微生物學(xué)代謝總論

微生物學(xué)代謝總論第1頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四新者陳,陳乃謝,新陳恒代謝生則化,化者生,生化即化生動(dòng)態(tài)平衡第2頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四物質(zhì)代謝的特點(diǎn)2、動(dòng)態(tài)平衡，以防止中間產(chǎn)物的堆積和缺乏4、代謝調(diào)節(jié)與協(xié)調(diào)5、組織、器官的代謝各有特色，相互配合形成整體6、ATP是機(jī)體能量利用的共同形式7、NADPH是合成代謝所需的還原當(dāng)量3、代謝聯(lián)系構(gòu)成代謝網(wǎng)絡(luò)1、共有的代謝池8、以糖和脂肪為主要供能物質(zhì)，節(jié)約蛋白質(zhì)9、存在兩用代謝途徑，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)第3頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)新陳代謝的概念和研究方法物質(zhì)代謝的概念新陳代謝（metabolism）是機(jī)體與外界環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)交換的過(guò)程?；A(chǔ)代謝（basalmetabolism）是指人體在清醒而安靜的狀態(tài)中，同時(shí)又沒(méi)有食物的消化與吸收作用的情況下，并處于適宜溫度，所消耗的能量。第4頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四物質(zhì)代謝的研究方法同位素示蹤法：常用同位素的放射性及其半衰期第5頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四致突變法：第6頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)物質(zhì)代謝的相互關(guān)系一、樞紐性中間產(chǎn)物可以溝通不同的代謝通路2、糖、核苷酸代謝的交匯點(diǎn)：5磷酸核糖（5C）3、糖、甘油代謝的交匯點(diǎn)：磷酸二羥丙酮（3C）4、糖、脂、氨基酸分解代謝的交匯點(diǎn)：乙酰輔酶A（2C）5、氨基酸、核苷酸代謝的交匯點(diǎn)：一碳單位（1C）1、糖酵解、異生、有氧氧化、磷酸戊糖途徑及糖原代謝的交匯點(diǎn)：6磷酸葡萄糖（6C水平）6、3個(gè)重要氨基酸與糖代謝的交匯點(diǎn)：Asp-草酰乙酸（4C）；Glu-酮戊二酸(5C)；Ala-丙酮酸(3C)第7頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、糖是良好的碳源，可轉(zhuǎn)變?yōu)椋褐?、氨基酸、膽固醇?但一般不能轉(zhuǎn)變?yōu)橥w2、偶數(shù)碳原子的脂肪酸不能轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?、生糖、生酮、生糖兼生酮的氨基酸5、兩用代謝途徑在物質(zhì)轉(zhuǎn)變中具有重要意義7、奇數(shù)碳原子脂肪酸代謝與糖代謝的交匯點(diǎn)：琥珀酰輔酶A(4C)、乙酰輔酶A(2C)6、3個(gè)重要氨基酸的代謝轉(zhuǎn)變：Asp；Glu；Ala二、不同物質(zhì)之間的代謝轉(zhuǎn)變4、磷酸戊糖途徑可實(shí)現(xiàn)3、4、5、6、7C的轉(zhuǎn)變第8頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、糖類(lèi)、脂類(lèi)是人體的主要供能物質(zhì)2、糖類(lèi)在動(dòng)物供能中的優(yōu)勢(shì)3、脂肪是良好的能量?jī)?chǔ)存形式，相同碳原子的脂肪酸氧化分解時(shí)提供的ATP最多三、能量代謝的共性4、ATP在能量代謝中的中心作用四、細(xì)胞內(nèi)、間的代謝聯(lián)系1、細(xì)胞器之間的代謝分工及合作2、器官之間的代謝分工及合作第9頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第10頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第11頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四生物體內(nèi)的代謝不是孤立，各行其是進(jìn)行的，即相互聯(lián)系轉(zhuǎn)化，協(xié)調(diào)一致，又互相限制制約。體內(nèi)代謝能保持這種動(dòng)態(tài)的平衡，應(yīng)歸功與它的精確的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。1、細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)---通過(guò)對(duì)細(xì)胞內(nèi)酶的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)2、激素水平的調(diào)節(jié)---協(xié)調(diào)不同細(xì)胞間及組織與器官之間的代謝。3、整體水平的調(diào)節(jié)---在神經(jīng)系統(tǒng)參與下由酶和激素共同構(gòu)成的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。第三節(jié)代謝調(diào)控總論第12頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)即是酶的調(diào)節(jié)，它是一切代謝調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，酶的調(diào)節(jié)包括三方面：1、酶結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)：它通過(guò)酶結(jié)構(gòu)的改變，使其活性發(fā)生變化，調(diào)節(jié)特點(diǎn)是產(chǎn)生效應(yīng)快，但時(shí)效短2、酶量的調(diào)節(jié)：通過(guò)改變酶的生成與降解速度來(lái)改變酶活性，特點(diǎn)是速度慢，但調(diào)節(jié)的時(shí)間較長(zhǎng)久3、酶的分布：各種多酶體系在細(xì)胞內(nèi)的分布是區(qū)域化的，同一多酶體系的酶均集中在一定的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中第13頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四各種代謝途徑需多種酶的參與，有些稱(chēng)作關(guān)鍵酶，它們包括催化不可逆反應(yīng)的酶；催化代謝途徑分

