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1、第十五章第十五章物质代谢调节与整合物质代谢调节与整合 REGULATION AND INTEGRATION OF METABOLISM代谢的稳态和整体性代谢的稳态和整体性 Homeostasis and Integration of Metabolism第一节第一节一、代谢调节维持稳态一、代谢调节维持稳态n生物体对抗外环境变化，维持内环境恒定，即生物体对抗外环境变化，维持内环境恒定，即稳态（稳态（homeostasis）。从生物化学角度认识稳）。从生物化学角度认识稳态，就是生物体通过调节机制，补偿外环境变态，就是生物体通过调节机制，补偿外环境变化而维持的代谢动力学稳定状态化而维持的代谢动力学稳
2、定状态代谢稳态代谢稳态（metabolic homeostasis）。）。（一）各种代谢途径的共同特性是代谢（一）各种代谢途径的共同特性是代谢 整合的基础整合的基础二、各种物质代谢途径整合为统一的整体二、各种物质代谢途径整合为统一的整体1各种物质代谢途径各种物质代谢途径“汇聚汇聚”共同的代谢池共同的代谢池 2ATP是能量是能量“流通流通”的共同形式的共同形式 3分解代谢途径产生的分解代谢途径产生的NADPH为合成代谢提供还原当量为合成代谢提供还原当量 4分解分解/合成代谢途径具有共同的中间代谢物合成代谢途径具有共同的中间代谢物 5线粒体是代谢途径和代谢调节信号的整合点线粒体是代谢途径和代谢调节
3、信号的整合点 三大营养素三大营养素共同中共同中间产物间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoATAC2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATP+H2OCO2（二）各种代谢途径相互联系形成统一（二）各种代谢途径相互联系形成统一 的整体的整体1各种物质代谢途径在能量代谢方面相互补充、各种物质代谢途径在能量代谢方面相互补充、相互制约相互制约 乙酰辅酶乙酰辅酶A是三大营养物共同的中间代谢物，是三大营养物共同的中间代谢物，三羧酸循环是糖、脂、蛋白质最后分解的共同三羧酸循环是糖、脂、蛋白质最后分解的共同代谢途径，释出的能量均以代谢途径，释出的能量均以ATP形式储存。形式储存。从能量供
4、应的角度看，三大营养素可以互相代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。替，并互相制约。一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。蛋白质的消耗。脂肪分解脂肪分解增强增强ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其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。他物质的降解。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被抑制被抑制（糖分解代谢限速酶之一）（糖分解代谢限速酶之一）例如：例如：饥饿时饥饿时 肝糖原分解肝糖原分解 ，肌糖原分解肌糖原分解 肝糖异生肝糖异
5、生，蛋白质分解蛋白质分解 以脂酸、酮体分解供能以脂酸、酮体分解供能为主为主,蛋白质分解明显降低蛋白质分解明显降低1 2 天天3 4 周周n体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此独体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此独立，而是相互关联的。立，而是相互关联的。n它们通过共同的中间代谢物，即两种代谢途径汇它们通过共同的中间代谢物，即两种代谢途径汇合时的中间产物，经三羧酸循环和生物氧化等联合时的中间产物，经三羧酸循环和生物氧化等联成整体。成整体。n三者之间可以互相转变，当一种物质代谢障碍时三者之间可以互相转变，当一种物质代谢障碍时可引起其他物质代谢的紊乱。可引起其他物质代谢的紊乱。2各类物质代谢
6、通过共同中间产物相互联系、相互各类物质代谢通过共同中间产物相互联系、相互转化转化（1）糖在体内可转变为脂而脂酸不能转变为糖）糖在体内可转变为脂而脂酸不能转变为糖n当摄入的糖量超过体内能量消耗时，糖可以当摄入的糖量超过体内能量消耗时，糖可以转变为脂肪。转变为脂肪。葡葡萄萄糖糖乙酰乙酰CoA合成脂肪合成脂肪（脂肪组织）（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）合成糖原储存（肝、肌肉）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、肾、肠肝、肾、肠磷酸磷酸-甘油甘油葡葡萄萄糖糖n脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时饥饿、糖供应
