代謝的研究水平課件

IntroductionofMetabolism

代謝導論

IntroductionofMetabolism

代謝導11.1代謝的基本概念1.2代謝的主要特點1.3代謝的一些基本原理和規(guī)律1.4代謝與生物進化1.5代謝的研究方法1.6學習的要求和技巧1.1代謝的基本概念2廣義上，代謝指的是生物體與環(huán)境之間的物質和能量交換。狹義上，代謝指的是由細胞內所有化學變化組成的高度整合的網絡的總稱（ahighlyintegratednetworkofallchemicalreactionsinacell）。什么是代謝（metabolism）？廣義上，代謝指的是生物體與環(huán)境之間的物質和能量交換。什3物質代謝能量代謝

分解代謝(catabolism):氧化，釋放能量合成代謝(anabolism):還原，需要能量代謝的類型物質代謝代謝的類型4

代謝metabolism合成代謝（anabolism）：小分子合成大分子，需要能量(endergonic)。分解代謝（catabolism）：大分子分解為小分子，釋放能量(exergonic)。物質代謝－－能量代謝substance--energy代謝合成代謝（anabolism）：小分子5

TheCatalysis

TheRegulation

TheEconomy

TheUnity代謝的主要特點TheCatalysis

TheRegulatio61.能量代謝在代謝中具有重要的地位。物質代謝是基礎，能量代謝是一切生命活動的根本保證。

The“energyindustry”(production,storageanduse)iscentraltotheeconomyofthecellsociety!代謝的一些基本原理和規(guī)律1.能量代謝在代謝中具有重要的地位。物質代謝是基礎，能量代謝7Energysupplyanddemandinmetabolism.Energysupplyanddemandinme82.代謝途徑有線性的、分支的、環(huán)形的。分解代謝途徑是匯聚的(convergent)；合成代謝途徑是散發(fā)的(divergent)。代謝的一些基本原理和規(guī)律2.代謝途徑有線性的、分支的、環(huán)形的。代謝的一些基本原理和9Degradationisconvergentandenergyreleasing.Synthesisisdivergentandenergyconsuming.Thecitricacidcycle乙酰輔酶A草酰乙酸檸檬酸異戊烯焦磷酸DegradationisconvergentSynth103.分解代謝和合成代謝不是簡單的逆反應，它們通常采用不同的途徑(不同反應、不同部位等)，從而增強生物體對代謝調控的應變能力，避免浪費能量。代謝的一些基本原理和規(guī)律3.分解代謝和合成代謝不是簡單的逆反應，它們通常采用不同的11Opposingpathwayofglycolysisandgluconeogenesisinratliver.Opposingpathwayofglycolysis124.各代謝途徑具有數量不多的通用活化載體（universalactivatedcarrier）。ATP是通用能量載體。NAD＋、NADP＋和FAD、FMN是通用電子載體。乙酰CoA是通用酰基載體。其他參見《維生素與輔酶》。代謝的一些基本原理和規(guī)律4.各代謝途徑具有數量不多的通用活化載體（universa13ATPistheuniversalcarrierofmetabolicenergy,

and

ATP-ADPcycleisthefundamentalmodeofenergyexchangeinbiologicalsystems.ATPistheuniversalcarriero14代謝的研究水平課件15代謝的研究水平課件16CoenzymeAisthecarrierofactivatedacylgroups.Acetyl-CoAisthecommondegradativeproductofsugar,fattyacidsandmanyaminoacids.泛酸巰基乙胺CoenzymeAisthecarrierofa17代謝的研究水平課件185.代謝途徑主要由6種化學反應組成，反應機制通常比較簡單。一些代謝途徑有共同順序的化學反應，稱Metabolicmotifs。代謝的一些基本原理和規(guī)律5.代謝途徑主要由6種化學反應組成，反應機制通常比較簡單。19代謝的研究水平課件20MetabolicmotifsMetabolicmotifs21代謝的研究水平課件226.各代謝途徑具有共同的嚴密調節(jié)方式。代謝調節(jié)分為三個水平：—分子水平酶量的調節(jié)（轉錄水平）酶活性的調節(jié)（變構、共價修飾）反應底物的調節(jié)—細胞水平（區(qū)域化調節(jié)）—整體水平調節(jié)（激素和神經調節(jié)）代謝的一些基本原理和規(guī)律6.各代謝途徑具有共同的嚴密調節(jié)方式。代謝的一些基本原理和237.代謝是動態(tài)的。

