13第十二章 物质代谢的整合与调节 - 图文

第十二章 物质代谢的整合与调节

框12-1代谢整体性认识的形成和发展

1941年F. Lipmann提出ATP循环学说,1948年E. Kennedy和A. Lehninger发现电子传递链，确立了物质代谢与能量代谢的联系。20世纪上叶，科学家在解析物质分解、合成代谢途径时，结合酶促反应机制，揭示了底物、代谢产物对代谢的调节作用。1922年F. G. Banting发现胰岛素，其他激素也陆续被发现。1939年A. V. Schally发明放射免疫分析技术，该技术及其他相关技术的应用促进了激素作用机制研究，揭示了神经一激素在物质代谢调节中的核心地位。1963年Monod等提出的别构调节和1979年E. G. Krebs和J. A. Beavo提出的化学修饰调节理论将酶活性调节与激素等的信号转导途径相联系。至20世纪80-90年代，大量的科学研究发现将机体内外环境刺激、神经内分泌改变、细胞信号转导、酶／蛋白质结构变化、基因表达改变、物质及能量代谢变化联系在一起，形成复杂的代谢及其调节网络。随着当代“组学”研究的开展，将会更加深入地认识机体组织器官之间、各种物质代谢之间的联系和协调及其随内外环境变化而变化的规律。

第一节物质代谢的特点

一、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。事实上，人类摄取的食物，无论动物性或植物性食物均同时含有蛋白质、脂类、糖类、水、无机盐及维生素等，从消化吸收开始、经过中间代谢、到排泄，这些物质的代谢都是同时进行的，且互有联系、相互依存。如糖、脂在体内氧化释出的能量可用于核酸、蛋白质等的生物合成，各种酶蛋白合成后又催化糖、脂、蛋白质等物质代谢按机体的需要顺利进行。

二、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。这就需要对这些物质的代谢方向、速度和强度进行精细调节。正是有了这种精细的调节机制，机体能够适应各种内外环境的变化，顺利完成各种生命活动。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。

三、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。因

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而在这些组织、器官的细胞中形成了特定的酶谱，即不同的酶系种类和含量，使这些组织、器官除了具有一般的基本代谢外，还具有特点鲜明的代谢途径，以适应相应的功能需要。如肝是人体代谢的中枢器官，在糖、脂、蛋白质代谢中均具有重要的特殊作用。将能量以脂肪形式储存是脂肪组织的重要功能，所以脂肪组织含有脂蛋白脂酶及特有的激素敏感甘油三酶脂肪酶，既能将血循环中的脂肪水解，用于合成脂肪细胞内的脂肪而储存；也能在机体需要时进行脂肪动员，释放脂肪酸供其他组织利用。

四、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，同样地进入各种代谢途径进行代谢。如血液中的葡萄糖，无论是从食物中消化吸收的、肝糖原分解产生的、氨基酸转变产生的或是由甘油转化生成的，都形成共同的血糖池，在机体需要能量时，均可在各组织进行有氧氧化或无氧酵解，释放出能量供机体利用。

五、ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式

机体的各种生命活动如生长、发育、繁殖、修复、运动，包括各种生命物质的合成等均需要能量。人体能量的来源是营养物质，但糖、脂、蛋白质中的化学能不能直接用于各种生命活动，机体需氧化分解营养物质，释放出化学能，并将其大部分储存在可供各种生命活动直接利用的ATP中。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。

六、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。体内这种还原当量的主要提供者是NADPH，它主要来源于葡萄糖的磷酸戊糖途径。所以，NADPH能将氧化反应和还原反应联系起来，将物质的氧化分解与还原性合成联系起来，将不同的还原性合成联系起来。如葡萄糖经磷酸戊糖途径分解生成的NADPH，可为乙酰辅酶A合成脂肪酸和胆固醇提供还原当量。

第二节物质代谢的相互联系

一、各种能量物质的代谢相互联系相互制约

糖、脂及蛋白质是人体的主要能量物质，虽然这三大营养物质在体内分解氧化的代谢途径各不相同，但都有共同的中间代谢物乙酰辅酶A。柠檬酸循环和氧化磷酸化是糖、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。

