物质代谢的联系与调节
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第九章物质代谢的联系与调节内容提要物质代谢是生命的本质特征,是生命活动的物质基础。
体内各种物质代谢是相互联系、相互制约的。
体内物质代谢的特点:①整体性;②在精细调节下进行;③各组织器官物质代谢各具特色;④具有共同的代谢池;⑤ATP是共同能量形式;⑥NADPH是代谢所需的还原当量。
各代谢途径之间可通过共同枢纽性中间产物互相联系和转变。
糖、脂肪、蛋白质等营养素在供应能量上可互相代替,互相制约,但不能完全互相转变,因为有些代谢反应是不可逆的。
各组织、器官有独特的代谢方式。
肝是物质代谢的中心。
从肠道吸收进入人体的营养素,几乎都是经肝的处理和中转;各器官所需的营养素大多也通过肝的加工或转变,有的代谢终产物还需通过肝解毒和排出。
代谢调节可分为三级水平:一是细胞水平调节,主要通过改变关键酶的活性来实现。
酶活性调节有两种方式:酶的变构调节和酶蛋白的化学修饰调节。
变构调节系变构剂与酶的调节亚基结合引起酶分子构象改变,导致其催化活性改变,不涉及共价键与组成的变化。
而酶的化学修饰调节是酶催化的化学反应,涉及酶蛋白的化学结构共价键与组成的变化;有磷酸化、甲基化、乙酰化等方式,以磷酸化为主;化学修饰调节具有放大效应;以调节代谢强度为主。
变构调节与化学修饰调节两者相辅相成,均为快调节。
二是激素水平调节,通过激素与靶细胞受体特异结合,将激素信号转化为细胞内一系列化学反应,最终表现出激素的生物学效应。
根据受体在细胞内的部位不同,激素可分为膜受体激素(蛋白质、肽类及儿茶酚胺类激素),通过与膜受体结合可将信号跨膜传递入细胞内,胞内受体激素(类固醇激素、甲状腺素),可通过细胞膜进入细胞内与胞内受体(大多在核内)结合,形成二聚体,作为转录因子与DNA上特定核苷酸序列即激素反应元件(HRE)结合,以调控该元件所辖特定基因的表达。
三是神经系统可通过内分泌腺间接调节代谢,也可直接对组织、器官直接施加影响,进行整体调节,从而使机体代谢处于相对稳定状态。
生物化学讲义第十章物质代谢的联系和调节 【目的与要求】1.熟悉三大营养物质氧化供能的通常规律与相互关系。
2.熟悉糖、脂、蛋白质、核酸代谢之间的相互联系。
3.熟悉代谢调节的三种方式。
掌握代谢途径、关键酶(调节酶)的概念;掌握关键酶(调节酶)所催化反应的特点。
熟悉细胞内酶隔离分布的意义。
熟悉酶活性调节的方式。
4.掌握变构调节、变构酶、变构效应剂、调节亚基、催化亚基的概念;5.掌握酶的化学修饰调节的概念及要紧方式。
6.熟悉激素种类及其调节物质代谢的特点。
7.熟悉饥饿与应激状态下的代谢改变。
【本章重难点】1.物质代谢的相互联系2.物质代谢的调节方式及意义3.酶的变构调节、化学修饰、阻遏与诱导4.作用于细胞膜受体与细胞内受体的激素学习内容第一节物质代谢的联系第二节物质代谢的调节第一节物质代谢的联系一、营养物质代谢的共同规律物质代谢:机体与环境之间不断进行的物质交换,即物质代谢。
物质代谢是生命的本质特征,是生命活动的物质基础。
二、三大营养物质代谢的相互联系糖、脂与蛋白质是人体内的要紧供能物质。
它们的分解代谢有共同的代谢通路—三羧酸循环。
三羧酸循环是联系糖、脂与氨基酸代谢的纽带。
通过一些枢纽性中间产物,能够联系及沟通几条不一致的代谢通路。
