物质代谢的调节
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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。
生物体内代谢物质的调节机制生物体内代谢物质的调节机制是指生物体内各种代谢物质的平衡状态和调节机制。
生物体内包含多种代谢物质如蛋白质、碳水化合物、脂质、核酸等,这些代谢物质在生命活动的过程中扮演着不可或缺的角色。
因此,生物体需要通过一系列的调节机制来控制这些代谢物质的数量和质量,以保证身体的正常功能。
一、蛋白质代谢物质的调节机制蛋白质是人体内最重要的有机物质之一,参与了人体内许多重要的生理活动。
人体需要通过一系列调节机制来控制蛋白质的代谢,维持其正常的水平。
1、蛋白质的消化吸收:蛋白质进入体内后需要被消化,然后吸收到肠道壁。
人体会分泌消化酶来消化蛋白质,例如胃液中的胰蛋白酶、胃蛋白酶等。
2、蛋白质的合成:蛋白质在身体中的合成受到体内营养、激素、免疫因子等多种因素的调控。
当身体缺乏某种氨基酸时,蛋白质的合成能力就会受到影响。
3、蛋白质的分解:蛋白质在人体内会保持动态平衡,即蛋白质合成和分解相互对等。
蛋白质的分解能够释放氨基酸,进而供给身体需要。
二、碳水化合物代谢物质的调节机制碳水化合物是人体内最主要的能量来源,人体需要通过一系列调节机制来维持血糖的平衡,确保身体有足够的能量。
1、血糖水平的调节:胰岛素和胰高血糖素是体内调节血糖平衡的两个重要激素。
当血糖水平过高时,胰岛素能够促进氧化剂的转运和利用,同时也能刺激糖原的合成。
当血糖水平过低时,胰高血糖素能够通过刺激肝糖原分解和糖生成来提升血糖水平。
2、能量平衡的调节:人体内的能量平衡受到体内激素、饮食等多种因素的影响。
当人体消耗的能量超过了身体所摄入的能量时,血糖水平就会下降;反之,当人体摄入的能量超过了消耗时,血糖水平就会升高。
三、脂质代谢物质的调节机制脂质是人体内重要的能量来源之一,同时也是组织构成的重要成分。
人体需要一系列调节机制来维持其正常的水平。
1、脂质的消化吸收:脂质的消化和吸收主要发生在小肠中。
人体在胰液中分泌脂肪酶来分解脂质,最后转化成脂肪酸和甘油,然后吸收到小肠壁。
物质代谢调节(Regulation in Metabolism)物质代谢是生命现象的基本特征,是生命活动的物质基础。
人体物质代谢是由许多连续的和相关的代谢途径所组成,而代谢途径(如糖的氧化,脂肪酸的合成等)又是由一系列的酶促化学反应组成。
在正常情况下,各种代谢途径几乎全部按照生理的需求,有节奏、有规律地进行,同时,为适应体内外环境的变化,及时地调整反应速度,保持整体的动态平衡。
可见,体内物质代谢是在严密的调控下进行的。
代谢调节机制普遍存在于生物界,是生物在长期进化过程中逐步形成的一种适应能力。
进化程度越高的生物,其代谢调节的机制越复杂。
单细胞的微生物受细胞内代谢物浓度变化的影响,改变其各种相关酶的活性和酶的含量,从而调节代谢的速度,这是细胞水平的代谢调节,是生物体在进化上较为原始的调节方式。
较复杂的多细胞生物,出现了内分泌细胞。
高等动物则出现了专门的内分泌器官,这些器官所分泌的激素可以对其他细胞发挥代谢调节作用。
激素可以改变某些酶的催化活性或含量,也可以改变细胞内代谢物的浓度,从而影响代谢反应的速度,这称为激素水平的调节。
高等动物不仅有完整的内分泌系统,而且还有功能复杂的神经系统。
在中枢神经的控制下,或者通过神经递质对效应器直接发生影响,或者通过改变某些激素的分泌,来调节某些细胞的功能状态,并通过各种激素的互相协调而对整体代谢进行综合调节,这种调节即称整体水平的调节。
以上所述的细胞水平的代谢调节、激素水平的调节和整体水平的调节,在高等动物和人体内全都存在,下面分别进行介绍。
细胞水平的代谢调节一、细胞内酶的分隔分布从物质代谢过程中可知,酶在细胞内是分隔着分布的。
代谢上有关的酶,常常组成一个酶体系,分布在细胞的某一组分中,例如,糖酵解酶系和糖元合成、分解酶系存在于胞液中;三羧酸循环酶系和脂肪酸β-氧化酶系定位于线粒体;核酸合成的酶系则绝大部分集中在细胞核内。
这样的酶的隔离分布为代谢调节创造了有利条件,使某些调节因素可以较为专一地影响某一细胞组分中的酶的活性,而不致影响其他组分中的酶的活性,从而保证了整体反应的有序性。
第十一章物质代谢的相互联系及其调节第一节物质代谢的相互联系一、糖、脂、蛋白质在能量代谢上的相互联系二、糖、脂、蛋白质及核酸代谢之间的相互联系第二节物质代谢的调节一、细胞水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节三、整体水平的代谢调节第十一章物质代谢的相互联系及其调节物质代谢、能量代谢与代谢调节是生命存在的三大要素。
生命体都是由糖类、脂类、蛋白质、核酸四大类基本物质和一些小分子物质构成的。
虽然这些物质化学性质不同,功能各异,但它们在生物体内的代谢过程并不是彼此孤立、互不影响的,而是互相联系、互相制约、彼此交织在一起的。
机体代谢之所以能够顺利进行,生命之所以能够健康延续,并能适应千变万化的体内、外环境,除了具备完整的糖、脂类、蛋白质与氨基酸、核苷酸与核酸代谢和与之偶联的能量代谢以外,机体还存在着复杂完善的代谢调节网络,以保证各种代谢井然有序、有条不紊地进行。
第一节物质代谢的相互联系一、糖、脂、蛋白质在能量代谢上的相互联系糖类、脂类及蛋白质都是能源物质均可在体内氧化供能。
尽管三大营养物质在体内氧化分解的代谢途径各不相同,但乙酰CoA是它们代谢的中间产物,三羧酸循环和氧化磷酸化是它们代谢的共同途径,而且都能生成可利用的化学能ATP。
从能量供给的角度来看,三大营养物质的利用可相互替代。
一般情况下,机体利用能源物质的次序是糖(或糖原)、脂肪和蛋白质(主要为肌肉蛋白),糖是机体主要供能物质(占总热量50%~70%),脂肪是机体储能的主要形式(肥胖者可多达30%~40%)。
机体以糖、脂供能为主,能节约蛋白质的消耗,因为蛋白质是组织细胞的重要结构成分。
由于糖、脂、蛋白质分解代谢有共同的代谢途径限制了进入该代谢途径的代谢物的总量,因而各营养物质的氧化分解又相互制约,并根据机体的不同状态来调整各营养物质氧化分解的代谢速度以适应机体的需要。
若任一种供能物质的分解代谢增强,通常能代谢调节抑制和节约其它供能物质的降解,如在正常情况下,机体主要依赖葡萄糖氧化供能,而脂肪动员及蛋白质分解往往受到抑制;在饥饿状态时,由于糖供应不足,则需动员脂肪或动用蛋白质而获得能量。