从能量供应角度看，三大营养物质可以互相补充，但也互相制约。一般情况下，供能以糖及脂为主，并尽量减少蛋白质的消耗。这不仅因为动物及人摄取的食物中以糖类最多，占总热量的50%一70%；脂肪摄入量虽然不是最多，占总热量的10%一40%，但它是机体储能的主要形式，可达体重的20%或更多（肥胖者可达30%一40%）；还因为蛋白质是机体最重要的组成成分，通常无多余储存。在疾病不能进食或无食物供给时，为保证血糖恒定，肝糖异生增强，蛋白质分解加强。如饥饿持续（3-4周），长期糖异生增强使蛋白质大量分解，势必威胁生命，故机体通过调节作用转向以保存蛋白质为主，体内各组织以脂肪酸及酮体为主要能源，蛋白质的分

256 第二篇 物质代谢及其调节 解明显降低。

糖、脂、蛋白质都通过柠檬酸循环和氧化磷酸化彻底氧化供能，任一供能物质的分解代谢占优势，常能抑制其他供能物质的氧化分解。如脂肪分解增强，生成ATP增多，ATP/ADP比值增高，可别构抑制糖分解代谢关键酶一一磷酸果糖激酶活性，抑制糖分解代谢。若葡萄糖氧化分解增强使ATP增多时，可抑制异柠檬酸脱氢酶活性，导致柠檬酸堆积；后者透出线粒体，激活乙酰辅酶A羧化酶，促进脂肪酸合成、抑制脂肪酸分解。

二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系

体内糖、脂、蛋白质和核酸等的代谢不是彼此孤立的，而是通过共同的中间代谢物、柠檬酸循环和生物氧化等彼此联系、相互转变（图12-1）。一种物质代谢障碍可引起其他物质代谢的紊乱，如糖尿病时糖代谢的障碍，可引起脂代谢、蛋白质代谢甚至水盐代谢紊乱。

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（一）葡萄糖可转变为脂肪酸

当摄入的葡萄糖超过体内需要时，除合成少量糖原储存在肝及肌外，葡萄糖氧化分解过程中生成的柠檬酸及最终产生的ATP增多，可别构激活乙酰辅酶A羧化酶，使葡萄糖分解产生的乙酰辅酶A羧化成丙二酸单酰辅酶A，进而合成脂肪酸及脂肪。这样，可把葡萄糖转变成脂肪储存于脂肪组织。所以，摄取不含脂肪的高糖膳食过多，也能使人血浆甘油三酯升高，并导致肥胖。但是，脂肪分解产生的脂肪酸不能在体内转变为葡萄糖，因为脂肪酸分解生成的乙酰辅酶A不能逆行转变为丙酮酸。尽管脂肪分解产生的甘油可以在肝、肾、肠等组织甘油激酶的作用下转变成磷酸甘油，进而转变成糖，但与脂肪中大量脂肪酸分解生成的乙酰辅酶A相比，其量极少。此外，脂肪酸分解代谢能否顺利进行及进行的强度，还依赖于糖代谢状况。当饥饿或糖供给不足或糖代谢障碍时，尽管脂肪可以大量动员，并在肝β-氧化生成大量酮体，但由于糖代谢不能满足相应的需要，草酰乙酸生成相对或绝对不足，大量酮体不能进入柠檬酸循环氧化，在血中蓄积，造成高酮血症。 （二）葡萄糖与大部分氨基酸可以相互转变

组成人体蛋白质的20种氨基酸中，除生酮氨基酸（亮氨酸、赖氨酸）外，都可通过脱氨作用，生成相应的α-酮酸。这些α-酮酸可转变成某些能进入糖异生途径的中间代谢物，循糖异生途径转变为葡萄糖。如丙氨酸经脱氨基作用生成的丙酮酸，可异生为葡萄糖。精氨酸、组氨酸、脯氨酸可先转变成谷氨酸，进一步脱氨生成α一酮戊二酸，再经草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸异生为葡萄糖。葡萄糖代谢的一些中间代谢物，如丙酮酸、α一酮戊二酸、草酰乙酸等也可氨基化生成某些非必需氨基酸。但苏、甲硫、赖、亮、异亮、缬、苯丙及色氨酸等8种氨基酸不能由糖代谢中间物转变而来。总之，20种氨基酸除亮氨酸及赖氨酸外均可转变为糖，而糖代谢中间代谢物仅能在体内转变成12种非必需氨基酸。

