导图社区 物质代谢的整合与调节
《生物化学与分子生物学》第十二章 物质代谢的整合与调节笔记,包括物质代谢的特点、物质代谢的相互联系、肝在物质代谢中的作用等内容。
编辑于2021-10-24 13:23:4112 第十二章 物质代谢的整合与调节
物质代谢调节的主要方式 P262
细胞水平的物质代谢调节主要调节关键酶活性
各种代谢酶在细胞内区隔分布是物质代谢及其调节的亚细胞结构基础
关键酶活性决定整个代谢途径的速度和方向
具有调节作用关键酶的特点
①常常催化一条代谢途径的第一步反应或分支点上的反应,速度最慢,其活性能决定整个代谢途径的总速度
②常催化单向反应或非平衡反应,其活性能决定整个代谢途径的方向
③酶活性除受底物控制外,还受多种代谢物或效应剂调节。改变关键酶或调节酶活性是细胞水平代谢调节的基本方式,也是激素水平代谢调节和整体代谢调节的重要环节
别构调节通过别构效应改变关键酶活性
别构调节是生物界普遍存在的代谢调节方式
别构效应剂通过改变酶分子构象改变酶活性
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
化学修饰调节通过酶促共价修饰调节酶活性
酶促共价修饰有多种形式
酶的化学修饰调节具有级联放大效应
化学修饰调节具有如下特点
①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
②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酶分子发生共价修饰,特异性强,有放大效应
③磷酸化与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
④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)、信号转导分子和效应分子(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
通过改变细胞内酶含量调节酶活性
诱导或阻遏酶蛋白基因表达调节酶含量
改变酶蛋白降解速度调节酶含量
激素通过特异受体调节物质代谢
膜受体激索通过跨膜信号转导调节物质代谢
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
机体通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢
饱食状态下机体三大物质代谢与膳食组成有关
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
饥饿时机体主要氧化分解脂肪供能
短期饥饿后糖氧化供能减少而脂肪动员加强
胰岛素分泌极少,胰高血糖素分泌增加,机体的代谢呈现如下特点
(1)机体从葡萄糖氧化供能为主转变为脂肪氧化供能为主:除脑组织细胞和红细胞仍主要利用糖异生产生的葡萄糖,其他大多组织细胞减少对葡萄糖的摄取利用,对脂肪动员释放的脂肪酸及脂肪酸分解的中间代谢物一酮体摄取利用增 加,脂肪酸和酮体成为机体的基本能源
(2)脂肪动员加强且肝酮体生成增多:糖原耗尽后,脂肪是最早被动员的能量储存物质,被水解动员,释放脂肪酸。脂肪酸可在肝内氧化,其中脂肪动员释放的脂肪酸约 25% 在肝氧化生成酮体。短期饥饿时,脂肪酸和酮体成为心肌、骨骼肌和肾皮质的重要供能物质,部分酮体可被大脑利用
(3)肝糖异生作用明显增强:饥饿使体内糖异生作用增加,以饥饿 16~36 小时增加最多,糖异生生成的葡萄糖约为 150 g/d,主要来自氨基酸,部分来自乳酸及甘油。肝是饥饿初期糖异生的主要场所,小部分在肾皮质
(4)骨骼肌蛋白质分解加强:蛋白质分解增强略迟于脂肪动员加强。蛋白质分解加强,释放入血的氨基酸增加。骨骼肌蛋白质分解的氨基酸大部分转变为丙氨酸和谷氨酰胺释放入血
长期饥饿可造成器官损害甚至危及生命
(1)脂肪动员进一步加强:释放的脂肪酸在肝内氧化生成大量酮体。脑利用酮体增加,超过葡萄糖,占总耗氧量的 60%。脂肪酸成为肌组织的主要能源,以保证酮体优供应脑
