代谢的研究水平课件.ppt

1、Introduction of Metabolism代谢导论代谢导论1.1 代谢的基本概念代谢的基本概念1.2 代谢的主要特点代谢的主要特点1.3 代谢的一些基本原理和规律代谢的一些基本原理和规律1.4 代谢与生物进化代谢与生物进化1.5 代谢的研究方法代谢的研究方法1.6 学习的要求和技巧学习的要求和技巧 广义上，代谢指的是生物体与环境之广义上，代谢指的是生物体与环境之间的物质和能量交换。间的物质和能量交换。 狭义上，代谢指的是由细胞内所有化狭义上，代谢指的是由细胞内所有化学变化组成的高度整合的网络的总称学变化组成的高度整合的网络的总称（a highly integrated network

2、 of all chemical reactions in a cell）。）。什么是代谢什么是代谢（metabolism）？ 物质代谢物质代谢 能量代谢能量代谢 分解代谢分解代谢 (catabolism): 氧化，释放能量氧化，释放能量 合成代谢合成代谢 (anabolism): 还原，需要能量还原，需要能量代谢的类型代谢的类型 代代 谢谢metabolism合成代谢（合成代谢（anabolism ）：小分子合）：小分子合成大分子，需要能量成大分子，需要能量(endergonic)。分解代谢（分解代谢（catabolism） ：大分子分：大分子分解为小分子，释放能量解为小分子，释放能量(ex

3、ergonic)。物质代谢能量代谢物质代谢能量代谢substance-energy The CatalysisThe RegulationThe EconomyThe Unity代谢的主要特点代谢的主要特点1.能量代谢在代谢中具有重要的地位。物能量代谢在代谢中具有重要的地位。物质代谢是基础，能量代谢是一切生命活质代谢是基础，能量代谢是一切生命活动的根本保证。动的根本保证。 The “energy industry”(production, storage and use) is central to the economy of the cell society!代谢的一些基本原理和规律代谢的

4、一些基本原理和规律Energy supply and demand in metabolism.2. 代谢途径有线性的、分支的、环形的。代谢途径有线性的、分支的、环形的。 分解代谢途径是汇聚的分解代谢途径是汇聚的(convergent)； 合成代谢途径是散发的合成代谢途径是散发的(divergent)。代谢的一些基本原理和规律代谢的一些基本原理和规律Degradation is convergentand energy releasing.Synthesis is divergentand energy consuming.The citric acid cycle乙酰辅酶乙酰辅酶A A草酰乙

5、酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异戊烯焦磷酸异戊烯焦磷酸3. 分解代谢和合成代谢不是简单的逆反应，分解代谢和合成代谢不是简单的逆反应，它们通常采用不同的途径它们通常采用不同的途径(不同反应、不不同反应、不同部位等同部位等)，从而增强生物体对代谢调控，从而增强生物体对代谢调控的应变能力，避免浪费能量。的应变能力，避免浪费能量。代谢的一些基本原理和规律代谢的一些基本原理和规律Opposing pathway of glycolysis and gluconeogenesis in rat liver.4. 各代谢途径具有数量不多的通用活化载各代谢途径具有数量不多的通用活化载体（体（universal act

6、ivated carrier）。）。 ATP是是通用能量载体。通用能量载体。 NAD、NADP和和FAD、FMN是通用电是通用电子载体。子载体。 乙酰乙酰CoA是通用酰基载体。是通用酰基载体。 其他参见其他参见维生素与辅酶维生素与辅酶。代谢的一些基本原理和规律代谢的一些基本原理和规律ATP is the universal carrier of metabolic energy, and ATP-ADP cycle is the fundamental mode of energy exchange in biological systems.Coenzyme A is the carrier

7、 of activated acyl groups. Acetyl-CoA is the common degradative product of sugar, fatty acids and many amino acids.泛酸巯基乙胺5. 代谢途径主要由代谢途径主要由6种化学反应组成，反种化学反应组成，反应机制通常比较简单。应机制通常比较简单。 一些代谢途径有共同顺序的化学反应，一些代谢途径有共同顺序的化学反应，称称Metabolic motifs。代谢的一些基本原理和规律代谢的一些基本原理和规律Metabolic motifs6. 各各代谢途径具有共同的严密调节方式。代谢途径具有共同

8、的严密调节方式。 代谢调节分为三个水平：代谢调节分为三个水平： 分子水平分子水平 酶量的调节（转录水平）酶量的调节（转录水平） 酶活性的调节（变构、共价修饰）酶活性的调节（变构、共价修饰） 反应底物的调节反应底物的调节 细胞水平（区域化调节）细胞水平（区域化调节） 整体水平调节（激素和神经调节）整体水平调节（激素和神经调节）代谢的一些基本原理和规律代谢的一些基本原理和规律7. 代谢是动态的。代谢是动态的。 The constancy of molecular composition is the result of a dynamic steady state. （动态的稳定状态）（动态的稳定

9、状态）代谢的一些基本原理和规律代谢的一些基本原理和规律 The dynamic steady state 代谢途径的规律和保守性是生代谢途径的规律和保守性是生物进化理论的重要依据，体现了生物进化理论的重要依据，体现了生命的统一性。命的统一性。 What happens in bacteria happens in human being！代谢与生物进化代谢与生物进化例例1: NAD、NADP和和FAD等通用电子载等通用电子载 体以及体以及ATP（通用能量载体）、（通用能量载体）、CoA（通用酰基载体）结构上都有（通用酰基载体）结构上都有ADP，支持生命的支持生命的RNA起源学说（起源学说（Th

