物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)生物化學(xué)復(fù)習(xí)提要

物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)第一節(jié)物質(zhì)代謝的特點(diǎn)（一）整體性體內(nèi)各種物質(zhì)包括糖、脂、蛋白質(zhì)、水、無機(jī)鹽、維生素等的代謝不是彼此孤立各自為政，而是同時(shí)進(jìn)行的，而且彼此互相聯(lián)系，或相互轉(zhuǎn)變，或相互依存，構(gòu)成統(tǒng)一的整體。（二）代謝調(diào)節(jié)機(jī)體存在精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制，不斷調(diào)節(jié)各種物質(zhì)代謝的強(qiáng)度、方向和速度以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化。代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。（三）各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色由于各組織、器官的結(jié)構(gòu)不同，所含有酶系的種類和含量各不相同，因而代謝途徑及功能各異，各具特色。例如肝在糖、脂、蛋白質(zhì)代謝上具有特殊重要的作用，是人體物質(zhì)代謝的樞紐。（四）各種代謝物均具有各自共同的代謝池?zé)o論是體外攝人的營養(yǎng)物或體內(nèi)各組織細(xì)胞的代謝物，只要是同一化學(xué)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)在進(jìn)行中間代謝時(shí)，不分彼此，參加到共同的代謝池中參與代謝。（五）ATP是機(jī)體能量利用的共同形式糖、脂及蛋白質(zhì)在體內(nèi)分解氧化釋出的能量，均儲(chǔ)存在ATP的高能磷酸鍵中。（六）NADPH是合成代謝所需的還原當(dāng)量參與還原合成代謝的還原酶則多以NADPH為輔酶，提供還原當(dāng)量。如糖經(jīng)戊糖磷酸途徑生成的NADPH既可為乙酰輔酶A合成脂酸，又可為乙酰輔酶A合成固醇提供還原當(dāng)量。第二節(jié) 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系一、在能量代謝上的相互聯(lián)系乙酰輔酶A是三大營養(yǎng)物共同的中間代謝物，三竣酸循環(huán)是糖、脂、蛋白質(zhì)最后分解的共同代謝途徑，釋出的能量均以ATP形式儲(chǔ)存。從能量供應(yīng)的角度看，這三大營養(yǎng)素可以互相代替，并互相制約。二、糖、脂和蛋白質(zhì)代謝之間的聯(lián)系體內(nèi)糖、脂、蛋白質(zhì)和核酸等的代謝不是彼此獨(dú)立，而是相互關(guān)聯(lián)。它們通過共同的中間代謝物，即兩種代謝途徑匯合時(shí)的中間產(chǎn)物，三竣酸循環(huán)和生物氧化等聯(lián)成整體。（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系當(dāng)攝人的糖量超過體內(nèi)能量消耗時(shí)，除合成少量糖原儲(chǔ)存在肝及肌肉外，生成的檸檬酸及ATP可變構(gòu)激活乙酰輔酶A竣化酶，使由糖代謝源源而來的大量乙酰輔酶A得以竣化成丙二酰輔酶A，進(jìn)而合成脂酸及脂肪在脂肪組織中儲(chǔ)存，即糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?。然而，脂肪絕大部分不能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。（二）糖代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系氨基酸，除生酮氨基酸外，都可通過脫氨作用，生成相應(yīng)的a一酮酸。這些a-酮酸可通過三竣酸循環(huán)及生物氧化生成C0及H0并釋出能量，生成ATP,也可轉(zhuǎn)變成某些中間代謝物如丙酮酸，循糖異生途徑轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。同時(shí)，糖代謝的一些中間代謝物，如丙酮酸、a一酮戊二酸、草酰乙酸等也可氨基化成某些非必需氨基酸。（三）脂類代謝與氨基酸代謝的相互聯(lián)系氨基酸無論生糖、生酮或生酮兼生糖氨基酸分解后均生成乙酰輔酶A,后者經(jīng)還原縮合反應(yīng)可合成脂酸進(jìn)而合成脂肪，即蛋白質(zhì)可轉(zhuǎn)變?yōu)橹尽Ｒ阴］o酶A也可合成膽固醇以滿足機(jī)體的需要。此外，氨基酸也可作為合成磷脂的原料，但脂類不能轉(zhuǎn)變?yōu)榘被?