(2)蛋白质分解减少:机体储存的蛋白质大量被消耗,继续分解就只能分解结构蛋白质,这将危及生命。所以机体蛋白质分解下降,释出氨基酸减少,负氮平衡有所改善
(3)糖异生明显减少:与短期饥饿相比,机体糖异生作用明显减少。乳酸和丙酮酸成为肝糖异生的主要原料。饥饿晚期肾糖异生作用明显增强,生成约 40g 葡萄糖/日,占饥饿晚期糖异生总量一半,几乎与肝相等
应激使机体分解代谢加强
应激使血糖升高
应激使脂肪动员增强
应激使蛋白质分解加强
肥胖是多因素引起物质和能量代谢失衡的结果
肥胖是多种重大慢性疾病的危险因素
较长时间的能量摄入大于消耗导致肥胖
抑制食欲激素功能障碍引起肥胖
刺激食欲激素功能异常增强引起肥胖
肥胖患者脂连蛋白缺陷
胰岛素抵抗导致肥胖
肝外重要组织器官的物质代谢特点及联系 P260
心肌优先利用脂肪酸氧化分解供能
心肌可利用多种营养物质及其代谢中间产物为能源
心肌细胞既富含细胞色素及线粒体,也富含 LDH1,有利于乳酸氧化供能
心主要通过有氧氧化脂肪酸、酮体和乳酸获得能量,极少进行糖酵解。心肌从血液摄取各种营养物有一定域值限制,血液营养物水平超过域值越高,摄取越多
心肌在饱食状态下不排斥利用葡萄糖,餐后数小时或饥饿时利用脂肪酸和酮体,运动中或运动后则利用乳酸
心肌细胞分解营养物质供能方式以有氧氧化为主
心肌富含乳酸脱氢酶,以LDH1为主,与乳酸亲和力强,能催化乳酸氧化成丙酮酸,后者可羧化为草酰乙酸,有利于有氧氧化
脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大
葡萄糖和酮体是脑的主要能量物质
脑耗氧量高达全身耗氧总量的四分之一
脑具有特异的氨基酸及其代谢调节机制
血液与脑组织之间可迅速进行氨基酸交换,但氨基酸在脑内富集量有限
脑中氨基酸脱氨基作用主要由腺苷脱氨酶催化。氨基酸的氨基经氨基移换作用生成谷氨酸、天冬氨酸,再转移生成腺苷酸,最后由ADA催化脱去氨基,生成氨
骨骼肌主要氧化脂肪酸,强烈运动产生大量乳酸
不同类型骨骼肌产能方式不同
不同类型骨骼肌具有的糖酵解、氧化磷酸化能力不同
红肌(如长骨肌)耗能多,富含肌红蛋白及细胞色素体系,具有较强氧化磷酸化能力,适合通过氧化磷酸化获能
白肌(如胸肌)则相反,耗能少,主要靠酵解供能
骨骼肌适应不同耗能状态选择不同能源
骨骼肌有一定糖原储备,静息状态下肌组织获取能量通常以有氧氧化肌糖原、脂肪酸、酮体为主;剧烈运动时糖无氧酵解供能大大增加
肌糖原分解不能直接补充血糖,乳酸循环是整合糖异生与肌糖酵解途径的重要机制
糖酵解是成熟红细胞的主要供能途径
由于成熟红细胞没有线粒体,不能进行柠檬酸循环和营养物质的有氧氧化,所以成熟红细胞不能进行糖的有氧氧化,也不能利用脂肪酸和其他非糖物质作为能源
糖酵解是成熟红细胞的主要能量来源
脂肪组织是储存和释放能量的重要场所
机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂肪组织
饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂肪供能
肝还能将脂肪酸分解为酮体,经血液运输至肝外组织利用
肾能进行糖异生和酮体生成
肾是可进行糖异生和生成酮体两种代谢的器官。
肾髓质无线粒体,主要靠糖酵解供能;肾皮质主要靠脂肪酸及酮体有氧氧化供能
物质代谢的特点 P254
体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体
在体内进行代谢的物质各种各样,不仅有糖、脂、蛋白质这样的大分子营养物质,也有维生素这样的小分子物质,还有无机盐、甚至水。它们的代谢不是孤立进行的,同一时间机体有多种物质代谢在进行,需要彼此间相互协调,以确保细胞乃至机体的正常功能
机体物质代谢不断受到精细调节
要保证机体的正常功能,就必须确保糖、脂、蛋白质、水、无机盐、维生素这些营养物质在体内的代谢,能够根据机体的代谢状态和执行功能的需要有条不紊地进行