（三）氨基酸可转变为多种脂质但脂质几乎不能转变为氨基酸

体内的氨基酸，无论是生糖、生酮（亮氨酸、赖氨酸），还是生酮兼生糖氨基酸（异亮、苯丙、色、酪、苏氨酸），均能分解生成乙酰辅酶A，经还原缩合反应可合成脂肪酸，进而合成脂肪。氨基酸分解产生的乙酰辅酶A也可用于合成胆固醇。氨基酸还可作为合成磷脂的原料，如丝氨酸脱羧可变为胆胺，胆胺经甲基化可变为胆碱。丝氨酸、胆胺及胆碱分别是合成丝氨酸磷脂、脑磷脂及卵磷脂的原料。所以，氨基酸能转变为多种脂质。但脂肪酸、胆固醇等脂质不能转变为氨基酸，仅脂肪中的甘油可异生成葡萄糖，转变为某些非必需氨基酸，但量很少。

（四）一些氨基酸、磷酸戊糖是合成核苷酸的原料。

嘌呤碱从头合成需要甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺及一碳单位为原料；嘧啶碱从头合成需要天冬氨酸、谷氨酰胺及一碳单位为原料。一碳单位是一些氨基酸在分解过程中产生的。这些氨基酸可直接作为核苷酸合成的原料、也可转化成核昔酸合成的原料。核苷酸中的另一成分磷酸戊糖是葡萄糖经磷酸戊糖途径分解的重要产物。所以，葡萄糖和一些氨基酸可在体内转化为核酸分子的组成成分。

第三节 肝在物质代谢中的作用

肝具有特殊的组织结构和组织化学构成，是物质代谢的核心器官。第一，有肝动脉、门静脉双重血液供应，既接受来自肺的丰富O2和其他组织、器官的代谢产物，也接受来自消化道的大量营养物质。第二，有肝静脉和胆道两大输出系统，既向其他组织、器官输出代谢产物，也向消化道排出代谢产物、毒物。第三，有丰富的血窦，血流缓慢，与肝细胞接触面积大、时间长，有利于物质交换。第四，细胞内酶的种类多、含量大，有些酶为肝特有。

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一、肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官 （一）肝内生成的葡糖-6-磷酸是糖代谢的枢纽

肝细胞膜葡糖转运蛋白2（glucose transporter 2, GLUT72)能有效转运葡萄糖，使其在肝细胞内的浓度与血液几乎相等。肝葡糖激酶（glucokinase）的Km比肝外组织己糖激酶（HK）高得多，活性不受其催化产物葡糖-6-磷酸抑制，有利于在高浓度葡萄糖时将过多的葡萄糖转化成葡糖-6-磷酸、用于肝糖原合成，在葡萄糖浓度较低时减少对葡萄糖的利用、抑制肝糖原合成，维持血糖恒定。血糖继续降低，肝糖原分解加强，产生的葡糖-6-磷酸在肝葡糖-6-磷酸酶的作用下，释放出葡萄糖补充血糖，以维持血糖恒定。血糖高时，葡糖-6-磷酸还可在肝转变为脂肪，以VLDL形式输出，储存于脂肪组织。肝受损时，肝糖原合成和分解能力及转化糖的能力降低，可出现耐糖能力下降，餐后高血糖、饥饿低血糖等症候。

肝葡糖-6-磷酸还是葡萄糖、果糖、半乳糖和甘露糖互变的枢纽物质。通过葡糖-6-磷酸，小肠吸收的其他单糖可在肝内转变为葡萄糖．葡萄糖也可转变为其他单糖。

（二）肝是糖异生的主要场所

虽然肝糖原分解可补充血糖，但肝糖原储存有限（占肝重的10%，<150g）肝糖原分解仅能持续16-24小时。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。即使在正常情况下，每日经糖异生途径将氨基酸、乳酸等转变的葡萄糖仍可达80~160g。

