微生物学代谢总论.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,微生物学代谢总论,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,4、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,6、ATP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,3、代谢联系构成代谢网络,1,、,共有的代谢池,8,、,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,第一节 新陈代谢的概念和研究方法,物质代谢的概念,新陈代谢（metabolism）,是机体与外界环境,不断进行物质交换的过程。,基础代谢（basal metabolism）,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收作用的情况下，并处于适宜温度，所消耗的能量。,物质代谢的研究方法,同位素示踪法：,常用同位素的放射性及其半衰期,致突变法：,第二节 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,2、糖、核苷酸代谢的交汇点：5磷酸核糖（5C）,3、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A（2C）,5、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的交汇点：6磷酸葡萄糖（6C水平）,6、3个重要氨基酸与糖代谢的交汇点：Asp-草酰乙酸（4C）；Glu-酮戊二酸(5C)；Ala-丙酮酸(3C),1、糖是良好的碳源，可转变为：脂肪、氨基酸、胆固醇等.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,3、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,7、奇数碳原子脂肪酸代谢与糖代谢的交汇点：琥珀酰辅酶A(4C)、乙酰辅酶A(2C),6、3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,4、磷酸戊糖途径可实现3、4、5、6、7C的转变,1、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,3、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ATP最多,三、能量代谢的共性,4、ATP在能量代谢中的中心作用,四、细胞内、间的代谢联系,1、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,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构。,1、细胞水平的调节-通过对细胞内酶的调节来实现,2、激素水平的调节-协调不同细胞间及组织与器官之间的代谢。,3、整体水平的调节-在神经系统参与下由酶和激素共同构成的调节网络。,第三节 代谢调控总论,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，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，同一多酶体系的酶均集中在一定的亚细胞结构中,2、器官之间的代谢分工及合作,【例1】促进糖原分解的糖原磷酸化酶,作用机制：效应物与酶蛋白特定部位以非共价键结合后，出现次级键的改变，酶蛋白的立体结构发生变化或引起亚基之间缔合状态的变化,2、器官之间的代谢分工及合作,如使反应减速的为负反馈。,一些代谢途径中的变构酶及其效应剂,常用同位素的放射性及其半衰期,3、生糖、生酮、生糖兼生酮的氨基酸,1、细胞水平的调节-通过对细胞内酶的调节来实现,第一节 新陈代谢的概念和研究方法,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：,常用同位素的放射性及其半衰期,5、氨基酸、核苷酸代谢的交汇点：一碳单位（1C）,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。,【例1】ATP的调节作用,各种代谢途径需多种酶的参与，有些称作关键,酶，它们包括催化不可逆反应的酶；催化代谢途,径分,叉点的酶；及参与代谢途径中限速反应的酶，,限速酶催化的反应常是代谢调节的枢纽步骤,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。,调节速度快、节能、经济有效,基R结合时,使个催化亚基C与R分离,1、糖类、脂类是人体的主要供能物质,【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ser/thr磷酸化过程，此酶又叫丝/苏蛋白激酶；,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调节，因此种调节使反应加速的叫正反馈；,【举例】蛋白激酶A：2个催化亚基C，2个调节亚基R,4、磷酸戊糖途径可实现3、4、5、6、7C的转变,二、酶的空间分布,限速酶催化的反应常是代谢调节的枢纽步骤,调节代谢的方向，由分解该为合成，防止产物过剩，多余能源合成储存,2、器官之间的代谢分工及合作,1、糖是良好的碳源，可转变为：脂肪、氨基酸、胆固醇等.,激酶催化，生成磷酸化酶a；,一、枢纽性中间产物可以沟通不同的代谢通路,反应终产物 阻遏 酶蛋白合成酶量酶活性,一、,酶结构的调节,1、,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，由此改变酶活性。