代谢和代谢调控总论30页PPT

共70多吨
• 代谢的含义： “变化” ， （化学）
合成 包括 分解
转变 调节
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3
物质代谢的过程
• 三个阶段
开始（序曲）——消化吸收（生理）
中间（高潮）——中间代谢（生化）
终末（尾声）——废物排泄（生理）
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4
糖
(开始)
消化
脂类
简单物质
吸收
Pr.
合
(中间) 成
H2O
维生素
复杂物质
无机盐 …
第二篇 物质代谢 及其调节
李凌
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1
新陈代谢
• 提问：什么是新陈代谢？ • 新的来，旧的去 • 花开花落、四季轮回、“长江后浪推前浪，一
代新人换旧人” • 生化定义——泛指生物体与周围环境进行物质
与能量交换的过程。 • 是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一。
yyty
2
物质代谢
• 物质：糖 10 吨 Pr. 1.6吨 脂类 1.0吨 H2O 60吨
NADH ＋ H＋
(可逆) ⑥氧化磷酸化
1,3-二磷酸甘油酸
(可逆)
ADP
⑦ 产能 1
2
⑦磷酸甘油酸激酶
(可逆)
ATP
3-磷酸甘油酸
⑧异构
⑨脱水
(可逆)
2
⑧磷酸甘油酸变位酶
（可逆）
2-磷酸甘油酸
H20 磷酸 ADP
2
烯醇式丙酮酸
ATP 2 丙酮酸
⑨烯醇化酶
⑩丙酮酸激酶 ⑩产能 2
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(不可逆) 31
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(分解代谢)
(贮存与利用) (转化) (运输)
13
第一节 概 述

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物质代谢的特点
➢ 整体性 ➢ 可调节性 ➢ 各组织、器官物质代谢各具特色 ➢ 各种代谢物均有共同的代谢池 ➢ ATP是机体储存能量及消耗能量的共同形式 ➢ NADPH是合成代谢所需的还原当量
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一、整体性
脂类 糖类
蛋白质
水 无机盐
维生素
消化吸收 中间代谢 废物排泄
• 各种物质代谢之间互有联系，相互依存。
酶的构象改变
酶的活性改变 （激活或抑制 ）
疏松 紧密 亚基聚合 亚基解聚 酶分子多聚化
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3. 变构调节的生理意义
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。
乙酰CoA
丙二酰CoA
乙酰CoA羧化酶
长链脂酰CoA
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2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖
甘油激酶 甘油
磷酸-甘油
葡 萄
肝、肾、肠
脂
糖
肪
脂酸
乙酰CoA
葡萄糖
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3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响
• 饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时
脂肪大量动员
酮体生成增加
糖不足
草酰乙酸 相对不足
高酮血症
氧化受阻
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（二）糖与氨基酸代谢的相互联系
（1）蛋白质代谢变化 蛋白质分解减少
（2）糖代谢变化 肝肾糖异生增强 肝糖异生的主要原料为乳酸、丙酮酸
（3）脂代谢变化 脂肪动员进一步加强 脑组织利用酮体增加
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（二）应 激 1. 概念
应 激 (stress) 指 人 体 受 到 一 些 异 乎 寻 常 的刺激，如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中 毒、感染及剧烈情绪波动等所作出一系列 反应的“ 紧张状态 ”。

（2）方式：
磷酸化/去磷酸化
乙酰化/脱乙酰化
腺苷酰化/脱腺苷酰化
尿苷酰化/去尿苷酰化
ADP-核糖基化
甲基化/去甲基化
S-S/SH互变
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（3）共价修饰与别构调节的区别: ❖ 共价修饰是在一些酶的作用下，引起被修饰酶分
脂肪酸 →乙酰CoA(少) →草酰乙酸→糖
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磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油 脂肪酸 胆固醇
脂肪
3
❖糖与脂类的联系最为密切，糖可以转变成 脂类。
❖当有过量葡萄糖摄入时，糖分解代谢的产 物磷酸二羟丙酮还原成α-磷酸甘油。
❖丙酮酸氧化脱羧转变为乙酰CoA，在线粒体
中合成脂酰COA。
❖α-磷酸甘油与脂酰CoA再用来合成甘油三酯。
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12
（五）核苷酸在代谢中起重要作用：
❖ATP: 参与能量与磷酸基转移； CoA、NAD、 FAD等辅酶的成分；
❖UTP: 参加糖的合成 (UDPG)；
❖CTP: 参加磷脂的合成 （CDP-磷脂酸、CDP-乙 醇胺）；
❖GTP: 为蛋白质合成所必需（各种G蛋白）。
❖ 环核苷酸，如cAMP，cGMP：作为胞内信号分子 （第二信使）参与细胞信号的传导。
能荷＝ [ATP]+[ADP]+[AMP]
❖ 定义：细胞内总的腺苷酸系统中所负荷的高能 磷酸键的数目。
❖ 在某些条件下，能荷及ATP、ADP和磷酸盐的 浓度可作为产能代谢和需能代谢过程变构调节 的信号。
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23
2. 酶的共价修饰
（1）通过其它酶对酶上的某些基团进行修饰，使酶活 性处于活性与无活性的互变状态。
变构抑制 （-）
乙酰CoA

