微生物学代谢总论.ppt

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1、微生物学代谢总论现在学习的是第1页，共30页新者陈新者陈,陈乃谢陈乃谢,新陈恒代谢新陈恒代谢生则化生则化,化者生化者生,生化即化生生化即化生现在学习的是第2页，共30页物质代谢的特点物质代谢的特点 2、动态平衡，以防止中间产物的堆积和缺乏、动态平衡，以防止中间产物的堆积和缺乏 4、代谢调节与协调、代谢调节与协调 5、组织、器官的代谢各有特色，相互配合形成整体、组织、器官的代谢各有特色，相互配合形成整体 6、ATP是机体能量利用的共同形式是机体能量利用的共同形式 7、NADPH是合成代谢所需的还原当量是合成代谢所需的还原当量 3、代谢联系构成代谢网络、代谢联系构成代谢网络 1、共有的代谢池共有的

2、代谢池 8、以糖和脂肪为主要供能物质，节约蛋白质以糖和脂肪为主要供能物质，节约蛋白质 9、存在两用代谢途径，简化机构存在两用代谢途径，简化机构现在学习的是第3页，共30页第一节第一节 新陈代谢的概念和研究方法新陈代谢的概念和研究方法物质代谢的概念物质代谢的概念新陈代谢（新陈代谢（metabolism）是机体与外界环境是机体与外界环境不断进行物质交换的过程。不断进行物质交换的过程。基础代谢（基础代谢（basal metabolism）是指人体在是指人体在清醒而安静的状态中，同时又没有食物的消化与吸清醒而安静的状态中，同时又没有食物的消化与吸收作用的情况下，并处于适宜温度，所消耗的能量收作用的情况

3、下，并处于适宜温度，所消耗的能量。现在学习的是第4页，共30页物质代谢的研究方法物质代谢的研究方法同位素示踪法：同位素示踪法：常用同位素的放射性及其半衰期常用同位素的放射性及其半衰期现在学习的是第5页，共30页致突变法：致突变法：现在学习的是第6页，共30页第二节第二节 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系一、枢纽性中间产物可以沟通不同的代谢通路一、枢纽性中间产物可以沟通不同的代谢通路 2、糖、核苷酸代谢的交汇点：、糖、核苷酸代谢的交汇点：5磷酸核糖（磷酸核糖（5C）3、糖、甘油代谢的交汇点：磷酸二羟丙酮（、糖、甘油代谢的交汇点：磷酸二羟丙酮（3C）4、糖、脂、氨基酸分解代谢的交汇点：乙酰辅酶

4、、糖、脂、氨基酸分解代谢的交汇点：乙酰辅酶A（2C）5、氨基酸、核苷酸代谢的交汇点：一碳单位（、氨基酸、核苷酸代谢的交汇点：一碳单位（1C）1、糖酵解、异生、有氧氧化、磷酸戊糖途径及糖原代谢、糖酵解、异生、有氧氧化、磷酸戊糖途径及糖原代谢的交汇点：的交汇点：6磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（6C水平）水平）6、3个重要氨基酸与糖代谢的交汇点：个重要氨基酸与糖代谢的交汇点：Asp-草酰乙酸草酰乙酸（4C）；）；Glu-酮戊二酸酮戊二酸(5C)；Ala-丙酮酸丙酮酸(3C)现在学习的是第7页，共30页 1、糖是良好的碳源，可转变为：脂肪、氨基酸、胆固醇等、糖是良好的碳源，可转变为：脂肪、氨基酸、胆固醇等.

