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1、本章主要内容本章主要内容4 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系4 代谢调节的一般原理代谢调节的一般原理4 激素的作用与受体激素的作用与受体4 细胞信号传导系统细胞信号传导系统 1.1 1.1 物质代谢的基本目的物质代谢的基本目的1.1.1 生成生成ATP ATP被称之为被称之为“通用能量货币通用能量货币”1.1.2 生成还原辅酶生成还原辅酶 动物机体代谢过程中所产生还原力，其代表性物质是辅酶动物机体代谢过程中所产生还原力，其代表性物质是辅酶 （NADPH+H+）1.1.3 产生生物合成的小分子前体产生生物合成的小分子前体 1 1 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系1.2 1.2 物质代谢的
2、相互联系物质代谢的相互联系1 物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系1.2.1 糖代谢与脂代谢糖代谢与脂代谢 糖糖与与脂脂类类的的联联系系最最为为密密切切，糖糖可可以以转转变变成成脂脂类类。当当有有过过量量葡葡萄萄糖糖摄摄入入时时，糖糖分分解解代代谢谢的的产产物物磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮还还原原成成-磷磷酸酸甘甘油油。丙丙酮酮酸酸氧氧化化脱脱羧羧转转变变为为乙乙酰酰CoA，在在线线粒粒体体中中合合成成脂脂酰酰COA。-磷磷酸酸甘甘油油与与脂脂酰酰CoA再再用用来来合合成成甘甘油油三三酯酯。乙乙酰酰COA也也是是合合成成胆胆固固醇醇的的原原料料。磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径还还为为脂脂肪肪酸酸、胆胆固
3、固醇醇合合成成提提供供了了所所需需NADPH。在动物体内脂肪转变成葡萄糖是有限度的。脂肪的分解产物包在动物体内脂肪转变成葡萄糖是有限度的。脂肪的分解产物包括甘油和脂肪酸。其中甘油是生糖物质。奇数脂肪酸分解生成括甘油和脂肪酸。其中甘油是生糖物质。奇数脂肪酸分解生成丙酰丙酰CoA可以经甲基丙二酸单酰可以经甲基丙二酸单酰CoA途径转变成琥珀酸，然后进途径转变成琥珀酸，然后进入异生过程生成葡萄糖（例如在反刍动物）。然而偶数脂肪酸入异生过程生成葡萄糖（例如在反刍动物）。然而偶数脂肪酸-氧化产生的乙酰氧化产生的乙酰CoA不能净合成糖。因为乙酰不能净合成糖。因为乙酰Co A不能转变为不能转变为丙酮酸。虽然有
4、研究显示，同位素标记的乙酰丙酮酸。虽然有研究显示，同位素标记的乙酰 Co A碳原子最终碳原子最终掺入到了葡萄糖分子中去，但其前提是必须向三羧酸循环中补掺入到了葡萄糖分子中去，但其前提是必须向三羧酸循环中补充如草酰乙酸等有机酸，而动物体内草酰乙酸又只能从糖代谢充如草酰乙酸等有机酸，而动物体内草酰乙酸又只能从糖代谢的中产物丙酮酸羧化后或其他氨基酸脱氨后得到。的中产物丙酮酸羧化后或其他氨基酸脱氨后得到。1.2.2 糖代谢与氨基酸代谢糖代谢与氨基酸代谢 糖糖分分解解代代谢谢的的中中间间产产物物，-酮酮酸酸可可以以作作为为“碳碳架架”，通通过转氨基或氨基化作用进而转变成非必需氨基酸。过转氨基或氨基化作用
5、进而转变成非必需氨基酸。但但是是当当动动物物缺缺乏乏糖糖的的摄摄入入（如如饥饥饿饿）时时，体体蛋蛋白白的的分分解解加加强强。已已知知组组成成蛋蛋白白质质的的20种种氨氨基基酸酸中中，除除赖赖氨氨酸酸和和亮亮氨氨酸酸以以外外，其其余余的的都都可可以以通通过过脱脱氨氨基基作作用用直直接接地地或或间间接接地地转转变变成成糖糖异异生生途途径径中中的的某某种种中中间间产产物物，再再沿沿异异生生途途径径合合成成糖糖，以以满满足足机机体体对葡萄糖的需要和维持血糖水平的稳定。对葡萄糖的需要和维持血糖水平的稳定。糖的供应不足，不仅非必需氨基酸合成减少，而且由于细胞糖的供应不足，不仅非必需氨基酸合成减少，而且由于