对糖、脂与蛋白质三大营养物质之间相互转变的关系作简要说明:㈠糖可转变生成甘油三酯等脂类物质(除必需脂肪酸外),甘油三酯分解生成脂肪酸,脂肪酸经β-氧化生成乙酰CoA,乙酰CoA或者进入三羧酸循环或者生成酮体,因此甘油三酯的脂肪酸成分不易生糖,但甘油部分能够转变为磷酸丙糖而生糖,但是甘油只有三个碳原子,只占甘油三酯的很小部分。
㈡多数氨基酸是生糖或者生糖兼生酮氨基酸。
因此氨基酸转变成糖较为容易。
糖代谢的中间产物只能转变成非必需氨基酸,不能转变成必需氨基酸。
㈢少数氨基酸能够生酮,生糖氨基酸生糖后,也可转变为脂肪酸(除必需脂肪酸外),因此氨基酸转变成脂类较为容易。
脂肪酸经β-氧化生成乙酰CoA进入三羧酸循环后,即以CO2形式被分解。
物质代谢的联系与调节第一节物质代谢的特点(一)整体性体内各种物质包括糖、脂、蛋白质、水、无机盐、维生素等的代谢不是彼此孤立各自为政,而是同时进行的,而且彼此互相联系,或相互转变,或相互依存,构成统一的整体。
(二)代谢调节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的变化。
代谢调节普遍存在于生物界,是生物的重要特征。
(三)各组织、器官物质代谢各具特色由于各组织、器官的结构不同,所含有酶系的种类和含量各不相同,因而代谢途径及功能各异,各具特色。
例如肝在糖、脂、蛋白质代谢上具有特殊重要的作用,是人体物质代谢的枢纽。
(四)各种代谢物均具有各自共同的代谢池无论是体外摄人的营养物或体内各组织细胞的代谢物,只要是同一化学结构的物质在进行中间代谢时,不分彼此,参加到共同的代谢池中参与代谢。
(五)ATP是机体能量利用的共同形式糖、脂及蛋白质在体内分解氧化释出的能量,均储存在ATP的高能磷酸键中。
(六)NADPH是合成代谢所需的还原当量参与还原合成代谢的还原酶则多以NADPH为辅酶,提供还原当量。
如糖经戊糖磷酸途径生成的NADPH既可为乙酰辅酶A合成脂酸,又可为乙酰辅酶A 合成固醇提供还原当量。
第二节物质代谢的相互联系一、在能量代谢上的相互联系乙酰辅酶A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代谢途径,释出的能量均以ATP形式储存。
从能量供应的角度看,这三大营养素可以互相代替,并互相制约。
二、糖、脂和蛋白质代谢之间的联系体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此独立,而是相互关联。
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,三羧酸循环和生物氧化等联成整体。
(一)糖代谢与脂代谢的相互联系当摄人的糖量超过体内能量消耗时,除合成少量糖原储存在肝及肌肉外,生成的柠檬酸及ATP可变构激活乙酰辅酶A竣化酶,使由糖代谢源源而来的大量乙酰辅酶A得以羧化成丙二酰辅酶A,进而合成脂酸及脂肪在脂肪组织中储存,即糖可以转变为脂肪。
第九章 物质代谢的联系与调节名词解释物质代谢(metabolism)限速酶(1imitingvelocityenzymes)变构酶(Allostericenzyme)与变构调节(Allostericregulation)酶的化学修饰(chemicalmodifacation)泛素(Ubiquitin反馈控制(feedback)蛋白激酶(ProteinKinase)酶的诱导剂(enzymeinducer)变构调节(Allostericregulation)调节酶(regulatoryenzyme)问答题1. 简述丙酮酸在代谢中的作用。