，（四）核酸與氨基酸代謝的相互關(guān)系氨基酸還是體內(nèi)合成核酸（RNA、DNA）的重要原料，如嘌吟的合成需甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺及一碳單位；嘧啶的合成需天冬氨酸、谷氨酰胺及一碳單位為原料。合成核甘酸所需的磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供。第三節(jié)組織、器官的代謝特點(diǎn)及聯(lián)系第四節(jié)代謝調(diào)節(jié)高等動(dòng)物通過細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)、激素水平代謝調(diào)節(jié)及整體水平代謝調(diào)節(jié)統(tǒng)稱為三級(jí)水平代謝調(diào)節(jié)，在代謝調(diào)節(jié)的三級(jí)水平中，細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)是基礎(chǔ)，激素及神經(jīng)對(duì)代謝的調(diào)節(jié)都是通過細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。①細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)：對(duì)酶的活性及含量進(jìn)行調(diào)節(jié)②激素水平的代謝調(diào)節(jié)：通過激素的分泌來調(diào)節(jié)某些細(xì)胞的代謝及功能③整體水平的代謝調(diào)節(jié)：在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，或通過神經(jīng)纖維及神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)靶細(xì)胞直接發(fā)生影響，或通過激素的分泌來調(diào)節(jié)某些細(xì)胞的代謝及功能。一、細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)(一)細(xì)胞內(nèi)酶的隔離分布細(xì)胞是組成組織及器官的最基本功能單位。代謝途徑有關(guān)酶類常常組成酶體系，分布于細(xì)胞的某一區(qū)域或亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中。酶在細(xì)胞內(nèi)的隔離分布使有關(guān)代謝途徑分別在細(xì)胞不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，這樣不致使各種代謝途徑互相干擾。調(diào)節(jié)酶或關(guān)鍵酶又稱為限速酶:在代謝途徑一系列酶催化的化學(xué)反應(yīng)中，其中一個(gè)或幾個(gè)具有調(diào)節(jié)并決定代謝的速度和方向的酶。關(guān)鍵酶催化的化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)：①它催化的反應(yīng)速度慢，它的活性決定整個(gè)代謝途徑的總速度；②催化單向反應(yīng)，或非平衡反應(yīng)，它的活性決定整個(gè)代謝途徑的方向；③這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。代謝調(diào)節(jié)主要是通過對(duì)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)。按調(diào)節(jié)的快慢分為快速調(diào)節(jié)和遲緩調(diào)節(jié)?？焖僬{(diào)節(jié)又分為變構(gòu)調(diào)節(jié)及化學(xué)修飾兩種；遲緩調(diào)節(jié)為酶蛋白分子的合成或降解。(二)關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)1.概念(1)變構(gòu)調(diào)節(jié)或別位調(diào)節(jié)：小分子化合物與酶蛋白分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)。(2)變構(gòu)酶或別位酶：被調(diào)節(jié)的酶(3)變構(gòu)效應(yīng)劑：使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)；變構(gòu)激活劑：引起酶活性增加；變構(gòu)抑制劑：引起酶活性降低；.變構(gòu)調(diào)節(jié)的機(jī)制⑴變構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：四級(jí)結(jié)構(gòu)；催化亞基；調(diào)節(jié)亞基。