二、肝在脂质代谢中占据中心地位

（一）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。

（二）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，部分经份氧化彻底分解，释放能量供肝利用；剩余部分用于合成甘油三酯。饱食状态下肝合成的甘油三酯，与来自消化道的外源性和肝自身合成的胆固醇、磷脂一起，组装成VLDL，分泌入血，经血液运输至肝外组织利用。这样，肝有效协调肝脂肪酸氧化供能和酶化合成甘油三酯两条途径。

饥饿时，机体进行脂肪动员，将脂肪组织甘油三酯水解，释放出脂肪酸，经血液运输至肝代谢。肝细胞将这些脂肪酸p一氧化，产生的大量乙酞辅酶A，部分经柠檬酸循环彻底氧化，释放能量供肝利用；其余大部分乙酰辅酶A在肝细胞内合成酮体释放人血，供肝外组织摄取利用。可见，饥饿时，肝脂肪酸β一氧化产生的大量乙酰辅酶A有两条去路，一是彻底氧化供能，二是生成酮体。肝在协调这两条去路中具有重要的作用。

肝合成分泌的载脂蛋白C II是肝外组织毛细血管内皮细胞脂蛋白脂肪酶必不可少的激活剂，在血浆乳糜微粒甘油三酯和VLDL甘油三酯代谢中具有不可或缺的作用。 （三）肝是维持机体胆固醇平衡的主要器官

肝是合成胆固醇最活跃的器官，合成量占全身合成总量的3/4以上，是空腹血浆胆固醇的主要来源。肝又是转化及排出胆固醇的器官。肝能通过apo E受体,LDL受体和HDL受体，从血液中摄取外源性胆固醇、内源性胆固醇和肝外组织细胞多余胆固醇，将其转化成胆汁酸，经胆

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化，释放催化亚基，使其发挥催化作用。cAMP激活cAMP依赖的蛋白激酶通过这种机制实现。其二，别构效应剂与调节亚基结合，能引起酶分子三级和（或）四级结构在“T\构象（紧密态、无活性／低活性）与“R\构象（松弛态、有活性／高活性）之间互变，从而影响酶活性。氧对脱氧血红蛋白构象变化的影响通过该机制实现。

3.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 别构调节具有重要的生理意义。别构效应剂可能是酶的底物，也可能是酶体系的终产物，或其他小分子代谢物。它们在细胞内浓度的改变能灵敏地反映相关代谢途径的强度和相应的代谢需求，并使关键酶构象改变影响酶活性，从而调节相应代谢的强度、方向，以协调相关代谢、满足相应代谢需求。

代谢终产物堆积表明其代谢过强，超过了需求，常可使其代谢途径的关键酶受到别构抑制，即反馈抑制（feedback inhibition），从而降低整个代谢途径的强度，避免产生超过需要的产物。如长链脂酞辅酶A可反馈抑制乙酞辅酶A羧化酶，使代谢物的生成不致过多。别构调节可使机体根据需求生产能量，避免生产过多造成浪费。如ATP可别构抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶及柠檬酸合酶，从而抑制糖酵解、有氧氧化及柠檬酸循环，使ATP的生成不致过多，以免造成浪费。

一些代谢中间产物可别构调节相关的多条代谢途径的关键酶，使这些代谢途径之间能协调进行。如在能量供应充足时，葡糖一6一磷酸抑制糖原磷酸化酶，阻断糖原分解以抑制糖酵解及有氧氧化，避免ATP产生过多；同时葡糖一6一磷酸激活糖原合成酶，使过剩的磷酸葡萄糖合成糖原储存。再如，柠檬酸循环活跃时，异柠檬酸增多，ATP/ADP比例增加，ATP可别构抑制异柠檬酸脱氢酶、异柠橡酸别构激活乙酸辅酶A羧化酶，从而抑制柠檬酸循环，增强脂肪酸合成。