2. 试述乙酰CoA在代谢中的作用。
3. 脂肪能否进行糖异生?4. 简述甘氨酸的生化作用。
5. 列出至少8种维生素的辅酶形式及其参与的生化代谢。
6. 简述酶的化学修饰的特点。
7 简述人体在长期饥饿状态下,物质代谢有何变化。
8. 体内脂肪酸可否转变为葡萄糖?为什么?9. 糖、脂、蛋白质在机体内是否可以相互转变?简要说明其转变的途径或不能转变的原因。
10. 为何称三羧酸循环是物质代谢的中枢,有何生理意义?11. 讨论下列物质能否相互转变?简述其理由。
12. 试述体内草酰乙酸在物质代谢中有什么作用?13. 试述丙酮酸在体内物质代谢中的重要作用。
14. 三大营养物质,即糖、脂肪和蛋白质在机体内可以相互转变吗?简述其理由。
15. 为什么减肥的人也要限制糖类的摄入量?试从营养物质代谢的角度加以解释。
16. 请列举5种肝脏特有的代谢途径(在正常情况下,其他组织器官很难或很少进行的代谢过程),并分别说明其主要生理意义。
17. 比较脑、肝、骨骼肌在糖、脂代谢和能量代谢上的主要特点。
18. 短期饥饿时,机体如何进行三级水平调节的?19. 试述人体在短期饥饿和长期饥饿情况下,糖、脂、蛋白质代谢有何特点?20. 试比较酶的变构调节和化学修饰调节的不同。
参考答案:名词解释物质代谢(metabolism)[答案]机体在生命活动过程中不断摄人O2及营养物质,在细胞内进行中间代谢,同时不断排出CO2及代谢废物,这种机体和环境之间不断进行的物质交换即物质代谢,包括分解、合成和能量代谢。
第9章物质代谢的联系与调节一、名词解释1.关键酶(key enzymes)2.变构调节(allosteric regulation)3.酶的共价修饰(enzyme covalent modification)二、选择题A1型题1.关于机体物质代谢特点的叙述,错误的是()A.内源或外源的代谢物共同参与代谢B.各组织器官有不同的功能及代谢特点C.各种合成代谢所需还原当量是NADHD.物质代谢不断调节以适应外界环境E.各种物质代谢间相互联系成整体2.在肝细胞有充足ATP供应时,下列哪项叙述是错误的()A.三羧酸循环减少B.呼吸链氧化减弱C.抑制丙酮酸羧化酶D.脂酸合成加强E.丙酮酸激酶活性下降3.作为糖与脂肪代谢交叉点的物质是()A.α-酮戊二酸B.3-磷酸甘油醛C.草酰乙酸D.磷酸二羟丙酮E.6-磷酸葡萄糖4.关于肝脏代谢的特点,错误的是()A.将糖原最终分解成葡萄糖B.是体内唯一进行糖异生的器官C.能将氨基酸脱下的氨合成尿素D.是脂酸氧化的重要部位E.肝和肌肉可进行糖原的合成5.关于各器官代谢特点的叙述,错误的是()A.肝脏是糖异生的重要部位B.饥饿时大脑也只以葡萄糖供能C.心耗用的能源物质依次为酮体、乳酸、自由脂肪酸及葡萄糖D.红细胞只以糖酵解产生ATPE.肝是机体物质代谢的枢纽6.不能在胞液进行的代谢途径是()A.脂酸合成B.尿苷酸的合成C.肝糖原合成D.脂酸β-氧化E.磷酸戊糖途径7.只能在线粒体进行的代谢途径是()A.磷酸戊糖途径B.糖原合成分解C.酮体合成途径D.糖酵解途径E.脂酸合成8.关键酶调节的特点是()A.关键酶催化途径中的可逆反应B.酶调节不影响整个体系代谢速度C.其催化反应活性在酶体系中较高D.都是催化代谢途径中间反应的酶E.可受底物及多种代谢物的调节9.关于酶别构调节的叙述,错误的是()A.别构激活是最常见的别构调节B.别构酶多为几个亚基的寡聚酶C.