ATP:机体的能量货币（载体）
磷酸肌酸: ATP的缓冲物（储备）
（三）基础代谢
基础代谢： 人体在清醒而安静状态中，没有食物的
消化与吸收作用的情况下，处于适宜温度，所 消耗的能量。
用于维持体温及支持各种器官的基本运行， 如呼吸、循环、分泌及排泄等。
代谢调控研究方法----同位素示踪法：
机体自身原有物质不断转化为代谢废物 排出体外
（三）合成代谢与分解代谢
合成代谢： 由简单的小分子物质合成复杂的大分
子物质的过程
分解代谢： 复杂的大分子物质分解为二氧化碳、
水和氨
二、能量代谢的概念
(一) 代谢过程中能量的变化 机体从外界环境中摄取营养物质，这些
物质进行分解代谢时释放能量，储存于高能化 合物，供生命活动需要
第十章
代谢和代谢 调控总论
本章的重点和难点
重点：掌握物质代谢的相互关系；掌握 酶活性及酶合成的调节，明确两种调节在代 谢上的重要性及调节机制； 难点：理解和掌握第二信使和激素水平的调 节机制。
第一节 新陈代谢的概念和研究方法
一、物质代谢的概念
（一）物质代谢的含义 新陈代谢：
机体与外界环境不断进行物质交换的过程通过 消化、吸收、中间代谢和排泄四个阶段来完成。
物质代谢的特点
1 、共有的代谢池 2、动态平衡，以防止中间产物的堆积和缺乏 3、代谢联系构成代谢网络 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 8 、以糖和脂肪为主要供能物质，节约蛋白质
中间代谢
物质代谢： 经过消化、吸收的外界营养物质和体内
原有的物质，在全身一切组织和细胞中进行的 多种多样的化学变化的过程

营养与健康管理
通过调节个体的代谢过程， 可以实现更有效的营养补 充和健康管理，预防疾病 的发生。
代谢调控在农业领域的应用前景
作物改良
通过调节作物的代谢过程，可以培育出抗逆性强、产量高、品质 优良的新品种，提高农业生产效益。
精准农业
利用代谢调控技术，可以实现精准施肥、灌溉和病虫害防治，减 少资源浪费和环境污染。
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感谢观看
蛋白质组学是研究蛋白质表达、 修饰、功能和相互作用的学科。
蛋白质组学在生命科学、医学和 生物技术等领域具有广泛的应用
价值。
蛋白质组学的研究进展包括蛋白 质相互作用组学、蛋白质翻译后 修饰组学和蛋白质功能组学等方
面的研究。
基因组学的研究进展
基因组学是研究生物体基因组的 学科。
基因组学在遗传学、生物技术和 医学等领域具有广泛的应用前景。
葡萄糖代谢调控
01
癌细胞通常会优先利用葡萄糖作为能量来源，通过增加葡萄糖
转运子和酶的表达来促进葡萄糖的摄取和利用。
脂肪酸代谢调控
02
癌细胞会改变脂肪酸的合成和分解代谢，以满足自身对能量的
需求。
氨基酸代谢调控
03
癌细胞会利用氨基酸作为合成蛋白质和其他重要物质的原料，
同时也会通过增加酶的表达来促进氨基酸的摄取和利用。
方向。
酶的活性调节
酶的活性可以通过共价修饰、变构 效应、别构效应等方式进行调节， 从而改变酶对底物的作用。
酶的分布和定位
酶在细胞内的分布和定位对代谢调 控具有重要意义，不同细胞器中的 酶可以催化不同的代谢反应。
激素的调控
激素的合成与分泌
激素的合成与分泌受到多种因素的影响，如营养状况、神经信号 等，这些因素可以调节激素的合成与分泌。