6、细胞的能量水平下降，使需要消耗大量高能磷酸化合物（的能量水平下降，使需要消耗大量高能磷酸化合物（ATP和和GTP）的蛋白质的合成速率受到明显抑制。的蛋白质的合成速率受到明显抑制。1.2.3 脂代谢与氨基酸代谢脂代谢与氨基酸代谢 所所有有氨氨基基酸酸，无无论论是是生生糖糖的的、生生酮酮的的，还还是是兼兼生生的的都都可可以以在在动动物物体体内内转转变变成成脂脂肪肪。生生酮酮氨氨基基酸酸可可以以通通过过解解酮酮作作用用转转变变成成乙乙酰酰CoA之之后后合合成成脂脂肪肪酸酸，生生糖糖氨氨基基酸酸既既然然能能异异生生成成糖糖，自自然然也也可可以以转转变变成成脂脂肪肪。此此外外，蛋蛋氨氨酸酸，丝丝氨氨酸酸
7、等等还还是是合合成成磷磷脂脂的的原原料。料。脂脂肪肪分分解解产产生生的的甘甘油油可可以以转转变变成成合合成成丙丙酮酮酸酸、丝丝氨氨酸酸等等非非必必需需氨基酸的碳骨架。氨基酸的碳骨架。但是在动物体内由脂肪酸合成氨基酸碳架结构的可能性不大。但是在动物体内由脂肪酸合成氨基酸碳架结构的可能性不大。因为脂酸分解生成的乙酰因为脂酸分解生成的乙酰 Co A进入三羧酸循环，再由循环中的进入三羧酸循环，再由循环中的中间产物形成氨基酸时，消耗了循环中的有机酸（中间产物形成氨基酸时，消耗了循环中的有机酸（-酮酸），酮酸），如无其他来源得以补充，反应则不能进行下去。因此，一般地如无其他来源得以补充，反应则不能进行下去
8、。因此，一般地说，动物组织不易利用脂肪酸合成氨基酸。说，动物组织不易利用脂肪酸合成氨基酸。1.2.4 核苷酸代谢与其他物质代谢核苷酸代谢与其他物质代谢 核苷酸不仅是核酸的基本组成单位，而且在调节代谢中也起核苷酸不仅是核酸的基本组成单位，而且在调节代谢中也起着重要作用。着重要作用。ATPATP是能量通用货币和转移磷酸基团的主要分子是能量通用货币和转移磷酸基团的主要分子，UTPUTP参与单糖的转变和多糖的合成，参与单糖的转变和多糖的合成，CTPCTP参与磷脂的合成，而参与磷脂的合成，而GTPGTP为为蛋白质多肽链的生物合成所必需。蛋白质多肽链的生物合成所必需。许多重要的辅酶辅基，如许多重要的辅酶辅
9、基，如Co ACo A、NADNAD、FADFAD等都是腺嘌呤核苷酸等都是腺嘌呤核苷酸的衍生物，参与酶的催化作用。环核苷酸，如的衍生物，参与酶的催化作用。环核苷酸，如cAMPcAMP，cGMPcGMP作为胞作为胞内信号分子（第二信使）参与细胞信号的传导。内信号分子（第二信使）参与细胞信号的传导。糖代谢为核苷酸合成提供了磷酸核糖（及脱氧核糖）和糖代谢为核苷酸合成提供了磷酸核糖（及脱氧核糖）和NADPHNADPH还原力。甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺等参与嘌呤和嘧啶环的合还原力。甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺等参与嘌呤和嘧啶环的合成，多种酶和蛋白因子参与了核酸的生物合成（复制和转录），成，多种酶和蛋白因子
10、参与了核酸的生物合成（复制和转录），糖、脂等燃料分子为核酸生物学功能的实现提供了能量保证。糖、脂等燃料分子为核酸生物学功能的实现提供了能量保证。糖糖、脂脂类类和和蛋蛋白白质质代代谢谢之之间间的的相相互互影影响响突突出出地地表表现现在在能能量量供供应应上上。动动物物各各种种生生理理活活动动所所需需要要的的能能量量约约7070以以上上是是由由糖糖供供应应的的。当当饲饲料料中中糖糖类类供供应应充充足足时时，机机体体以以糖糖作作为为能能量量的的主主要要来来源源，而而脂脂肪肪和和蛋蛋白白质质的的分分解解供供能能较较少少。糖糖的的供供应应量量超超过过机机体体的的需需要要时时，过过量量的的糖糖则则转转变变成
11、成脂脂肪肪作作为为能能量量储储备备。糖糖类类供供应应不不足足或或饥饥饿饿时时，一一方方面面糖糖的的异异生生作作用用加加强强，即即主主要要动动用用机机体体蛋蛋白白转转变变为为糖糖，另另一一方方面面动动员员脂脂肪肪分分解解供供能能。长长期期饥饥饿饿，体体内内脂脂肪肪分分解大大加快，甚至会出现酮血症。解大大加快，甚至会出现酮血症。在一般情况下，饲料蛋白质的主要营养作用是满足动物生在一般情况下，饲料蛋白质的主要营养作用是满足动物生长、修补和更新组织的需要。合成蛋白质需要能量，主要依靠长、修补和更新组织的需要。合成蛋白质需要能量，主要依靠糖，其次是脂肪供给。蛋白质合成代谢增强时，糖和脂肪，并糖，其次是脂