叉點(diǎn)的酶；及參與代謝途徑中限速反應(yīng)的酶，限速酶催化的反應(yīng)常是代謝調(diào)節(jié)的樞紐步驟反饋調(diào)節(jié)：代謝終末段的某一產(chǎn)物，可返回影響代謝初的某步反應(yīng)，并對(duì)代謝全程起限速作用，這種調(diào)節(jié)方式叫反饋調(diào)節(jié)，因此種調(diào)節(jié)使反應(yīng)加速的叫正反饋；如使反應(yīng)減速的為負(fù)反饋。第14頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四代謝途徑

主要關(guān)鍵酶

糖原分解

糖原磷酸化酶

糖原合成

糖原合酶

糖酵解

磷酸果糖激酶Ⅰ、己糖激酶、丙酮酸激酶丙酮酸氧化丙酮酸脫氫酶系三羧酸循環(huán)檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α酮戊二酸脫氫酶糖異生

丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖二磷酸酶

磷酸戊糖途徑葡萄糖6磷酸脫氫酶第15頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四脂肪分解激素敏感性甘油三酯脂肪酶

脂肪酸分解

肉毒堿?；D(zhuǎn)移酶

Ⅰ脂肪酸合成乙酰輔酶A羧化酶

酮體生成

HMG-CoA合成酶

酮體利用

琥珀酰輔酶A轉(zhuǎn)硫酶、乙酰乙酰輔酶A合成酶（乙酰乙酸硫激酶）膽固醇合成

HMG-CoA還原酶

膽固醇酯生成

ACAT（細(xì)胞）、LACT（脂蛋白）

尿素生成

CPSⅠ、精氨琥珀酸合成酶第16頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四嘌呤核苷酸從頭合成

PRPP合成酶、酰胺轉(zhuǎn)移酶

嘧啶核苷酸從頭合成

PRPP合成酶、

CPSII嘌呤核苷酸分解

黃嘌呤氧化酶

膽汁酸合成

7-α羥化酶

維生素D3

活化1-α羥化酶

第17頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、酶結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)

1、別構(gòu)調(diào)節(jié)（allostericregulation）某些小分子可與酶蛋白特殊部位結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，由此改變酶活性。別構(gòu)調(diào)節(jié)不引起酶的構(gòu)型變化，不涉及共價(jià)鍵變化。受別位調(diào)節(jié)的酶稱(chēng)為別位酶（別構(gòu)酶--allostericenzyme）能使酶發(fā)生構(gòu)象變化的小分子物質(zhì)為效應(yīng)物或變構(gòu)劑。一般多是代謝物或作用物作用機(jī)制：效應(yīng)物與酶蛋白特定部位以非共價(jià)鍵結(jié)合后，出現(xiàn)次級(jí)鍵的改變，酶蛋白的立體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或引起亞基之間締合狀態(tài)的變化第18頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

一些代謝途徑中的變構(gòu)酶及其效應(yīng)劑第19頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義：調(diào)節(jié)代謝的速度和強(qiáng)度調(diào)節(jié)代謝的方向，由分解該為合成，防止產(chǎn)物過(guò)剩，多余能源合成儲(chǔ)存調(diào)節(jié)能量代謝的平衡【舉例】蛋白激酶A：2個(gè)催化亞基C，2個(gè)調(diào)節(jié)亞基RC與R結(jié)合時(shí)抑制酶活性，當(dāng)變構(gòu)劑cAMP與調(diào)節(jié)亞基R結(jié)合時(shí),使個(gè)催化亞基C與R分離第20頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