5、但一般不能转变为酮体但一般不能转变为酮体 2、偶数碳原子的脂肪酸不能转变为葡萄糖、偶数碳原子的脂肪酸不能转变为葡萄糖 3、生糖、生酮、生糖兼生酮的氨基酸、生糖、生酮、生糖兼生酮的氨基酸 5、两用代谢途径在物质转变中具有重要意义、两用代谢途径在物质转变中具有重要意义 7、奇数碳原子脂肪酸代谢与糖代谢的交汇点：琥珀酰、奇数碳原子脂肪酸代谢与糖代谢的交汇点：琥珀酰辅酶辅酶A(4C)、乙酰辅酶、乙酰辅酶A(2C)6、3个重要氨基酸的代谢转变：个重要氨基酸的代谢转变：Asp；Glu；Ala二、不同物质之间的代谢转变二、不同物质之间的代谢转变 4、磷酸戊糖途径可实现、磷酸戊糖途径可实现3、4、5、6、7C

6、的转变的转变现在学习的是第8页，共30页 1、糖类、脂类是人体的主要供能物质、糖类、脂类是人体的主要供能物质 2、糖类在动物供能中的优势、糖类在动物供能中的优势 3、脂肪是良好的能量储存形式，相同碳原子的脂肪酸氧、脂肪是良好的能量储存形式，相同碳原子的脂肪酸氧化分解时提供的化分解时提供的ATP最多最多 三、能量代谢的共性三、能量代谢的共性 4、ATP在能量代谢中的中心作用在能量代谢中的中心作用 四、细胞内、间的代谢联系四、细胞内、间的代谢联系 1、细胞器之间的代谢分工及合作、细胞器之间的代谢分工及合作 2、器官之间的代谢分工及合作、器官之间的代谢分工及合作 现在学习的是第9页，共30页现在学习

7、的是第10页，共30页现在学习的是第11页，共30页n生物体内的代谢不是孤立，各行其是进生物体内的代谢不是孤立，各行其是进行的，即相互联系转化，协调一致，又行的，即相互联系转化，协调一致，又互相限制制约。体内代谢能保持这种动互相限制制约。体内代谢能保持这种动态的平衡，应归功与它的精确的调节机态的平衡，应归功与它的精确的调节机构。构。1、细胞水平的调节、细胞水平的调节-通过对通过对细胞内细胞内酶的调节来实现酶的调节来实现 2、激素水平的调节、激素水平的调节-协调不同协调不同细胞间细胞间及组织与器官之间的代谢及组织与器官之间的代谢。3、整体水平的调节、整体水平的调节-在在神经神经系统参与下由酶和激

8、素共同构系统参与下由酶和激素共同构成的调节成的调节网络网络。第三节第三节 代谢调控总论代谢调控总论现在学习的是第12页，共30页一、细胞水平的调节一、细胞水平的调节 细胞水平的调节即是酶的调节，它是一切代谢调节的基础，细胞水平的调节即是酶的调节，它是一切代谢调节的基础，酶的调节包括三方面：酶的调节包括三方面：1、酶结构的调节：它通过酶结构的改变，使其活性发生变酶结构的调节：它通过酶结构的改变，使其活性发生变化，调节特点是产生效应快，但时效短化，调节特点是产生效应快，但时效短2、酶量的调节：通过改变酶的生成与降解速度来改变酶活酶量的调节：通过改变酶的生成与降解速度来改变酶活性，特点是速度慢，但调

9、节的时间较长久性，特点是速度慢，但调节的时间较长久3、酶的分布：各种多酶体系在细胞内的分布是区域化的、酶的分布：各种多酶体系在细胞内的分布是区域化的，同一多酶体系的酶均集中在一定的亚细胞结构中，同一多酶体系的酶均集中在一定的亚细胞结构中现在学习的是第13页，共30页 各种代谢途径需多种酶的参与，有些称作各种代谢途径需多种酶的参与，有些称作关键关键酶酶，它们包括催化不可逆反应的酶；催化代谢途，它们包括催化不可逆反应的酶；催化代谢途径分径分 叉点的酶；及参与代谢途径中限速反应的酶，叉点的酶；及参与代谢途径中限速反应的酶，限速酶限速酶催化的反应常是代谢调节的枢纽步骤催化的反应常是代谢调节的枢纽步骤反