12、肪供给。蛋白质合成代谢增强时，糖和脂肪，并且首先是糖的分解代谢必然增强，除了提供所需要的能量外，且首先是糖的分解代谢必然增强，除了提供所需要的能量外，还可合成某些非必需氨基酸作为蛋白质合成的原料。可见，饲还可合成某些非必需氨基酸作为蛋白质合成的原料。可见，饲料中能源物质不足时，会影响蛋白质的合成。这是在动物饲养料中能源物质不足时，会影响蛋白质的合成。这是在动物饲养中必须注意的问题。中必须注意的问题。1.2.5 营养物质之间的相互影响营养物质之间的相互影响2 2 动物代谢调节的一般原理动物代谢调节的一般原理2.1 代谢调节的实质代谢调节的实质 恒态恒态(stable state)是机体代谢的基本
13、状态。恒态的破坏意味着疾病是机体代谢的基本状态。恒态的破坏意味着疾病或机体的死亡。机体通过代谢调节维持恒态。或机体的死亡。机体通过代谢调节维持恒态。代谢的调节主要是对酶进行调节，包括酶的活性和酶量。尤其是途径代谢的调节主要是对酶进行调节，包括酶的活性和酶量。尤其是途径中的中的关键酶关键酶（限速酶、调节酶），使他们的活性不致过高或过低，不会（限速酶、调节酶），使他们的活性不致过高或过低，不会缺乏也不会不适时表达，以保持整个机体的代谢以恒态的方式进行。缺乏也不会不适时表达，以保持整个机体的代谢以恒态的方式进行。代谢调节的实质，就是把体内的酶组织起来，在统一的指挥下，互相代谢调节的实质，就是把体内的
14、酶组织起来，在统一的指挥下，互相协作，以便使整个代谢过程适应生理活动的需要。协作，以便使整个代谢过程适应生理活动的需要。2.2 代谢调节的方式代谢调节的方式F细胞水平代谢调节细胞水平代谢调节F激素水平代谢调节激素水平代谢调节F整体水平代谢调节整体水平代谢调节2.2.1 细胞水平的调节细胞水平的调节酶的区室酶的区室化化 动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，称为酶的区室化。动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，称为酶的区室化。酶的区室化作用保证了代谢途径的定向和有序，也使合成途径和分解途酶的区室化作用保证了代谢途径的定向和有序，也使合成途径和分解途径彼此独立、分开进行。径彼此独立、分开进行。酶活性的
15、调节酶活性的调节 变构调节和共价修饰调节是对关键酶活性调节的两种主要方式。变构调节和共价修饰调节是对关键酶活性调节的两种主要方式。酶含量的调节酶含量的调节 细胞内的酶活性一般与其含量呈正相关。细胞内的酶活性一般与其含量呈正相关。2.2.2 激素水平的调节激素水平的调节激素通过血液到达其专一作用的组织和细胞，称为靶组织（激素通过血液到达其专一作用的组织和细胞，称为靶组织（target tissue）、靶细胞（）、靶细胞（target cell），与其特异的受体结合，引起细胞内），与其特异的受体结合，引起细胞内代谢的改变，于是引起生理效应。代谢的改变，于是引起生理效应。通过代谢中间物在细胞中传递信
16、息。通过代谢中间物在细胞中传递信息。2.2.3 整体水平的调节整体水平的调节3.细胞信号传导细胞信号传导 信号传导实现细胞之间的通讯联络，使多细胞生物对外界环境的信号传导实现细胞之间的通讯联络，使多细胞生物对外界环境的变化可以作出协同一致的反应。细胞信号的传导系统包括信号分子、变化可以作出协同一致的反应。细胞信号的传导系统包括信号分子、受体、第二信使分子、胞内的靶蛋白或靶酶等。受体、第二信使分子、胞内的靶蛋白或靶酶等。3.1 信号分子（信号分子（Signal molecules）激激 素素（胰岛素、肾上腺素等）（胰岛素、肾上腺素等）生长因子（生长激素、上皮生长因子等）生长因子（生长激素、上皮生
17、长因子等）细胞因子（白细胞介素、肿瘤坏死因子等）细胞因子（白细胞介素、肿瘤坏死因子等）神经递质（乙酰胆碱、神经递质（乙酰胆碱、5-羟色胺等）羟色胺等）气体分子（气体分子（NO等）等）3.2 受体（受体（receptor）是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒素、药物等）并与之结合的生物大分子。受体多位于膜上少部分在胞内。素、药物等）并与之结合的生物大分子。受体多位于膜上少部分在胞内。3.2.1 受体的特点受体的特点 亲和性亲和性与配体（与配体（ligand）有极高的亲和力有极高的亲和力 专一性专一性 存在于特定的细胞