（四）化学修饰调节通过酶促共价修饰调节酶活性

1．酶促共价修饰有多种形式 酶蛋白肽链上某些氨基酸残基侧链可在另一酶的催化下发生可逆的共价修饰，从而改变酶活性。酶的化学修饰主要有磷酸化与去磷酸化、乙酰化与去乙酰化、甲基化与去甲基化、腺苷化与去腺苷化及SH与一S-S一互变等，其中磷酸化与去磷酸化最多见（表12-5）。酶蛋白分子中丝氨酸、苏氨酸及酪氨酸的羟基是磷酸化修饰的位点，在蛋白激酶催化下，由ATP提供磷酸基及能量完成磷酸化；去磷酸化是磷蛋白磷酸酶（phosphoproteinphosphatase )催化的水解反应。酶的磷酸化与去磷酸化反应是不可逆的，分别由蛋白激酶及磷酸酶催化（图12-2）。

2.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

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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。

（五）通过改变细饱内醉含且调节酶活性

除改变酶分子结构外，改变酶含量也能改变酶活性，是重要的代谢调节方式。酶含量调节通过改变其合成或（和）降解速率实现，消耗ATP较多，所需时间较长，通常要数小时甚至数日，属迟缓调节。

1．诱导或阻遏酶蛋白甚因表达调节酶含量 酶的底物、产物、激素或药物可诱导或阻遏酶蛋白基因的表达。诱导剂或阻遏剂在酶蛋白生物合成的转录或翻译过程中发挥作用，影响转录较常见。体内也有一些酶，其浓度在任何时间、任何条件下基本不变，几乎恒定。这类酶称为组成（型）酶（constitutive enzyme ) ,如3-磷酸甘油醛脱氢酶( glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase,GAPDH），常作为基因表达变化研究的内参照（internal control）。

诱导剂经常是底物或类似物，如蛋白质摄人增多时，氨基酸分解代谢加强，鸟氨酸循环底物增加，可诱导参与鸟氨酸循环的酶合成增加。鼠饲料中蛋白质含量从8%增加至70%，鼠肝精氨酸酶活性可增加2一3倍。阻遏剂经常是代谢产物，如HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的关键酶，在肝内的合成可被胆固醇阻遏。但肠黏膜细胞中胆固醇的合成不受胆固醇的影响，摄取高胆固醇膳食，血胆固醇仍有升高的危险。很多药物和毒物可促进肝细胞微粒体单加氧酶（或混合功能氧化酶）或其他一些药物代谢酶的诱导合成，虽然能使一些毒物解毒，但也能使药物失活，产生耐药。

诱导和阻遏普遍存在于生物界，但高等动物和人体内，由于蛋白质合成变化与激素调节、细胞信号传递偶联在一起，形成复杂的基因表达调控网络，单纯的代谢物水平诱导或阻遏不如微生物体内重要。

2.改变酶蛋白降解速度调节酶含量 改变酶蛋白分子的降解速度是调节酶含量的重要途径。细胞内酶蛋白的降解与许多非酶蛋白质的降解一样，有两条途径。溶酶体（lysosome）蛋白水解酶可非特异降解酶蛋白质，酶蛋白质的特异性降解通过ATP依赖的泛素一蛋白酶体（protea-some）途径完成。凡能改变或影响这两种蛋白质降解机制的因素均可主动调节酶蛋白的降解速度，进而调节酶含量。

266 第二篇 物质代谢及其调节

二、激素通过特异受体调节物质代谢

激素能与特定组织或细胞（即靶组织或靶细胞）的受体（receptor）特异结合，通过一系列细胞信号转导反应，引起代谢改变，发挥代谢调节作用。由于受体存在的细胞部位和特性不同，激素信号的转导途径和生物学效应也有所不同。 （一）膜受体激素通过跨膜信号转导调节物质代谢

膜受体是存在于细胞质膜上的跨膜蛋白，与膜受体特异结合发挥作用的激素包括胰岛素﹑生长激素、促性腺激素、促甲状腺激素、甲状旁腺素、生长因子等蛋白质、肤类激素，及肾上腺素等儿茶酚胺类激素。这些激素亲水，不能透过脂双层构成的细胞质膜，而是作为第一信使分子与相应的靶细胞膜受体结合后，通过跨膜传递将所携带的信息传递到细胞内，由第二信使将信号逐级放大，产生代谢调节效应。