10、馈调节：代谢终末段的某一产物，可返回影响代谢初的反馈调节：代谢终末段的某一产物，可返回影响代谢初的某步反应，并对代谢全程起限速作用，这种调节方式叫反馈某步反应，并对代谢全程起限速作用，这种调节方式叫反馈调节，因此种调节使反应加速的叫正反馈；如使反应减速的调节，因此种调节使反应加速的叫正反馈；如使反应减速的为负反馈。为负反馈。现在学习的是第14页，共30页代谢途径代谢途径 主要关键酶主要关键酶 糖原分解糖原分解 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 糖原合成糖原合成 糖原合酶糖原合酶 糖酵解糖酵解 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶、己糖激酶、己糖激酶、丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸氧化丙酮酸氧化丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢

11、酶系三羧酸循环三羧酸循环 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶糖异生糖异生 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖二磷酸酶酮酸羧激酶，果糖二磷酸酶 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径葡萄糖葡萄糖6磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶现在学习的是第15页，共30页脂肪分解脂肪分解激素敏感性甘油三酯脂肪酶激素敏感性甘油三酯脂肪酶 脂肪酸分解脂肪酸分解 肉毒碱酰基转移酶肉毒碱酰基转移酶 脂肪酸合成脂肪酸合成乙酰辅酶乙酰辅酶A羧化酶羧化酶 酮体生成酮体生成 HMG-CoA合成酶合成酶 酮体利用酮体利用 琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A转硫酶、乙酰乙酰辅酶转硫酶、

12、乙酰乙酰辅酶A合成酶（乙酰乙酸硫激酶）合成酶（乙酰乙酸硫激酶）胆固醇合成胆固醇合成 HMG-CoA还原酶还原酶 胆固醇酯生成胆固醇酯生成 ACAT（细胞）、（细胞）、LACT（脂蛋白）（脂蛋白）尿素生成尿素生成 CPS 、精氨琥珀酸合成酶、精氨琥珀酸合成酶现在学习的是第16页，共30页嘌呤核苷酸从头合成嘌呤核苷酸从头合成 PRPP合成酶、酰胺转移酶合成酶、酰胺转移酶 嘧啶核苷酸从头合成嘧啶核苷酸从头合成 PRPP合成酶、合成酶、CPS II嘌呤核苷酸分解嘌呤核苷酸分解 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 胆汁酸合成胆汁酸合成 7-羟化酶羟化酶 维生素维生素D3 活化活化1-羟化酶羟化酶 现在学习的是第1

13、7页，共30页一、一、酶结构的调节酶结构的调节 1、别构调节别构调节（allosteric regulation）某些小分子可与酶蛋白特殊部位结合，引起酶分子构象变化某些小分子可与酶蛋白特殊部位结合，引起酶分子构象变化，由此改变酶活性。，由此改变酶活性。别构调节不引起酶的构型变化，别构调节不引起酶的构型变化，不涉不涉及共价键变化及共价键变化。受别位调节的酶称为。受别位调节的酶称为别位酶别位酶（别构酶别构酶-allosteric enzyme）能使酶发生构象变化的小分子物质为能使酶发生构象变化的小分子物质为效应物效应物或或变构剂变构剂。一般多是代谢物或作用物一般多是代谢物或作用物作用机制：效应物

14、作用机制：效应物与酶蛋白特定部位以非共价键结合后，与酶蛋白特定部位以非共价键结合后，出现次级键的改变，酶蛋白的立体结出现次级键的改变，酶蛋白的立体结构发生变化或引起亚构发生变化或引起亚基之间缔合状态的变化基之间缔合状态的变化现在学习的是第18页，共30页 一些代谢途径中的变构酶及其效应剂现在学习的是第19页，共30页变构调节的生理意义：变构调节的生理意义：调节代谢的速度和强度调节代谢的速度和强度 调节代谢的方向调节代谢的方向，由分解该为合成，防止产物过，由分解该为合成，防止产物过剩，多余能源合成储存剩，多余能源合成储存调节能量代谢的平衡调节能量代谢的平衡【举例】蛋白激酶【举例】蛋白激酶A：2个