蛋白激酶A變構(gòu)調(diào)節(jié)第21頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四【例1】ATP的調(diào)節(jié)作用抑制糖氧化和酵解的酶，使ATP減少激活糖異生，使分解代謝轉(zhuǎn)為合成【例2】檸檬酸的調(diào)節(jié)作用檸檬酸，抑制磷酸果糖激酶。檸檬酸是乙酰CoA羧化酶的激活劑，將糖代謝轉(zhuǎn)為脂肪酸的合成。第22頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、酶的化學(xué)修飾（chemicalmodification）酶蛋白肽鏈上的某些基團(tuán)，在另一種酶的催化下發(fā)生化學(xué)共價(jià)修飾的過(guò)程稱(chēng)為酶的化學(xué)修飾2.1修飾形式：乙?；?、甲基化、腺苷化及磷酸化等，磷酸化是最常見(jiàn)的重要修飾形

【催化磷酸化的蛋白激酶】：通常由一種蛋白激酶催化作用物上的ser/thr磷酸化過(guò)程，此酶又叫絲/蘇蛋白激酶；另一種叫酪氨酸激酶?！玖姿峄稽c(diǎn)】：酶蛋白中帶羥基的氨基酸上，如：絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸第23頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.2酶促化學(xué)修飾的特點(diǎn)修飾過(guò)程需要其它酶的催化，酶從活性到非活性的互變需不同的酶分別催化?；瘜W(xué)修飾引起酶分子共價(jià)鍵的改變，因一個(gè)酶可催化多個(gè)酶蛋白修飾，即出現(xiàn)級(jí)聯(lián)放大作用。修飾過(guò)程需耗能2.3化學(xué)修飾調(diào)節(jié)的生理意義以調(diào)節(jié)代謝的強(qiáng)度為主，也調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)過(guò)程耗能少調(diào)節(jié)速度快、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)有效第24頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四【例1】促進(jìn)糖原分解的糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b(無(wú)活性)糖原磷酸化酶a(有活性)ATPADPPiH2O2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(無(wú)活性)ATPADPPiH2O2糖原合酶激酶糖原合酶磷酸酶【例2】促進(jìn)糖原合成的糖原合酶第25頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四別構(gòu)與化學(xué)修飾協(xié)作效應(yīng)

【例1】肌肉中磷酸化酶b經(jīng)AMP別構(gòu)激活后易接受激酶催化，生成磷酸化酶a；不易受磷酸酶作用脫去p，使磷酸化酶a穩(wěn)定性。區(qū)域化的意義：可避免代謝途徑之間相互干擾。有利于不同調(diào)節(jié)因素對(duì)不同代謝途徑的特異調(diào)節(jié)。區(qū)域分布使代謝物濃度對(duì)代謝速度產(chǎn)生重要影響。二、酶的空間分布3、同工酶（參見(jiàn)“調(diào)節(jié)酶”）第26頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四代謝途徑

亞細(xì)胞定位

糖原分解

細(xì)胞液、微粒體

糖原合成

細(xì)胞液糖酵解

細(xì)胞液丙酮酸氧化線粒體TAC線粒體糖異生

線粒體、細(xì)胞液、微粒體磷酸戊糖途徑細(xì)胞液第27頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四脂肪分解細(xì)胞液脂肪酸分解

線粒體脂肪酸合成細(xì)胞液酮體生成

線粒體

酮體利用

線粒體膽固醇合成

細(xì)胞液、微粒體

膽固醇酯生成

細(xì)胞液、脂蛋白

氧化磷酸化線粒體尿素生成

線粒體、細(xì)胞液第28頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、酶量的調(diào)節(jié)人體通過(guò)改變酶的合成及降解速度，來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量，進(jìn)而影響代謝速度。1、酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏誘導(dǎo)（induction）：使酶的生成增多，增快。阻遏（repression）：使酶的生成減少，減慢。1.1某些小分子物質(zhì)，如代謝物、激素、藥物等，分別對(duì)酶產(chǎn)生誘導(dǎo)或阻遏作用，使酶含量發(fā)生改變，以達(dá)到對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)作用。1.2誘導(dǎo)、阻遏機(jī)理：作用物、激素、藥物誘導(dǎo)酶蛋白合成酶量酶活性（誘導(dǎo)劑）反應(yīng)終產(chǎn)物阻遏酶蛋白合成酶量酶活性第29頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四作用物的誘導(dǎo)作用：受酶催化的作用物，可以誘導(dǎo)該酶的合成?！纠?】大腸桿菌無(wú)乳糖無(wú)分解乳糖的酶乳糖-半乳糖苷酶合成【例2】Helacell精aa

精aa酶合成（3~5倍）藥物的誘導(dǎo)作用：藥物使肝微粒體內(nèi)加單氧酶合成，分解藥物能力

易產(chǎn)生耐藥。藥物作用微粒體誘導(dǎo)加單氧酶合成加速藥物氧化失活激素誘導(dǎo)（略）產(chǎn)物的阻遏作用：終產(chǎn)物反饋?zhàn)瓒舸x中的關(guān)鍵酶。