteric regulation)化學修飾調理化學修飾調理(chemical modification)(chemical modification) 代謝調理主要是經過對關鍵酶活性的調理而實現的。代謝調理主要是經過對關鍵酶活性的調理而實現的。1. 變構調理的概念變構調理的概念小分子化合物與酶分子活性中心以外小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結合，引起酶蛋白分子構的某一部位特異結合，引起酶蛋白分子構象變化，從而改動酶的活性，這種調理稱象變化，從而改動酶的活性，這種調理稱為酶的變構調理或別構調理。為酶的變構調理或別構調理。二關鍵酶的變構調理二關鍵酶的變構調理被調理的酶稱為變構

16、酶或別構酶被調理的酶稱為變構酶或別構酶(allosteric enzyme)(allosteric enzyme)使酶發生變構效應的物質，稱為變構效應劑使酶發生變構效應的物質，稱為變構效應劑(allosteric effector) (allosteric effector) 變構激活劑變構激活劑allosteric effectorallosteric effector引起酶活性添加的變構效應劑。引起酶活性添加的變構效應劑。 變構抑制劑變構抑制劑allosteric effectorallosteric effector 引起酶活性降低的變構效應劑。引起酶活性降低的變構效應劑。2. 變構調理

17、的機制變構調理的機制變構酶變構酶催化亞基催化亞基調理亞基調理亞基變構效應劑：變構效應劑： 底物、終產物底物、終產物其他小分子代謝物其他小分子代謝物變構效應劑變構效應劑 + + 酶的調理亞基酶的調理亞基酶的構象改動酶的構象改動酶的活性改動酶的活性改動激活或抑制激活或抑制 疏松疏松亞基聚合亞基聚合嚴密嚴密亞基解聚亞基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化3. 變構調理的生理意義變構調理的生理意義 代謝終產物反響抑制代謝終產物反響抑制 (feedback inhibition) 反響途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。反響途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰C

18、oA長鏈脂酰長鏈脂酰CoA乙酰乙酰CoACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoAHMG CoAHMG CoAMVAMVA鯊烯鯊烯膽固醇膽固醇HMG CoAHMG CoA復原酶復原酶肝膽固醇生物合成的反響抑制肝膽固醇生物合成的反響抑制天冬氨酸天冬氨酸 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸UMPUTPCTPATC酶酶大腸桿菌大腸桿菌CTPCTP生物合成的反響調控生物合成的反響調控天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛高絲氨酸高絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸- -酮丁酸酮丁酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸賴氨酸賴氨酸天冬氨天冬氨酸激酶酸激酶高絲氨高絲氨酸脫氫酶酸脫氫酶天冬氨

19、酸在大腸桿菌代謝中的協同反響與順序反響天冬氨酸在大腸桿菌代謝中的協同反響與順序反響 變構調理使能量得以有效利用，不變構調理使能量得以有效利用，不致浪費。致浪費。G-6-P+ +糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合酶糖原合酶促進糖的儲存促進糖的儲存變構調理使不同的代謝途徑相互協調。變構調理使不同的代謝途徑相互協調。檸檬酸檸檬酸+ +6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰輔酶乙酰輔酶A 羧化酶羧化酶 促進脂酸的合成促進脂酸的合成三酶的化學修飾調理三酶的化學修飾調理1. 1. 化學修飾的概念化學修飾的概念酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發酶蛋白肽鏈上某些殘基

20、在酶的催化下發生可逆的共價修飾生可逆的共價修飾(covalent modification)(covalent modification)，從，從而引起酶活性改動，這種調理稱為酶的化學而引起酶活性改動，這種調理稱為酶的化學修飾。修飾。2. 化學修飾的主要方式化學修飾的主要方式磷酸化磷酸化 - - - - - - 去磷酸去磷酸乙酰化乙酰化 - - - - - - 脫乙酰脫乙酰甲基化甲基化 - - - - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - - - - 脫腺苷脫腺苷 SH 與與 S S 互變互變酶的磷酸化與脫磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷

21、酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白3. 3. 化學修飾的特點化學修飾的特點酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反響，在酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反響，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性形狀可相不同酶的作用下，酶蛋白的活性形狀可相互轉變。催化互變反響的酶在體內可受調互轉變。催化互變反響的酶在體內可受調理要素如激素的調控。理要素如激素的調控。具有放大效應，效率較變構調理高。具有放大效應，效率較變構調理高。磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。 同一個酶可以同時受變構調理和化學修飾調理。同一個酶可以同時受變構調理和