,别构调节不引起酶的构型变化，,不涉及共价键变化,。受别位调节的酶称为别位酶（别构酶-,allosteric enzyme,）,能使酶发生构象变化的小分子物质为效应物或变构剂。一般多是代谢物或作用物,作用机制：效应物,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,构发生变化或引起亚基之间缔合状态的变化,一些代谢途径中的变构酶及其效应剂,变构调节的生理意义：,调节代谢的速度和强度,调节代谢的方向，由分解该为合成，防止产物过剩，多余能源合成储存,调节能量代谢的平衡,【举例】蛋白激酶A：2个催化亚基C，2个调节亚基R,C,与,R,结合时抑制酶活性，,当变构剂cAMP与调节亚,基R结合时,使个催化亚基C,与,R,分离,蛋白激酶A变构调节,【,例1】ATP的调节作用,抑制糖氧化和酵解的酶，使ATP减少,激活糖异生，使分解代谢转为合成,【例2】柠檬酸的调节作用,柠檬酸,，抑制磷酸果糖激酶。,柠檬酸是乙酰CoA羧化酶的激活剂，将糖代谢转为脂肪酸的合成。,2、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，磷酸化是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作用物上的ser/thr磷酸化过程，此酶又叫丝/苏蛋白激酶；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：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸,2.2 酶促化学修饰的特点,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。,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。,修饰过程需耗能,2.3 化学修饰调节的生理意义,以调节代谢的强度为主，也调节速度,调节过程耗能少,调节速度快、节能、经济有效,2、糖类在动物供能中的优势,4、ATP在能量代谢中的中心作用,5、两用代谢途径在物质转变中具有重要意义,药物使肝微粒体内加单氧酶合成，分解药物能力 易产生耐药。,3、生糖、生酮、生糖兼生酮的氨基酸,糖原磷酸化酶a(有活性),【例2】Hela cell 精aa 精aa酶合成（35倍）,【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ser/thr磷酸化过程，此酶又叫丝/苏蛋白激酶；,可避免代谢途径之间相互干扰。,2、糖、核苷酸代谢的交汇点：5磷酸核糖（5C）,作用机制：效应物与酶蛋白特定部位以非共价键结合后，出现次级键的改变，酶蛋白的立体结构发生变化或引起亚基之间缔合状态的变化,柠檬酸，抑制磷酸果糖激酶。,1、糖是良好的碳源，可转变为：脂肪、氨基酸、胆固醇等.,分别对酶产生诱导或阻遏作用，使酶含量发生改,2、激素水平的调节-协调不同细胞间及组织与器官之间的代谢。,【例1】促进糖原分解的糖原磷酸化酶,糖原磷酸化酶b(无活性),糖原磷酸化酶a(有活性),ATP,ADP,Pi,H,2,O,2,糖原磷酸化酶b激酶,糖原磷酸化酶b磷酸酶,糖原合酶I (有活性),糖原合酶D (无活性),ATP,ADP,Pi,H,2,O,2,糖原合酶激酶,糖原合酶磷酸酶,【例2】促进糖原合成的糖原合酶,别构与化学修饰协作效应,【例1】肌肉中磷酸化酶b经AMP别构激活后易接受,激酶催化，生成磷酸化酶a,；不易受磷酸酶作用脱去p，,使磷酸化酶a,稳定性,。,区域化的意义：,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。,区域分布使代谢物浓度对代谢速度产生重要影响。,二、,酶的空间分布,3、,同工酶（参见“调节酶”）,三、酶量的调节,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。,1、酶蛋白合成的诱导和阻遏,诱导（induction）：使酶的生成增多，增快。,阻遏（repression）：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，,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。,1.2 诱导、阻遏机理：,作用物、激素、药物,诱导,酶蛋白合成,酶量酶活性,（诱导剂）,反应终产物,阻遏,酶蛋白合成酶量酶活性,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。,【例1】大肠杆菌,无乳糖,无分解乳糖的酶,乳糖,-,半乳糖苷酶合成,【例2】Hela cell,精,aa,精,aa酶合成,（35倍）,药物的诱导作用：,药物使肝微粒体内加单氧酶合成,，,分解药物能力,易产生耐药。,药物,作用,微粒体,诱导,加单氧酶合成 加速药物氧化失活,激素诱导 （略）,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：2乙酰CoA乙酰乙酰CoA （-）,HMG CoA,HMG CoA还原酶,胆固醇,