15、催化亚基个催化亚基C，2个调节亚基个调节亚基R C与与R结合时抑制酶活性，结合时抑制酶活性，当变构剂当变构剂cAMP与调节亚与调节亚基基R结合时结合时,使个催化亚基使个催化亚基C与与R分离分离现在学习的是第20页，共30页 蛋白激酶A变构调节现在学习的是第21页，共30页【例例1】ATP的调节作用的调节作用抑制糖氧化和酵解的酶，使抑制糖氧化和酵解的酶，使ATP减少减少 激活糖异生，使分解代谢转为合成激活糖异生，使分解代谢转为合成【例【例2】柠檬酸的调节作用】柠檬酸的调节作用 柠檬酸柠檬酸，抑制磷酸果糖激酶。，抑制磷酸果糖激酶。柠檬酸是乙酰柠檬酸是乙酰CoA羧化酶的激活剂，将羧化酶的激活剂，将糖

16、代谢转为脂肪酸的合成。糖代谢转为脂肪酸的合成。现在学习的是第22页，共30页2、酶的化学修饰、酶的化学修饰 （chemical modification）酶蛋白肽链上的某些基团，在另一种酶的催化下发生化学共酶蛋白肽链上的某些基团，在另一种酶的催化下发生化学共价修饰的过程称为酶的化学修饰价修饰的过程称为酶的化学修饰 2.1 修饰形式：乙酰化、甲基化、腺苷化及磷酸化等，修饰形式：乙酰化、甲基化、腺苷化及磷酸化等，磷酸化是磷酸化是最常见的重要修饰形最常见的重要修饰形【催化磷酸化的蛋白激酶】：通常由一种蛋白激酶催化【催化磷酸化的蛋白激酶】：通常由一种蛋白激酶催化作用物上的作用物上的ser/thr磷酸化

17、过程，此酶又叫丝磷酸化过程，此酶又叫丝/苏蛋白激酶苏蛋白激酶；另一种叫酪氨酸激酶。；另一种叫酪氨酸激酶。【磷酸化位点】：酶蛋白中带羟基的氨基酸上，如：丝氨【磷酸化位点】：酶蛋白中带羟基的氨基酸上，如：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸酸、苏氨酸、酪氨酸现在学习的是第23页，共30页 2.2 酶促化学修饰的特点酶促化学修饰的特点u 修饰过程需要其它酶的催化，酶从活性到非活性的互变需修饰过程需要其它酶的催化，酶从活性到非活性的互变需不同的酶分别催化。不同的酶分别催化。u 化学修饰引起酶分子共价键的改变，因一个酶可催化多个化学修饰引起酶分子共价键的改变，因一个酶可催化多个酶蛋白修饰，即出现级联放大作用。酶蛋白修

18、饰，即出现级联放大作用。u 修饰过程需耗能修饰过程需耗能 2.3 化学修饰调节的生理意义化学修饰调节的生理意义 u 以调节代谢的强度为主，也调节速度以调节代谢的强度为主，也调节速度u 调节过程耗能少调节过程耗能少 u 调节速度快、节能、经济有效调节速度快、节能、经济有效现在学习的是第24页，共30页【例【例1】促进糖原分解的糖原磷酸化酶】促进糖原分解的糖原磷酸化酶 糖原磷酸化糖原磷酸化酶酶b(无活性无活性)糖原磷酸化糖原磷酸化酶酶a(有活性有活性)ATPADPPiH2O2糖原磷酸化糖原磷酸化酶酶b激酶激酶糖原磷酸化糖原磷酸化酶酶b磷酸酶磷酸酶糖原合酶糖原合酶I (有活性有活性)糖原合酶糖原合酶

19、D (无活性无活性)ATPADPPiH2O2糖原合酶激酶糖原合酶激酶糖原合酶磷糖原合酶磷酸酶酸酶【例2】促进糖原合成的糖原合酶 现在学习的是第25页，共30页 别构与化学修饰协作效应别构与化学修饰协作效应 【例【例1】肌肉中磷酸化酶】肌肉中磷酸化酶b经经AMP别构激活后易接受别构激活后易接受激酶催化，生成磷酸化酶激酶催化，生成磷酸化酶a；不易受磷酸酶作用脱去；不易受磷酸酶作用脱去p，使磷酸化酶使磷酸化酶a稳定性稳定性。区域化的意义：区域化的意义：可避免代谢途径之间相互干扰。可避免代谢途径之间相互干扰。有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节。有利于不同调节因素对不同代谢途径的特异调节。区域分