Theconstancyofmolecularcompositionistheresultofadynamicsteadystate.

（動態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)）代謝的一些基本原理和規(guī)律7.代謝是動態(tài)的。代謝的一些基本原理和規(guī)律24

ThedynamicsteadystateThedynamicsteadyst25代謝途徑的規(guī)律和保守性是生物進化理論的重要依據，體現了生命的統(tǒng)一性。Whathappensinbacteriahappensinhumanbeing！代謝與生物進化代謝途徑的規(guī)律和保守性是生物進化理26例1:NAD＋、NADP＋和FAD等通用電子載體以及ATP（通用能量載體）、CoA（通用酰基載體）結構上都有ADP，支持生命的RNA起源學說（TheearlyRNAworld）。代謝與生物進化例1:代謝與生物進化27

NADH、FAD、ATP、CoA結構示意圖NADH、FAD、ATP、CoA結構示意圖28例2:光合磷酸化和氧化磷酸化的普遍存在，成為葉綠體和線粒體起源學說的依據之一。代謝與生物進化例2:代謝與生物進化29

線粒體、葉綠體起源于內共生細菌（endosymbioticbacteria）最早能夠進行產生ATP的有氧代謝的是原核細胞。原始的真核細胞是在無氧條件下生存的，直到它們與這些原核細胞在細胞質內建立共生關系的時候，才獲得氧化磷酸化的功能。經過漫長的進化，細菌的一些基因進入真核細胞的基因組，內共生細菌進化為線粒體。葉綠體的進化途徑相似。線粒體、葉綠體起源于內共生細菌30Aplausibletheoryfortheevolutionaryoriginofmitochondriaandchloroplasts.

Aplausibletheoryfortheevo311.研究材料2.研究水平3.研究方法代謝的研究(了解)1.研究材料代謝的研究(了解)32常見的代謝研究材料：大腸桿菌(Escherichiacoli,E.coli)大腸桿菌噬菌體(BacteriophageLambdaorT4)四膜蟲(Tetrahymenathermophila)小球藻(Chlorellavulgaris)果蠅(Drosophilamelanogaster)鴿(Columbalivia)兔(Lepuscalifornicus)小鼠(Musmusculus)大鼠(Rattusnorvegicus)常見的代謝研究材料：33代謝的研究水平：體內(invivo):生物整體,整體器官,微生物細胞群體外(invitro)/試管內:組織切片,勻漿液,提取液