这种调节一旦不足以协调各种物质代谢之间的平衡、不能适应机体内外环境改变的需要,就会使细胞、机体的功能失常,导致人体疾病发生
各组织、器官物质代谢各具特色
机体各组织、器官具有各自不同的特定功能,对这些组织、器官的代谢具有特殊的需求
体内各种代谢物都具有共同的代谢池
人体主要营养物质如糖、脂、蛋白质,既可以从食物中摄取,多数也可以在体内自身合成
一旦进入体内,就不再区分自身合成的内源性营养物质和食物中摄取的外源性营养物质,而是形成共同的代谢池,根据机体的营养状态和需要,同样地进人各种代谢途径进行代谢
ATP 是机体储存能量和消耗能量的共同形式
ATP 作为机体可直接利用的能量载体,将产能的营养物质分解代谢与耗能的物质合成代谢联系在一起、将物质代谢与其他生命活动联系在一起
NADPH 提供合成代谢所需的还原当量
体内许多生物合成反应是还原性合成,需要还原当量,这些生物合成反应才能顺利进行
物质代谢的相互联系 P255
各种能量物质的代谢相互联系相互制约
糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系
葡萄糖可转变为脂肪酸
葡萄糖与大部分氨基酸可以相互转变
氨基酸可转变为多种脂质但脂质几乎不能转变为氨基酸
一些氨基酸、 磷酸戊糖是合成核苷酸的原料
肝在物质代谢中的作用 P257
肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官
肝内生成的葡糖-6-磷酸是糖代谢的枢纽
肝是糖异生的主要场所
肝有一套完整的糖异生酶,是糖异生最活跃的器官
较长时间禁食后,肝糖原几乎耗尽,肝通过糖异生将氨基酸、乳酸、甘油等非糖物质转变为葡萄糖,补充血糖
肝在脂质代谢中占据中心地位
肝在脂质消化吸收中具有重要作用
肝细胞合成和分泌的胆汁酸,是脂质消化吸收必不可少的物质
如因肝功能下降或胆道阻塞使胆汁酸不能合成或排出,就会产生脂质(包括脂溶性维生素)消化吸收障碍,出现厌油腻、脂肪泻等临床症状
肝是甘油三酯和脂肪酸代谢的中枢器官
饱食状态下,肝可将大量过剩的葡萄糖分解成乙酰辅酶 A 并转变成脂肪酸,进一步合成甘油三酯,是内源性甘油三酯的主要来源
肝也可将一些氨基酸经乙酰辅酶A转变成脂肪酸、甘油三酯
肝是内源性甘油三酯合成的主要场所。肝也摄取部分来自消化道的外源性食物脂肪酸,部分经β-氧化彻底分解,释放能量供肝利用;剩余部分用于合成甘油三酯
肝是维持机体胆固醇平衡的主要器官
胆道几乎是机体排出胆固醇及其转化产物的唯一途径,肝几乎是机体排出胆固醇及其转化产物的唯一器官。调节肝胆固醇合成量和转化排出量是维持机体胆固醇平衡的主要途径
肝是血浆磷脂的主要来源
体内大多数组织都能合成磷脂,但肝合成最活跃。肝可利用糖及某些氨基酸合成磷脂,是血液中磷脂的主要来源
肝的蛋白质合成及分解代谢均非常活跃
肝合成多数血浆蛋白质
肝内氨基酸代谢十分活跃
肝内催化氨基酸转氨基脱氨基转甲基、脱羧基等反应的酶类十分丰富,所以肝是体内氨基酸代谢十分活跃的器官
肝是机体解“氨毒”的主要器官
体内氨基酸分解代谢产生的氨对机体有毒性作用,需将其转化成尿素排出体外
肝是机体合成尿素的特异器官,其他组织、器官不能进行尿素合成
肝参与多种维生素和辅酶的代谢
肝在脂溶性维生素吸收和血液运输中具有重要作用
肝储存多种维生素
人体维生素 A、E、K 及 B12,主要储存于肝,其中肝维生素 A 的含量占体内维生素 A 总量的 95%
肝也是机体含维生素 B1、B2、B6、泛酸和叶酸较多的器官
肝参与多数维生素的转化
肝参与多种激素的灭活
一些激素的灭活主要以转化的方式在肝中进行
一些水溶性激素 能与肝细胞膜上特异受体结合,通过内吞作用将激素吞人肝细胞内代谢转化
一些类固醇激素则通过扩散作用进入肝细胞内,与葡糖醛酸或活性硫酸等结合后灭活
肝功能严重损害后,激索灭活功能降低,体内雌激素、醛固酮抗利尿激素等水平升高,可出现男性乳房女性化、蜘蛛痣、肝掌及水钠潴留等