的合成量和调节现成酶分子的催化活力。
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调节方法
共价修饰
1. 定义：蛋白质分子中的一个或者多个氨基酸残基与一 化学基团共价连接或者解开，使其活性改变的作用。
2. 化学基团：磷酸基、甲基、乙基、腺苷酰基。 蛋白质的共价部位：氨基酸残基上的羟基。
3. 分类：可逆、不可逆。
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1、 可逆共价修饰
因此，微生物的代谢是受高度调节的。
微生物代谢高度调节证据： 所有大分子单体(前体，如氨基酸)的合成速率同大分子(如蛋白质)的合成速率 协调一致，不会浪费能量去合成那些它们用不着的东西； 任何一种单体的合成，如能从外源获得并能进入细胞内，单体的合成自动中止， 参与这些单体生成的酶的合成也会停止； 只有在某些有机基质(如乳糖)存在时，才会合成异化这些基质的酶； 存在两种有机基质，微生物会先合成那些能异化、更易利用的基质的酶，待易 利用的基质耗竭，才开始诱导分解较难利用的基质的酶； 养分影响生长速率，从而相应改变细胞大分子的组成(如RNA的含量)。
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• 若是由于某种原因，调节基因或者操纵基因发生突变 后，阻遏物失去同操纵基因结合的能力或者使突变后 的操纵基因失去对阻遏物的亲和力。此时即使没有诱 导物，RNA聚合酶也能转录。
• 这种突变称为组成性突变。
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组成型突变株的获 得
1. 在诱导物（低浓度）为限制性基质的恒化 器中筛选
微生物代谢调节
微生物代谢的特点: 微生物在长期的进化过程中，形成了一整套完善的代谢调节系统，
以保证各种代谢活动经济而高效地进行。 微生物代谢的生化反应通常是十分复杂而迅速，需要非常协调的进
行。 微生物具有快速适应外界环境变化的能力，通过启动或关闭相关代

跨学科合作：不同学科之间的合作可以带来新的视角和思路，有助于解决复杂的代谢调控问 题。
创新：创新是推动代谢调控领域发展的关键，需要不断探索新的方法和技术。
挑战：代谢调控领域的挑战包括疾病的复杂性、药物研发的困难等，需要跨学科合作和创新 来解决。
未来展望：跨学科合作和创新有望带来代谢调控领域的重大突破，为疾病的预防和治疗提供 新的解决方案。
代谢调控课件大纲
汇报人：
目录
添加目录标题
代谢调控概述
代谢调控机制
代谢调控在生物体 内的应用
代谢调控的研究方 法
代谢调控的实践应 用
添加章节标题
代行 调节和控制的过程
包括酶活性调节、 激素调节、信号传 导等
代谢调控是生物体 维持生命活动、适 应环境变化的重要 机制
激素的合成与分泌 ：由内分泌腺分泌 ，如垂体、甲状腺 、胰腺等
激素的代谢：在肝 脏、肾脏等器官中 代谢，维持体内激 素平衡
信号分子的产生和释放 信号分子的作用和效应
信号分子的传递和接收 信号分子的降解和清除
代谢调控在生物体 内的应用
营养物质的利用：在细胞内进 行代谢，如糖酵解、三羧酸循 环等
营养物质的摄取：通过食物摄 入，如蛋白质、脂肪、碳水化 合物等
营养物质的储存：在细胞内 储存，如糖原、脂肪等
营养物质的排泄：通过排泄系 统排出体外，如尿液、粪便等
糖代谢：糖原合成与分解、糖酵解、糖异生等 脂代谢：脂肪合成与分解、脂肪酸氧化、酮体生成等 蛋白质代谢：氨基酸合成与分解、蛋白质合成与分解等 激素调节：胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素等激素对能量代谢的调节作用
生长激素：促进生长发育，调 节新陈代谢
性激素：促进生殖发育，调节 性成熟