别构效应剂可结合酶的调节部位D.别构调节属于酶活性快速调节E.别构调节引起酶蛋白构象改变10.关于酶的共价修饰调节,错误的是()A.具有放大效应B.涉及共价键的变化C.属于酶活性迟缓调节D.催化效率常较变构调节高E.以磷酸化与脱磷酸化最为常见11.关于酶含量调节的叙述,错误的是()A.属于酶活性的迟缓调节B.属于细胞水平的代谢调节C.产物常可诱导酶的合成D.底物常可诱导酶的合成E.激素或药物可诱导酶的合成12.下列哪种激素属于胞内受体激素()A.胰岛素B.促甲状腺素C.生长激素D.甲状腺素E.肾上腺素13.短期饥饿时机体代谢的改变,描述错误的是()A.肌组织蛋白分解增加B.肝脏酮体生成增加C.糖异生途径加强D.组织利用葡萄糖增多E.脂肪动员增加14.在应激状态下血中成分的改变,描述错误的是()A.脂肪动员加强B.肾上腺素水平增加C.胰岛素水平下降D.蛋白质分解减少E.血糖水平增高15.三大营养素氧化分解时,进入三羧酸循环的共同物质是()A.异柠檬酸B.乙酰CoAC.丙酮酸D.α-酮戊二酸E.α-酮酸16.当ATP/ADP比值降低时,可产生的效应()A.抑制柠檬酸合成酶B.抑制磷酸果糖激酶C.抑制丙酮酸激酶D.激活果糖二磷酸酶-1E.抑制乙酰CoA羧化酶17.关于糖、脂类、氨基酸代谢错误的是()A.乙酰CoA是糖、脂类、氨基酸分解代谢共同的中间代谢物()B.三羧酸循环是糖、脂类、氨基酸分解代谢的最终途径C.当摄入糖量超过体内消耗时,多余的糖可转变为脂肪D.当摄入大量脂类物质时,脂类可大量异生为糖E.糖能转变为氨基酸18.磷酸二羟丙酮作为两种物质代谢之间交叉点的是()A.糖--氨基酸B.糖--脂肪酸C.糖--甘油D.糖--胆固醇E.糖--核酸19.人体活动主要的直接供能物质是()A.葡萄糖B.脂肪酸C.ATPD.GTPE.磷酸肌酸20.关于酶的化学修饰,错误的是()A.一般都有活性和非活性两种形式B.活性和非活性两种形式在不同酶催化下可以互变C.催化互变的酶受激素等因素的控制D.一般不需消耗能量E.化学修饰的方式多为肽链的磷酸化和脱磷酸化21.在胞浆内进行的是()A.三羧酸循环B.氧化磷酸化C.丙酮酸羧化D.脂肪酸β氧化E.脂肪酸合成22.关于变构调节的叙述错误的是()A.变构酶常由两个以上亚基组成B.变构效应剂常是些小分子代谢物C.变构效应剂通常与酶活性中心以外的某一特定部位结合D.代谢途径的终产物通常是该途径起始反应酶的变构抑制剂E.变构调节具有放大效应23.作用于膜受体的激素是()A.肾上腺素B.雌激素C.甲状腺素D.孕激素E.醛固酮24.下列关于酶的化学修饰调节的叙述错误的是()A.引起酶蛋白发生共价变化B.使酶活性改变C.有放大效应D.是一种酶促反应E.与酶的变构无关25.三羧酸循环所需草酰乙酸通常主要来自于()A.食物直接提供B.天冬氨酸脱氨基C.苹果酸脱氢D.糖代谢丙酮酸羧化E.谷氨酸脱氨基B1型题(1-4题共用备选答案)A.肝B.心C.脑D.肌肉E.成熟红细胞1.人体内最重要的物质代谢中心和枢纽器官是()2.可利用多种能源物质,以有氧氧化为主的组织器官是()3.主要利用葡萄糖供能且耗氧量大的组织器官是()4.主要氧化脂肪酸、强烈运动产生大量乳酸的组织器官是()(5-9题共用备选答案)A.糖原磷酸化酶B.糖原合酶C.6-磷酸果糖激酶-1D.乙酰CoA羧化酶E.肉碱-脂酰转移酶I5.糖原分解的关键酶是()6.糖酵解途径的关键酶是()7.糖原合成的关键酶是()8.脂酸β-氧化的关键酶是()9.脂酸合成的关键酶是()三、填空题1.代谢调节的三级水平调节为、、。