7、不足或糖代谢障碍时:高酮血症高酮血症草酰乙酸草酰乙酸相对不足相对不足糖不足糖不足脂肪大量动员脂肪大量动员酮体生成增加酮体生成增加氧化氧化受阻受阻n脂肪分解代谢的强度及顺利进行，还有赖于脂肪分解代谢的强度及顺利进行，还有赖于糖代谢的正常进行。糖代谢的正常进行。例如：例如：丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸脱氨基脱氨基糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖（2）绝大多数氨基酸的碳链骨架在体内可）绝大多数氨基酸的碳链骨架在体内可与糖相互转变与糖相互转变 n20种氨基酸除亮氨酸及赖氨酸外均可转变为糖。种氨基酸除亮氨酸及赖氨酸外均可转变为糖。糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨
8、酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸n糖代谢中间代谢物仅能在体内转变成糖代谢中间代谢物仅能在体内转变成12种非必需种非必需氨基酸。氨基酸。例如：例如：氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪（3）蛋白质）蛋白质/氨基酸可转变为脂肪而脂类不氨基酸可转变为脂肪而脂类不能转变为氨基酸能转变为氨基酸/蛋白质蛋白质n蛋白质可转变为脂肪。蛋白质可转变为脂肪。丝氨酸丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺胆胺脑磷脂脑磷脂胆碱胆碱卵磷脂卵磷脂n氨基酸也可作为合成磷脂的原料氨基酸也可作为合成磷脂的原料。脂肪脂肪甘油甘油磷酸甘油醛磷酸甘油醛糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸 其他其他-酮酸酮酸某些非必需氨基酸某些非必需氨基酸n脂肪的
9、甘油部分可转变为非必需氨基酸。脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸。甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺一碳单位一碳单位合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶（4）氨基酸是合成核酸的重要原料）氨基酸是合成核酸的重要原料 合成核苷酸所需的磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供。合成核苷酸所需的磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供。琥珀酰琥珀酰CoA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸PEP磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯乙酰乙酰乙酰乙酰CoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸
10、色氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸酮体酮体亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸 缬氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C目目 录录 肝在代谢调节与整合中的作用肝在代谢调节与整合中的作用Roles of the Liver in Metabolic Regulation and Integration第二节第二节一、肝