代謝的研究水平：34代謝常用的研究方法:苯環(huán)化合物示蹤法苯甲酸和苯乙酸(例：脂肪酸β-氧化)穩(wěn)定同位素示蹤法常用穩(wěn)定同位素：2H,15N,13C,18O(例：DNA半保留復制)放射性同位素示蹤法常用放射性同位素：3H,32P,14C(例：三羧酸循環(huán))代謝常用的研究方法:35代謝常用的研究方法:氣體測量法(manometricmethod)研究有氣體變化的生物化學反應。利用酶的抑制劑例：糖酵解途徑碘乙酸抑制醛縮酶；呼吸鏈的研究利用遺傳缺乏癥例：苯丙酮尿癥與苯丙氨酸代謝途徑代謝常用的研究方法:36重點掌握主要代謝途徑、各代謝途徑之間的相互聯(lián)系和調節(jié)。理解一些經典實驗和理論的研究思路。了解一些重要代謝途徑的研究歷史和相關科學家所作出的貢獻。了解一些當前相關的研究熱點。代謝部分學習的要求重點掌握主要代謝途徑、各代謝途徑之間的相互聯(lián)系和調節(jié)。代謝部37概念反應過程：起始物終產物重要中間產物重要反應(限速酶催化的反應、產能與耗能反應)反應部位：器官，細胞內定位生理意義：如生成ATP的數量代謝調節(jié)：主要調節(jié)點，主要變構抑制劑、變構激活劑各代謝途徑之間的聯(lián)系和調控代謝途徑學習的技巧概念代謝途徑學習的技巧38Ch1代謝導論Ch2生物能學Ch3物資運輸Ch4生物氧化Ch5糖代謝Ch6光合作用（自學）Ch7氨基酸代謝Ch8生物固氮（自學）期中測驗課程安排Ch1代謝導論課程安排39Ch9脂代謝Ch10核苷酸代謝Ch11代謝小結Ch12DNA復制Ch13RNA轉錄Ch14蛋白質合成Ch15基因表達調控Ch16基因工程期末考試課程安排Ch9脂代謝課程安排40IntroductionofMetabolism

代謝導論

IntroductionofMetabolism

代謝導411.1代謝的基本概念1.2代謝的主要特點1.3代謝的一些基本原理和規(guī)律1.4代謝與生物進化1.5代謝的研究方法1.6學習的要求和技巧1.1代謝的基本概念42廣義上，代謝指的是生物體與環(huán)境之間的物質和能量交換。狹義上，代謝指的是由細胞內所有化學變化組成的高度整合的網絡的總稱（ahighlyintegratednetworkofallchemicalreactionsinacell）。什么是代謝（metabolism）？廣義上，代謝指的是生物體與環(huán)境之間的物質和能量交換。什43物質代謝能量代謝

分解代謝(catabolism):氧化，釋放能量合成代謝(anabolism):還原，需要能量代謝的類型物質代謝代謝的類型44

代謝metabolism合成代謝（anabolism）：小分子合成大分子，需要能量(endergonic)。分解代謝（catabolism）：大分子分解為小分子，釋放能量(exergonic)。物質代謝－－能量代謝substance--energy代謝合成代謝（anabolism）：小分子45

TheCatalysis

TheRegulation

TheEconomy

TheUnity代謝的主要特點TheCatalysis

TheRegulatio461.能量代謝在代謝中具有重要的地位。物質代謝是基礎，能量代謝是一切生命活動的根本保證。

The“energyindustry”(production,storageanduse)iscentraltotheeconomyofthecellsociety!代謝的一些基本原理和規(guī)律1.能量代謝在代謝中具有重要的地位。物質代謝是基礎，能量代謝47Energysupplyanddemandinmetabolism.Energysupplyanddemandinme482.代謝途徑有線性的、分支的、環(huán)形的。分解代謝途徑是匯聚的(convergent)；合成代謝途徑是散發(fā)的(divergent)。代謝的一些基本原理和規(guī)律2.代謝途徑有線性的、分支的、環(huán)形的。代謝的一些基本原理和49Degradationisconvergentandenergyreleasing.Synthesisisdivergentandenergyconsuming.Thecitricacidcycle乙酰輔酶A草酰乙酸檸檬酸異戊烯焦磷酸DegradationisconvergentSynth503.分解代謝和合成代謝不是簡單的逆反應，它們通常采用不同的途徑(不同反應、不同部位等)，從而增強生物體對代謝調控的應變能力，避免浪費能量。代謝的一些基本原理和規(guī)律3.分解代謝和合成代謝不是簡單的逆反應，它們通常采用不同的51Opposingpathwayofglycolysisandgluconeogenesisinratliver.Opposingpathwayofglycolysis524.各代謝途徑具有數量不多的通用活化載體（universalactivatedcarrier）。ATP是通用能量載體。NAD＋、NADP＋和FAD、FMN是通用電子載體。乙酰CoA是通用?；d體。其他參見《維生素與輔酶》。代謝的一些基本原理和規(guī)律4.各代謝途徑具有數量不多的通用活化載體（universa53ATPistheuniversalcarrierofmetabolicenergy,