18、和组织中，这些细胞或组织称为靶细胞、存在于特定的细胞和组织中，这些细胞或组织称为靶细胞、靶组织靶组织 效应性效应性与配体结合后引起生理效应与配体结合后引起生理效应3.2.2 受体的类型受体的类型 门控通道型受体（膜上）门控通道型受体（膜上）如乙酰胆碱受体如乙酰胆碱受体 G G蛋白偶联型受体（膜上）蛋白偶联型受体（膜上）如肾上腺素受体如肾上腺素受体 酪氨酸激酶型受体（膜上）酪氨酸激酶型受体（膜上）如生长激素受体如生长激素受体 DNADNA转录调节型受体（胞内）转录调节型受体（胞内）如雌激素受体如雌激素受体受体类型受体类型膜膜上上受受体体的的三三种种类类型型门控门控通道型通道型G G蛋白偶联型蛋白
19、偶联型酪氨酸激酶型酪氨酸激酶型分布极广，参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控分布极广，参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控3.3 G蛋白偶联型受体系统蛋白偶联型受体系统3.3.1 G蛋白蛋白全称为全称为全称为全称为GTPGTP结合调节蛋白，是结合调节蛋白，是结合调节蛋白，是结合调节蛋白，是位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，3个亚基组成，个亚基组成，结合结合GTP时，时，与与 分离，成为活性形分离，成为活性形式，而结合式，而结合GDP时，则与时，则与结结结结合成合成合成合成3 3聚体，成为非活性形式。聚体，成为非活
20、性形式。聚体，成为非活性形式。聚体，成为非活性形式。与与G G蛋白偶联的受体特点蛋白偶联的受体特点胞外胞外结合配体部分结合配体部分 胞内胞内与与G G蛋白作用部分蛋白作用部分 过膜过膜七段螺旋七段螺旋 蛋白激酶蛋白激酶A（PKA）途径途径 IP3-钙离子钙离子/钙调蛋白激酶途径钙调蛋白激酶途径 蛋白激酶蛋白激酶C途径途径3.3.2 由由G蛋白介导可激活一些信号传导途径蛋白介导可激活一些信号传导途径配体与受体结合配体与受体结合交换交换GTP/GDPGTP/GDP（G G蛋白活化）蛋白活化）结合并激活结合并激活ACAC（腺苷酸环化酶）腺苷酸环化酶）生成生成cAMPcAMP（第二信使）第二信使）激活
21、激活PKAPKA 发挥作用发挥作用 蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)A(PKA)途径途径（cAMP-PKA途径）途径）第二信使第二信使cAMPcAMP激活激活蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)A(PKA)的机制的机制 由蛋白激酶由蛋白激酶A激活酶的级联放大系统分解肌糖原激活酶的级联放大系统分解肌糖原 IP3-钙离子钙离子/钙调蛋白激酶途径钙调蛋白激酶途径 蛋白激酶蛋白激酶C途径途径第二信使第二信使 IP3 和和DG的产生的产生 酸蛋白激酶受体的结构特点酸蛋白激酶受体的结构特点 胞外为结合配体部分（类似免胞外为结合配体部分（类似免疫球蛋白的结构），胞内为催化结疫球蛋白的结构），胞内为催化结构域，由单股螺旋过膜。与配体结构域，由单股螺旋过膜。与配体结合促进受体二聚化。激活的受体有合促进受体二聚化。激活的受体有自催化作用，使其酪氨酸磷酸化，自催化作用，使其酪氨酸磷酸化，再进而引起胞内的级联放大效应。再进而引起胞内的级联放大效应。许多与细胞生长、分裂和分化许多与细胞生长、分裂和分化有关的生长因子在细胞膜表面的受有关的生长因子在细胞膜表面的受体具有酪氨酸蛋白激酶（体具有酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活的活性。性。3.4 受体酪氨酸蛋白激酶（受体酪氨酸蛋白激酶（TPK）途径途径3.5 DNA转录调节型受体系统转录调节型受体系统 本章结束本章结束