（二）胞内受体激素通过激素一胞内受体复合物改变基因表达、调节物质代谢 胞内受体激素包括类固醇激素、甲状腺素1,25-（OH）2-D3及视黄酸等，为疏水激素，可透过脂双层的细胞质膜进入细胞，与相应的胞内受体结合。大多数胞内受体位于细胞核内，与相应激素特异结合形成激素受体复合物后，作用与DNA的特定序列即激素反应元件（hormone

response element, HRE )，改变相应基因的转录，促进（或阻遏）蛋白质或酶的合成，调节细胞内

酶含量，从而调节细胞代谢。存在于胞质的胞内受体与激素结合后，形成的激素一受体复合物进入核内，同样作用于激素反应元件，通过改变相应基因的表达发挥代谢调节作用。

三、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

高等动物包括人的各组织器官高度分化，具有各自的功能和代谢特点。维持机体的正常功能、适应机体各种内外环境的改变，不仅需要在各组织器官的细胞内各种物质代谢彼此协调，在细胞水平上保持代谢平衡，还必须协调各组织器官之间的各种物质代谢。这就需要在神经系统主导下，调节激素释放，并通过激素整合不同组织器官的各种代谢，实现整体调节，以适应饱食、空腹、饥饿、营养过剩、应激等状态，维持整体代谢平衡。

（一）饱食状态下机体三大物质代谢与膳食组成有关 通常情况下，人体摄人的膳食为混合膳食，经消化吸收后的主要营养物质以葡萄糖、氨基酸和CM形式进入血液，体内胰岛素水平中度升高。饱食状态下机体主要分解葡萄糖，为机体各组织器官供能。未被分解的葡萄糖，部分在胰岛素作用下，在肝合成肝糖原、在骨骼肌合成肌糖原贮存；部分在肝内转换为丙酮酸、乙酞辅酶A，合成甘油三酯，以VLDL形式输送至脂肪等组织。吸收的葡萄糖超过机体糖原贮存能力时，主要在肝大量转化成甘油三醋，由VLDL运输至脂肪组织贮存。吸收的甘油三醋部分经肝转换成内源性甘油三醋，大部分输送到脂肪组织、骨骼肌等转换、储存或利用。

人体摄人高糖膳食后，特别是总热量的摄人又较高时，体内胰岛素水平明显升高，胰高血糖素降低。在胰岛素作用下，小肠吸收的葡萄糖部分在骨骼肌合成肌糖原、在肝合成肝糖原和甘油三酯，后者输送至脂肪等组织储存；大部分葡萄糖直接被输送到脂肪组织、骨骼肌、脑等组织转换成甘油三醋等非糖物质储存或利用。

进食高蛋白膳食后，体内胰岛素水平中度升高，胰高血糖素水平升高。在两者协同作用下，肝糖原分解补充血糖、供应脑组织等。由小肠吸收的氨基酸主要在肝通过丙酮酸异生为葡萄糖，供应脑组织及其他肝外组织；部分氨基酸转化为乙酞辅酶A，合成甘油三醋，供应脂肪组织等肝外组织；还有部分氨基酸直接输送到骨骼肌。

进食高脂膳食后，体内胰岛素水平降低，胰高血糖素水平升高。在胰高血糖素作用下，肝糖原分解补充血糖、供给脑组织等。肌组织氨基酸分解，转化为丙酮酸，输送至肝异生为葡萄糖，

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供应血糖及肝外组织。由小肠吸收的甘油三酯主要输送到脂肪、肌组织等。脂肪组织在接受吸收的甘油三酯同时，也部分分解脂肪生成脂肪酸，输送到其他组织。肝氧化脂肪酸，产生酮体，供应脑等肝外组织。

（二）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

空腹通常指餐后12小时以后。此时体内胰岛素水平降低，胰高血搪素升高。事实上，在胰高血糖素作用下，餐后6-8小时肝糖原即开始分解补充血糖，主要供给脑，兼顾其他组织需要。餐后16-24小时，尽管肝糖原分解仍可持续进行，但由于肝糖原即将耗尽，能用于分解的糖原已经很少，所以肝糖原分解水平较低，主要靠糖异生补充血糖。同时，脂肪动员中度增加，释 放脂肪酸供应肝、肌等组织利用。肝氧化脂肪酸，产生酮体，主要供应肌组织。骨骼肌在接受脂 肪组织输出的脂肪酸同时，部分氨基酸分解，补充肝糖异生的原料。