(2)變構(gòu)效應(yīng)劑與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合的特點(diǎn)：通過非共價(jià)鍵與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，引起酶的構(gòu)象改變(如變?yōu)槭杷苫蚓o密)，從而影響酶與底物的結(jié)合，使酶的活性受到抑制或激活。.變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義(1)代謝途徑終產(chǎn)物?？墒勾呋撏緩狡鹗挤磻?yīng)的酶受到抑制，即反饋抑制，使代謝物的生成不致過多。(2)變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費(fèi)。(3)變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同代謝途徑相互協(xié)調(diào)。（三）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié).化學(xué)修飾的概念:酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生可逆的共價(jià)修飾，從而引起酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱為酶的化學(xué)修飾。.方式：磷酸化與脫磷酸，乙?；c脫乙酰，甲基化與去甲基，腺昔化與脫腺昔及SH與-S-S-互變等。.酶促化學(xué)修飾的特點(diǎn)⑴酶都具無活性（或低活性）和有活性（或高活性）兩種形式。它們之間在兩種不同酶的催化下發(fā)生共價(jià)修飾，可以互相轉(zhuǎn)變。（2）存在級(jí)聯(lián)放大式效應(yīng)。由于酶促化學(xué)修飾是酶所催化的反應(yīng)，故有瀑布式（逐級(jí)放大）效應(yīng)。少量的調(diào)節(jié)因素就可通過加速這種酶促反應(yīng)，使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾。（3）磷酸化與脫磷酸是最常見的酶促化學(xué)修飾反應(yīng)。與合成酶蛋白所消耗的ATP比少，經(jīng)濟(jì)而有效，且作用迅速。（四）酶量的調(diào)節(jié).酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏（1）底物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏：普遍存在于生物界。（2）產(chǎn)物對(duì)酶合成的阻遏：代謝反應(yīng)的產(chǎn)物不僅可變構(gòu)抑制或反饋抑制關(guān)鍵酶或催化起始反應(yīng)酶的活性，而且還可阻遏這些酶的合成。（3）激素對(duì)酶合成的誘導(dǎo)：例如糖皮質(zhì)激素能誘導(dǎo)一些氨基酸分解酶和糖異生關(guān)鍵酶的合成，而胰島素則能誘導(dǎo)糖酵解和脂酸合成途徑中關(guān)鍵酶的合成。⑷藥物對(duì)酶合成的誘導(dǎo)：很多藥物和毒物可促進(jìn)肝細(xì)胞微粒體中單加氧酶（或混合功能氧化酶）或其他一些藥物代謝酶的誘導(dǎo)合成，從而使藥物失活，具有解毒作用。然而，這也是引起耐藥現(xiàn)象的原因。.酶蛋白降解改變酶蛋白分子的降解速度也能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量。細(xì)胞蛋白水解酶主要存在于溶酶體中，故凡能改變蛋白水解酶活性或影響蛋白酶從溶酶體釋出速度的因素，都可間接影響酶蛋白的降解速度。二、激素水平的代謝調(diào)節(jié)不同激素作用于不同組織產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)，表現(xiàn)出較高的組織特異性和效應(yīng)特異性。激素與靶細(xì)胞受體結(jié)合后，能將激素的信號(hào)，跨膜傳遞人細(xì)胞內(nèi)，轉(zhuǎn)化為一系列細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，最終表現(xiàn)出激素的生物學(xué)效應(yīng)。按激素受體在細(xì)胞的部位不同，可將激素分為兩大類：1、膜受體激素：膜受體是存在于細(xì)胞表面質(zhì)膜上的跨膜糖蛋白。這類激素作為第一信使分子與相應(yīng)的靶細(xì)胞膜受體結(jié)合后，通過跨膜傳遞將所攜帶的信息傳遞到細(xì)胞內(nèi)。然后通過第二信使將信號(hào)逐級(jí)放大，產(chǎn)生顯著代謝效應(yīng)。2、胞內(nèi)受體激素：包括類固醇激素，前列腺素，這些激素可透過脂雙層細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)人細(xì)胞；與相應(yīng)的胞內(nèi)受體結(jié)合。