11、是物质代谢的核心器官一、肝是物质代谢的核心器官（一）肝的组织结构和化学组成决定其在代谢中（一）肝的组织结构和化学组成决定其在代谢中的核心作用的核心作用（二）肝在物质代谢中承担加工、输送、分配的（二）肝在物质代谢中承担加工、输送、分配的角色角色肝是维持血糖正常水平的重要器官肝是维持血糖正常水平的重要器官糖异生糖异生 肝糖原的合成与分解肝糖原的合成与分解糖酵解途径糖酵解途径 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径肝内进行那些糖代谢途径？肝内进行那些糖代谢途径？作用：维持血糖浓度恒定，保障全身各组织，作用：维持血糖浓度恒定，保障全身各组织，尤其是大脑和红细胞的能量供应尤其是大脑和红细胞的能量供应二、肝是糖代谢转换
12、和糖异生的主要器官二、肝是糖代谢转换和糖异生的主要器官不同营养状态下肝内如何进行糖代谢？不同营养状态下肝内如何进行糖代谢？n饱食状态饱食状态n空腹状态空腹状态n饥饿状态饥饿状态（一）肝是内源性甘油三酯合成的主要场所（一）肝是内源性甘油三酯合成的主要场所（二）饥饿时肝合成酮体供应肝外组织（二）饥饿时肝合成酮体供应肝外组织/器官器官（三）血浆胆固醇及磷脂主要来源于肝（三）血浆胆固醇及磷脂主要来源于肝三、肝是内源性脂类和酮体合成的场所三、肝是内源性脂类和酮体合成的场所作用：在脂类的消化、吸收、合成、分解与运作用：在脂类的消化、吸收、合成、分解与运输均具有重要作用。输均具有重要作用。n 肝内进行的脂类
13、代谢主要有哪些？肝内进行的脂类代谢主要有哪些？肝在脂类代谢各过程中的作用肝在脂类代谢各过程中的作用n肝细胞合成并分泌胆汁酸，帮助脂类物质的消化肝细胞合成并分泌胆汁酸，帮助脂类物质的消化与吸收。与吸收。n肝细胞是体内代谢脂酸的主要器官，也是脂酸肝细胞是体内代谢脂酸的主要器官，也是脂酸-氧化的重要场所。氧化的重要场所。n肝在调节机体胆固醇平衡上起着中心作用。肝在调节机体胆固醇平衡上起着中心作用。n肝处于脂蛋白的中心地位。肝处于脂蛋白的中心地位。n肝磷脂（尤其是卵磷脂）的合成非常活跃。肝磷脂（尤其是卵磷脂）的合成非常活跃。四、肝有合成尿素及调整氨基酸代谢池的四、肝有合成尿素及调整氨基酸代谢池的特殊功
14、能特殊功能n在血浆蛋白质代谢中的作用：在血浆蛋白质代谢中的作用：n在氨基酸代谢中的作用：在氨基酸代谢中的作用：肝外组织肝外组织/器官的代谢特点及器官的代谢特点及联系联系Characteristic and Interconnection of Metabolism in Extrahepatic Tissue/Organ第三节第三节n（一）餐后脂肪组织加强脂肪合成（一）餐后脂肪组织加强脂肪合成n（二）饥饿时脂肪组织加强脂解（二）饥饿时脂肪组织加强脂解/释放能储释放能储 一、脂肪组织是机体最重要的一、脂肪组织是机体最重要的“能储能储”二、脑氧化葡萄糖和酮体供能并具有特殊的二、脑氧化葡萄糖和酮体供
15、能并具有特殊的氨基酸稳态机制氨基酸稳态机制n（一）（一）脑是机体耗氧最多的器官，耗脑是机体耗氧最多的器官，耗O2量占全身耗量占全身耗O2的的20%25%。n（二）葡萄糖和酮体是脑的主要能源（二）葡萄糖和酮体是脑的主要能源。每。每天耗用葡萄糖约天耗用葡萄糖约100g。由于脑组织无糖原。由于脑组织无糖原储存，其耗用的葡萄糖主要由血糖供应。储存，其耗用的葡萄糖主要由血糖供应。血糖供应不足时，主要利用由肝生成的酮血糖供应不足时，主要利用由肝生成的酮体作为能源。体作为能源。n（三）脑具有特异的氨基酸（三）脑具有特异的氨基酸/氨代谢稳态氨代谢稳态机制机制酮体酮体乳酸乳酸 游离脂酸游离脂酸葡萄糖葡萄糖三、心
16、肌以有氧氧化分解脂肪酸、酮三、心肌以有氧氧化分解脂肪酸、酮体和乳酸供能为主体和乳酸供能为主（一）心肌细胞以有氧氧化供能为主（一）心肌细胞以有氧氧化供能为主（二）有氧氧化分解脂肪酸、酮体和乳酸是心肌的主（二）有氧氧化分解脂肪酸、酮体和乳酸是心肌的主要供能方式要供能方式四、骨骼肌兼具有氧氧化和酵解供四、骨骼肌兼具有氧氧化和酵解供能机制能机制n肌肉组织通常以氧化脂酸为主，在剧烈运动时则肌肉组织通常以氧化脂酸为主，在剧烈运动时则以糖的无氧酵解产生乳酸为主。以糖的无氧酵解产生乳酸为主。n由于肌肉缺乏葡萄糖由于肌肉缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，因此肌糖原不能磷酸酶，因此肌糖原不能直接分解成葡萄糖提供血糖。直接分解成葡萄糖提供血糖。重要器官及组织氧化供能的特点重要器官及组织氧化供能的特点 目目 录录物质代谢调节机制物质代谢调节机制Regulatory Mechanism of Metabolism第四节第四节主要通过细胞内代谢物浓度的变化，对酶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，这种调节称为的活性及含量进行调节，这种调节称为原始调原始调节节或或细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节。单细胞