22、化學修飾調理。四酶量的調理四酶量的調理1. 酶蛋白合成的誘導與阻遏酶蛋白合成的誘導與阻遏加速酶合成的化合物稱為誘導劑加速酶合成的化合物稱為誘導劑(inducer)(inducer)減少酶合成的化合物稱為阻遏劑減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor)(repressor) 常見的誘導或阻遏方式常見的誘導或阻遏方式 底物對酶合成的誘導和阻遏底物對酶合成的誘導和阻遏 產物對酶合成的阻遏產物對酶合成的阻遏 激素對酶合成的誘導激素對酶合成的誘導 藥物對酶合成的誘導藥物對酶合成的誘導 2. 酶蛋白降解酶蛋白降解溶酶體溶酶體蛋白酶體蛋白酶體 釋放蛋白水解酶，降解蛋白質釋放蛋白水解酶，降解蛋白質 泛

23、素識別、結合蛋白質；泛素識別、結合蛋白質；蛋白水解酶降解蛋白質蛋白水解酶降解蛋白質經過改動酶蛋白分子的降解速度，也能調經過改動酶蛋白分子的降解速度，也能調理酶的含量。理酶的含量。內、外環境改動內、外環境改動機體相關組機體相關組織分泌激素織分泌激素激素與靶細胞激素與靶細胞上的受體結合上的受體結合靶細胞產生生物學靶細胞產生生物學效應，順應內外環效應，順應內外環境改動境改動激素作用機制激素作用機制二、激素程度的代謝調理二、激素程度的代謝調理激素分類激素分類 膜受體激素膜受體激素 胞內受體激素胞內受體激素按激素受體在細胞的部位不同，分為：按激素受體在細胞的部位不同，分為：1. 膜受體激素的作用方式膜受

24、體激素的作用方式激素作用方式激素作用方式 2. 胞胞內內受受體體激激素素的的作作用用方方式式一饑餓一饑餓糖原耗費糖原耗費血糖趨于降低血糖趨于降低胰島素分泌減少胰島素分泌減少胰高血糖素分泌添加胰高血糖素分泌添加 引起一系列的代謝變化引起一系列的代謝變化1. 短期饑餓短期饑餓13天天三、整體程度的代謝調理三、整體程度的代謝調理 1蛋白質代謝變化蛋白質代謝變化分解加強，氨基酸異生成糖分解加強，氨基酸異生成糖2糖代謝變化糖代謝變化 糖異生加強，糖異生加強，組織對葡萄糖利用降低組織對葡萄糖利用降低3脂代謝變化脂代謝變化 脂肪發動加強，酮體生成增多脂肪發動加強，酮體生成增多2. 長期饑餓長期饑餓1蛋白質代

25、謝變化蛋白質代謝變化 蛋白質分解減少蛋白質分解減少2糖代謝變化糖代謝變化肝腎糖異生加強肝腎糖異生加強肝糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸肝糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸3脂代謝變化脂代謝變化脂肪發動進一步加強脂肪發動進一步加強腦組織利用酮體添加腦組織利用酮體添加二應二應 激激1. 1. 概念概念應激應激(stress)(stress)指人體遭到一些異乎尋常的指人體遭到一些異乎尋常的刺激，如創傷、劇痛、凍傷、缺氧、中毒刺激，如創傷、劇痛、凍傷、缺氧、中毒、感染及猛烈心情動搖等所作出一系列反、感染及猛烈心情動搖等所作出一系列反響的響的“ 緊張形狀緊張形狀 。2. 機體整體反響機體整體反響交感神經興奮交感神經興奮腎上腺髓質及皮質激素分泌增多腎上腺髓質及皮質激素分泌增多胰高血糖素、生長激素添加，胰島素分泌減少胰高血糖素、生長激素添加，胰島素分泌減少 引起一系列的代謝變化引起一系列的代謝變化3. 代謝改動代謝改動1 血糖升高血糖升高2 脂肪發動加強脂肪發動加強3蛋白質分解加強蛋白質分解加強下丘腦下丘腦CRT垂體前葉垂體前葉ACTH腎上腺皮質腎上腺皮質腎上腺皮質激素腎