酶促反应动力学分析方法;测定同位素富集和关键
代谢物相对分子质量分布的光谱学方法(核磁共振
、质谱、液相色谱分析和气相色谱分析等)；生物
传感器技术。根据这些检测信息可以判断和描述代
谢流的基本状态，并为细胞的代谢流及其控制分析
提供翔实可靠的精选原ppt始课件数据。
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(2) 分析技术
在获得大量生化反应基本数据的基础 上，采用化学计量学、分子反应动力学和 化学 程学的研究方法并结合先进的计算机 技术，可以进一步阐明细胞代谢网络的动 态特征与控制机理，以确定代谢改造的思 路。这些分析手段包括能准确测定细胞内 代谢网络流的稳态法、展示代谢流控制过 程的扰动法、简化复杂代等提出的的组合 法以及代谢网络优化技术等。
现在的定义：通过某些特定生化反应的 修饰来定向改善细胞的特性或运用重组DNA 技术来创造新的化合物。
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3
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4
• 代谢工程要解决的问题
目前代谢工程要解决的主要问题是改变某 些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质在不 同途径中的流量分布。
典型目标是修饰初级次级代谢，将碳架物 质流导入目的产物的理想载流途径以获得产物 的最大转化率。
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(1)改变代谢途径方法
加速限速反应
增加限速酶的表达量，来提高产物 产率。然而限速酶反应的改变可能会给 整个代谢网络带来负面影响。
改变分支代谢途径流向
提高代谢分支点某一分支代谢途径 酶活力，使其在与其它的分支代谢途径 的竞争中占据优势，从而提高目的代谢 产物的产量。
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代谢工程技术得以广泛应用的一个重要前提 就是外源基因在所有生物物种（包括人体）中转 化和表达的可行性，而这种可行性又在很大程度 上依赖于各种载体和基因表达调控元件的开发。

（二） 抗代谢物的种类
1.维生素类似物 2.氨基酸类似物 3.嘌呤和嘧啶类似物 4.糖代谢类似物
（三）抗代谢物的研究意义
1. 抗代谢物与药物作用机制的研究 2. 抗代谢物与新药设计
END
物质代谢：物质在体内进行化学变化的过程。 能量代谢：物质在体内进行物质代谢的同时，
必然伴随着能量转移的过程。
物质代谢： 从物质交换角度
同化作用 异化作用
合成代谢 从化学变化角度
分解代谢
新陈代谢图解ຫໍສະໝຸດ 小分子 大分子合成代谢
（同化作用）
需要能量
新
能
物
陈
量
质
代
代
代
谢
释放能量 谢
谢
分解代谢 （异化作用） 大分子
这三个酶蛋白是大肠杆菌DNA上的三个结构基因经过转录和翻译 而合成的。
操纵子的结构与功能
典型的操纵子可分为控制区和信息区两部分。控制区由各种调 控基因所组成，而信息区则由若干结构基因串联在一起构成。
控制区
调节基因（Regulatory gene）——为阻抑蛋白编码基因 启动基因（Promoter）——为cAMP受体蛋白（CRP）和RNA聚合酶结合区。 操纵基因（0perater）——为阻抑蛋白结合位点。
2. 酶的共价修饰调节
酶分子上多肽链上的某些基团，在另一些酶的催化 下可与变构剂进行可逆共价结合，结合后引起酶活 性变构，使酶活力发生变化（激活或抑制），从而 达到调节效果，这种作用称为酶的共价修饰调节。 这类酶则称为共价调节酶。有如下两个特点：
（1）被修饰的酶可以有两种互变形式，即一种为活性形式（具有 催化活性），另一种为非活性形式（无催化活性）。正反两个 方向的互变均发生共价修饰反应，并且都将引起酶活性的变化。

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#诱导和阻遏表达：
诱导表达（induction）是指在特定环境 因素刺激下，基因被激活，从而使基因 的表达产物增加。这类基因称为可诱导 基因。
阻遏表达（repression）是指在特定环 境因素刺激下，基因被抑制，从而使基 因的表达产物减少。这类基因称为可阻 遏基因。
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2
2 、分解代谢与合成代谢的单向性
虽然酶促反应是可逆的，但在生物体内， 代谢过程是单向的。一些关键部位的代 谢是由不同的酶催化正反应和逆反应的。 这样可使两种反应都处于热力学的有利 状态。一般酮酸脱羧的反应、激酶催化 的反应、羧化反应等都是不可逆的。这 些反应常受到严密调控，成为关键步骤。
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2、 真核基因转录调节
真核生物中基因表达的调控机制较 原核生物复杂得多，许多细节还未 弄清楚。就人类染色体DNA而言， 就有30亿个碱基对，估计约有5万个 基因。
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真核基因组结构特点
#转录产物为单顺反子：
真核基因的转录产物一般是单顺反子 （ mono-cistron） ， 即 一 个 编码 基 因转录生成一个mRNA分子，并指导 翻译一条多肽链。
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#基因转录激活调节基本要素：
1．顺式作用元件： 顺式作用元件（cis-acting element）又 称分子内作用元件，指存在于DNA分子 上的一些与基因转录调控有关的特殊顺 序。
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在原核生物中，大多数基因表达通过操 纵子模型进行调控，其顺式作用元件主 要由启动基因、操纵基因和调节基因组 成。
信息区——由一个或数个结构基因串联在一起组成。