（三）饥饿时机体主要氧化分解脂肪供能

1.短期饥俄后箱权化供能减少而脂肪动员加强短期饥饿通常指1 -3天未进食。由于进 食24小时后肝糖原基本耗尽，短期饥饿使血糖趋于降低，血中甘油和游离脂肪酸明显增加，氨基酸增加；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—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150g/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，释放人血的氨基酸增加。骨骼肌蛋白质分解的氨基酸大部分转变为丙氨酸和谷氨酞胺释放人血。

2.长期饥饿可造成器官损害甚至危及生命 长期饥饿指未进食3天以上，通常在饥饿4- 7天后，机体就发生与短期饥饿不同的改变。

（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，以保证酮体优先供应脑。

(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，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。

按理论计算，正常人脂肪储备可维持饥饿长达3个月的基本能量需要。但由于长期饥饿使脂肪动员加强，大量产生酮体，可导致酸中毒。加之蛋白质的分解，缺乏维生素、微量元素蛋白质的补充等，长期饥饿可造成器官损害甚至危及生命。

（四）应激使机体分解代谢加强

应激（stress）是机体对特殊内外环境刺激做出一系列反应的“紧张状态”，这些刺激包括中毒、感染、发热、创伤、疼痛、大剂量运动或恐惧等。应激反应可以是“一过性”的，也以是持续性的。应激状态下，交感神经兴奋，肾上腺髓质、皮质激素分泌增多，血浆胰高血糖素、生长激素水平增加，而胰岛素分泌减少，引起一系列代谢改变

268 第二篇 物质代谢及其调节

1．应激使血糖升高应激状态下肾上腺素、胰高血糖素分泌增加，激活糖原磷酸化酶，促进肝糖原分解。同时，肾上腺皮质激素、胰高血糖素又可使糖异生加强；肾上腺皮质激素、生长激素使外周组织对糖的利用降低。这些激素的分泌改变均可使血糖升高，对保证大脑、红细胞的供能有重要意义。

2.应激使脂肪动员增强血浆游离脂肪酸升高，成为心肌、骨骼肌及肾脏等组织主要能量来源。

3.应激使蛋白质分解加强骨骼肌释出丙氨酸等增加，氨基酸分解增强，尿素生成及尿氮排出增加，机体呈负氮平衡。

总之，应激时糖、脂、蛋白质／氨基酸分解代谢增强，合成代谢受到抑制，血中分解代谢中间产物，如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、乳酸、尿素等含量增加（表12-6）。

（五）肥胖是多因素引起物质和能量代谢失衡的结果

1.肥胖是多种重大慢性疾病的危险因素肥胖人群动脉粥样硬化、冠心病、中风、糖尿病、高血压等疾病的风险显著高于正常人群，是这些疾病的主要危险因素之一。不仅如此，肥胖还与痴呆、脂肪肝病、呼吸道疾病和某些肿瘤的发生相关。现代医学将与心血管病、2型糖尿病发病相关的多种危险因素共存的症候群称为“代谢综合征’（metabolic syndrome），可表现为体脂、尤其是腹部脂肪过剩，高血压，胰岛素耐受，血浆胆固醇水平升高以及血浆脂蛋白异常等。这些危险因素的聚集，会大幅度增加心脏病、中风和糖尿病等的发病风险。

2.较长时间的能，摄入大于消耗导致肥胖过剩能量以脂肪形式储存是肥胖的基本原因， 它源于神经内分泌改变引起的异常摄食行为和运动减少，涉及遗传、环境、膳食、运动等多种因素及复杂的分子机制。正常情况下，当能量摄人大于消耗、机体将过剩的能量以脂肪形式储存于脂肪细胞过多时，脂肪组织就会产生反馈信号作用于摄食中枢，调节摄食行为和能量代谢，不会产生持续性的能量摄人大于消耗。一旦这个神经内分泌机制失调，就会引起摄食行为、物质和能量代谢障碍，导致肥胖。

（1)抑制食欲激素功能障碍引起肥胖：食欲受一些激素调节。脂肪组织体积增加刺激瘦蛋

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