10、e early RNA world）。）。代谢与生物进化代谢与生物进化 NADH、FAD、ATP、CoA结构示意图结构示意图 例例2: 光合磷酸化和氧化磷酸化的普遍存在，光合磷酸化和氧化磷酸化的普遍存在，成为叶绿体和线粒体起源学说的依据之成为叶绿体和线粒体起源学说的依据之一。一。代谢与生物进化代谢与生物进化 线粒体、叶绿体起源于内共生细菌线粒体、叶绿体起源于内共生细菌 （endosymbiotic bacteria） 最早能够进行产生最早能够进行产生ATP的有氧代谢的是原的有氧代谢的是原核细胞。原始的真核细胞是在无氧条件下生存核细胞。原始的真核细胞是在无氧条件下生存的，直到它们与这些原核细胞在

11、细胞质内建立的，直到它们与这些原核细胞在细胞质内建立共生关系共生关系的时候，才获得氧化磷酸化的功能。的时候，才获得氧化磷酸化的功能。经过漫长的进化，细菌的一些基因进入真核细经过漫长的进化，细菌的一些基因进入真核细胞的基因组，内共生细菌进化为线粒体。胞的基因组，内共生细菌进化为线粒体。 叶绿体的进化途径相似。叶绿体的进化途径相似。A plausible theory for the evolutionary origin of mitochondria and chloroplasts. 1. 研究材料研究材料2. 研究水平研究水平3. 研究方法研究方法代谢的研究代谢的研究( (了解了解) )常

12、见的代谢研究材料：常见的代谢研究材料：大肠杆菌大肠杆菌(Escherichia coli, E. coli)大肠杆菌噬菌体大肠杆菌噬菌体(Bacteriophage Lambda or T4)四膜虫四膜虫(Tetrahymena thermophila)小球藻小球藻(Chlorella vulgaris)果蝇果蝇(Drosophila melanogaster)鸽鸽(Columba livia) 兔兔(Lepus californicus)小鼠小鼠(Mus musculus) 大鼠大鼠(Rattus norvegicus)代谢的研究水平：代谢的研究水平：体内体内(in vivo):生物整体生物

13、整体,整体器官整体器官,微生物微生物细胞群细胞群体外体外(in vitro)/试管内试管内:组织切片组织切片,匀浆液匀浆液,提取液提取液代谢常用的研究方法代谢常用的研究方法: 苯环化合物示踪法苯环化合物示踪法 苯甲酸和苯乙酸苯甲酸和苯乙酸(例：脂肪酸例：脂肪酸-氧化氧化) 稳定同位素示踪法稳定同位素示踪法 常用稳定同位素：常用稳定同位素：2H,15N,13C,18O (例：例： DNA半保留复制半保留复制) 放射性同位素示踪法放射性同位素示踪法 常用放射性同位素：常用放射性同位素：3H,32P,14C (例：三羧酸循环例：三羧酸循环)代谢常用的研究方法代谢常用的研究方法: 气体测量法气体测量法

14、(manometric method) 研究有气体变化的生物化学反应。研究有气体变化的生物化学反应。 利用酶的抑制剂利用酶的抑制剂 例：糖酵解途径碘乙酸抑制醛缩酶；例：糖酵解途径碘乙酸抑制醛缩酶； 呼吸链的研究呼吸链的研究 利用遗传缺乏症利用遗传缺乏症 例：苯丙酮尿症与苯丙氨酸代谢途径例：苯丙酮尿症与苯丙氨酸代谢途径重点掌握主要代谢途径、各代谢途径之间的重点掌握主要代谢途径、各代谢途径之间的相互联系和调节。相互联系和调节。理解一些经典实验和理论的研究思路。理解一些经典实验和理论的研究思路。了解一些重要代谢途径的研究历史和相关科了解一些重要代谢途径的研究历史和相关科学家所作出的贡献。学家所作出的

15、贡献。了解一些当前相关的研究热点。了解一些当前相关的研究热点。代谢部分学习的要求代谢部分学习的要求概念概念反应过程：起始物反应过程：起始物 终产物终产物 重要中间产物重要中间产物 重要反应重要反应(限速酶催化的反应、限速酶催化的反应、 产能与耗能反应产能与耗能反应)反应部位：器官，细胞内定位反应部位：器官，细胞内定位生理意义：如生成生理意义：如生成ATP的数量的数量代谢调节：主要调节点，主要变构抑制剂、代谢调节：主要调节点，主要变构抑制剂、 变构激活剂变构激活剂各代谢途径之间的联系和调控各代谢途径之间的联系和调控代谢途径学习的技巧代谢途径学习的技巧Ch1 代谢导论代谢导论Ch2 生物能学生物能学Ch3 物资运输物资运输Ch4 生物氧化生物氧化Ch5 糖代谢糖代谢Ch6 光合作用（自学）光合作用（自学）Ch7 氨基酸代谢氨基酸代谢Ch8 生物固氮（自学）生物固氮（自学）期中测验期中测验课程安排课程安排Ch9 脂代谢脂代谢Ch10 核苷酸代谢核苷酸代谢Ch11 代谢小结代谢小结Ch12 DNA复制复制Ch13 RNA转录转录Ch14 蛋白质合成蛋白质合成Ch15 基因表达调控基因表达调控Ch16 基因工程基因工程期末考试期末考试课程安排课程安排