2.酶的结构调节有和两种方式,它们都属于速调节。
3.酶的化学修饰最常见的方式是与。
4.应激时糖、脂、蛋白质代谢的特点是增强,受到抑制。
四、问答题1.简述三大营养物质在能量代谢中的相互关系。
2.比较酶的变构调节和共价调节的异同。
3.以箭头图示说明谷氨酸进行下列代谢途径的主要过程(不要求写酶):(1)生成尿素;(2)生成CO2、H2O和ATP;(3)转变成葡萄糖;(4)转变成嘌呤核苷酸。
[参考答案]一、名词解释1.代谢途径包含一系列酶催化的化学反应,其速度和方向是由其中一个或几个具有调节作用的酶活性所决定的。
这些能调节代谢的酶成为调节酶或关键酶。
2.代谢物与关键酶分子活性中心外的某个部位可逆的结合,使酶发生变构而改变其催化活性。
对酶催化活性的这种调节方式称为变构调节。
3.酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学集团发生可逆的共价结合,从而改变酶的活性,这一过程称为酶的化学修饰或共价修饰。
二、选择题A1型题1.C 2.C 3.D 4.B 5.B 6.D 7.C 8.E 9.A 10.C 11.C 12.D 13.D 14.D 15.B 16.E 17.D 18.C 19.C 20.D 21.E 22.E 23.A 24.E 25.D B1型题1.A 2.B 3.C 4.D 5.A 6.C 7.B 8.E 9.D三、填空题1.细胞水平激素水平整体水平调节2.变构调节酶的化学修饰快3.磷酸化去磷酸化4.分解代谢合成代谢四、问答题1.糖、脂肪、氨基酸都转变为乙酰辅酶A,后者经三羧酸循环及氧化磷酸化可彻底氧化产生ATP。
从功能意义说,三大营养素可互相替代,又互相制约。
但一般以糖和脂肪为主要供能物质,减少蛋白消耗。
一种物质供能占优势时,可抑制其他供能物质分解消耗。
如脂肪分解加强,ATP增加,ATP/ADP比值增高,变构抑制糖氧化关键酶6-磷酸果糖激酶-1,减少糖氧化分解。
而ADP增加,能量不足,变构激活6-磷酸果糖激酶-1及三羧酸循环关键酶,加速糖氧化产能。
糖氧化加强,脂酸氧化抑制。
2.相同点:都属酶的快速调节,在细胞水平改变酶活性,调节代谢途径关键酶。
不同点:调节机制上,变构调节需小分子变构效应剂,与酶活性中心外调节部位非共价可逆结合,酶构象改变,活性改变,无放大效应;而共价修饰调节,需其他酶的作用,催化酶蛋白发生基团的共价连接、去除,酶活性改变,多级偶联有放大效应。
磷酸化虽消耗少量ATP,仍是经济有效的调节方式。
3.(1)谷氨酸→→→α-酮戊二酸+NH3利用2分子NH3和1分子CO2通过鸟氨酸循环合成尿素。
(2)谷氨酸→→→α-酮戊二酸+NH3α-酮戊二酸(三羧酸循环)→→→草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸→乙酰CoA→三羧酸循环;三羧酸循环中生成的NADH和FADH2上的氢通过氧化呼吸链生成水并放能合成ATP。
(3)谷氨酸→α-酮戊二酸+NH3α-酮戊二酸(三羧酸循环)→→→草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸(糖异生)→葡萄糖。
(4)谷氨酸(NH3)→→谷氨酰胺谷氨酰胺参与合成嘌呤环的第3位和第9位氮原子,并且提供一个氨基使次黄嘌呤核苷酸转变成鸟嘌呤核苷酸。