and

ATP-ADPcycleisthefundamentalmodeofenergyexchangeinbiologicalsystems.ATPistheuniversalcarriero54代謝的研究水平課件55代謝的研究水平課件56CoenzymeAisthecarrierofactivatedacylgroups.Acetyl-CoAisthecommondegradativeproductofsugar,fattyacidsandmanyaminoacids.泛酸巰基乙胺CoenzymeAisthecarrierofa57代謝的研究水平課件585.代謝途徑主要由6種化學反應組成，反應機制通常比較簡單。一些代謝途徑有共同順序的化學反應，稱Metabolicmotifs。代謝的一些基本原理和規(guī)律5.代謝途徑主要由6種化學反應組成，反應機制通常比較簡單。59代謝的研究水平課件60MetabolicmotifsMetabolicmotifs61代謝的研究水平課件626.各代謝途徑具有共同的嚴密調節(jié)方式。代謝調節(jié)分為三個水平：—分子水平酶量的調節(jié)（轉錄水平）酶活性的調節(jié)（變構、共價修飾）反應底物的調節(jié)—細胞水平（區(qū)域化調節(jié)）—整體水平調節(jié)（激素和神經調節(jié)）代謝的一些基本原理和規(guī)律6.各代謝途徑具有共同的嚴密調節(jié)方式。代謝的一些基本原理和637.代謝是動態(tài)的。

Theconstancyofmolecularcompositionistheresultofadynamicsteadystate.

（動態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)）代謝的一些基本原理和規(guī)律7.代謝是動態(tài)的。代謝的一些基本原理和規(guī)律64

ThedynamicsteadystateThedynamicsteadyst65代謝途徑的規(guī)律和保守性是生物進化理論的重要依據，體現了生命的統(tǒng)一性。Whathappensinbacteriahappensinhumanbeing！代謝與生物進化代謝途徑的規(guī)律和保守性是生物進化理66例1:NAD＋、NADP＋和FAD等通用電子載體以及ATP（通用能量載體）、CoA（通用?；d體）結構上都有ADP，支持生命的RNA起源學說（TheearlyRNAworld）。代謝與生物進化例1:代謝與生物進化67

NADH、FAD、ATP、CoA結構示意圖NADH、FAD、ATP、CoA結構示意圖68例2:光合磷酸化和氧化磷酸化的普遍存在，成為葉綠體和線粒體起源學說的依據之一。代謝與生物進化例2:代謝與生物進化69

線粒體、葉綠體起源于內共生細菌（endosymbioticbacteria）最早能夠進行產生ATP的有氧代謝的是原核細胞。原始的真核細胞是在無氧條件下生存的，直到它們與這些原核細胞在細胞質內建立共生關系的時候，才獲得氧化磷酸化的功能。經過漫長的進化，細菌的一些基因進入真核細胞的基因組，內共生細菌進化為線粒體。葉綠體的進化途徑相似。線粒體、葉綠體起源于內共生細菌70Aplausibletheoryfortheevolutionaryoriginofmitochondriaandchloroplasts.

Aplausibletheoryfortheevo711.研究材料2.研究水平3.研究方法代謝的研究(了解)1.研究材料代謝的研究(了解)72常見的代謝研究材料：大腸桿菌(Escherichiacoli,E.coli)大腸桿菌噬菌體(BacteriophageLambdaorT4)四膜蟲(Tetrahymenathermophila)小球藻(Chlorellavulgaris)果蠅(Drosophilamelanogaster)鴿(Columbalivia)兔(Lepuscalifornicus)小鼠(Musmusculus)大鼠(Rattusnorvegicus)常見的代謝研究材料：73代謝的研究水平：體內(invivo):生物整體,整體器官,微