20、布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。二、二、酶的空间分布酶的空间分布 3、同工酶同工酶（参见（参见“调节酶调节酶”）现在学习的是第26页，共30页代谢途径代谢途径 亚细胞定位亚细胞定位 糖原分解糖原分解 细胞液、微粒体细胞液、微粒体 糖原合成糖原合成 细胞液细胞液糖酵解糖酵解 细胞液细胞液丙酮酸氧化丙酮酸氧化线粒体线粒体TAC 线粒体线粒体糖异生糖异生 线粒体、细胞液、微粒体线粒体、细胞液、微粒体磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径细胞液细胞液现在学习的是第27页，共30页脂肪分解脂肪分解细胞液细胞液脂肪酸分解脂肪酸分解 线粒体线粒体脂肪酸合成脂肪酸合成细胞液

21、细胞液酮体生成酮体生成 线粒体线粒体 酮体利用酮体利用 线粒体线粒体胆固醇合成胆固醇合成 细胞液、微粒体细胞液、微粒体 胆固醇酯生成胆固醇酯生成 细胞液、脂蛋白细胞液、脂蛋白 氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体线粒体尿素生成尿素生成 线粒体、细胞液线粒体、细胞液现在学习的是第28页，共30页三、酶量的调节三、酶量的调节n 人体通过改变酶的合成及降解速度，来调节细人体通过改变酶的合成及降解速度，来调节细胞内酶的含量，进而影响代谢速度。胞内酶的含量，进而影响代谢速度。1、酶蛋白合成的诱导和阻遏、酶蛋白合成的诱导和阻遏l 诱导（诱导（induction）：使酶的生成增多，增快。）：使酶的生成增多，增快。l

22、阻遏（阻遏（repression）：使酶的生成减少，减慢。）：使酶的生成减少，减慢。1.1 某些小分子物质，如代谢物、激素、药物等，某些小分子物质，如代谢物、激素、药物等，分别对酶产生诱导或阻遏作用，使酶含量发生改分别对酶产生诱导或阻遏作用，使酶含量发生改 变，以达到对酶活性的调节作用。变，以达到对酶活性的调节作用。1.2 诱导、阻遏机理：诱导、阻遏机理：作用物、激素、药物作用物、激素、药物 诱导诱导 酶蛋白合成酶蛋白合成酶量酶量酶活性酶活性 （诱导剂）（诱导剂）反应终产物反应终产物 阻遏阻遏 酶蛋白合成酶蛋白合成酶量酶量酶活性酶活性 现在学习的是第29页，共30页l 作用物的诱导作用：受酶催

23、化的作用物，可以诱导该酶作用物的诱导作用：受酶催化的作用物，可以诱导该酶的合成。的合成。【例【例1】大肠杆菌大肠杆菌无乳糖无乳糖无分解乳糖的酶无分解乳糖的酶乳糖乳糖-半乳糖苷酶合成半乳糖苷酶合成 【例【例2】Hela cell 精精aa 精精aa酶合成酶合成 （35倍）倍）l 药物的诱导作用：药物的诱导作用：药物使肝微粒体内加单氧酶合成药物使肝微粒体内加单氧酶合成 ，分解药物能力分解药物能力 易产易产生耐药。生耐药。药物药物 作用作用 微粒体微粒体 诱导诱导 加单氧酶合成加单氧酶合成 加速药物氧化失活加速药物氧化失活 l 激素诱导激素诱导 （略）（略）l 产物的阻遏作用：终产物反馈阻遏代谢中的关键酶。产物的阻遏作用：终产物反馈阻遏代谢中的关键酶。【举例】肝脏：【举例】肝脏：2乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA （-）HMG CoA HMG CoA还原酶还原酶 胆固醇胆固醇 现在学习的是第30页，共30页