他們的受體大多數(shù)位于細(xì)胞核內(nèi)，亦有在胞液中與激素結(jié)合后再進(jìn)入核內(nèi)與其核內(nèi)特異受體結(jié)合，引起受體構(gòu)象改變。然后由兩個(gè)激素受體復(fù)合物形成二聚體，與DNA的特定序列即激素反應(yīng)元件結(jié)合，促進(jìn)(或抑制)相鄰的基因轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而促進(jìn)(或阻遏)蛋白質(zhì)或酶的合成，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量，從而對(duì)細(xì)胞代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)。三、整體調(diào)節(jié)(一)饑餓.短期饑餓(1)肌肉蛋白質(zhì)分解加強(qiáng)：(2)糖異生作用增強(qiáng)(3)脂肪動(dòng)員加強(qiáng)，酮體生成增多：⑷組織對(duì)葡萄糖的利用降低：總之，饑餓時(shí)的主要能量來源是儲(chǔ)存的蛋白質(zhì)和脂肪.長(zhǎng)期饑餓：長(zhǎng)期饑餓時(shí)代謝的改變與短期饑餓不同：⑴脂肪動(dòng)員進(jìn)一步加強(qiáng)，肝生成大量酮體，(2)肌肉以脂酸為主要能源，以保證酮體優(yōu)先供應(yīng)腦組織。(3)肌肉蛋白質(zhì)分解減少，肌肉釋出氨基酸減少；乳酸和丙酮酸成為肝糖異生的主要來源。(4)腎糖異生作用明顯增強(qiáng)，(5)因肌肉蛋白分解減少，負(fù)氮平衡有所改善。(二)應(yīng)激應(yīng)激(shess)是人體受到一些異乎尋常的刺激，如創(chuàng)傷、劇痛、凍傷、缺氧、中毒、感染以及劇烈情緒激動(dòng)等所作出一系列反應(yīng)的“緊張狀態(tài)”。.血糖升高；.脂肪動(dòng)員增強(qiáng)：血漿游離脂酸升高，成為心肌，骨骼肌及腎等組織主要能量來源；.蛋白質(zhì)分解加強(qiáng)：肌肉釋出丙氨酸等氨基酸增加，同時(shí)尿素生成及尿氮排出增加，呈負(fù)氮平衡。體內(nèi)各種物質(zhì)代謝是相互聯(lián)系、相互制約的。體內(nèi)物質(zhì)代謝的特點(diǎn)：①整體性；②在精細(xì)調(diào)節(jié)下進(jìn)行；③動(dòng)態(tài)平衡；④具共同的代謝池；⑨TP是共同能量形式；⑥NADPH是代謝所需的還原當(dāng)量。各代謝途徑之間可通過共同樞紐性中間產(chǎn)物互相聯(lián)系和轉(zhuǎn)變。糖、脂肪、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素在供應(yīng)能量上可互相代替，互相制約，但不能完全互相轉(zhuǎn)變，因?yàn)橛行┐x反應(yīng)是不可逆的。各組織、器官有獨(dú)特的代謝方式。肝是物質(zhì)代謝的中心。從腸道吸收進(jìn)入人體的營養(yǎng)素，幾乎都是經(jīng)肝的處理和中轉(zhuǎn)；各器官所需的營養(yǎng)素大多也通過肝的加工或轉(zhuǎn)變，有的代謝終產(chǎn)物還需通過肝解毒和排出。代謝調(diào)節(jié)可分為三級(jí)水平，即細(xì)胞水平調(diào)節(jié)、激素水平調(diào)節(jié)和以中樞神經(jīng)系統(tǒng)為主導(dǎo)的整體調(diào)節(jié)。細(xì)胞水平調(diào)節(jié)主要通過改變關(guān)鍵酶的活性來實(shí)現(xiàn)。酶活性的調(diào)節(jié)既可通過改變現(xiàn)有酶分子的結(jié)構(gòu)，又可通過改變酶的含量完成。前者較快，后者緩慢而持久。酶結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)包括酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)與酶蛋白的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。變構(gòu)調(diào)節(jié)系變構(gòu)劑與酶的調(diào)節(jié)亞基結(jié)合引起酶分子構(gòu)象改變，。導(dǎo)致其催化活性改變，不涉及共價(jià)鍵與組成的變化。而酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)是酶催化的化學(xué)反應(yīng)，涉及酶蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵與組成的變化；有磷酸化、甲基化、乙酰化等方式，?以磷酸化為主；化學(xué)修飾調(diào)節(jié)具有放大效應(yīng)；以調(diào)節(jié)代謝強(qiáng)度為主。變構(gòu)調(diào)節(jié)與化學(xué)修飾調(diào)節(jié)二者相輔相成，其調(diào)節(jié)作用不可截