微生物学代谢总论

微生物学代谢总论第一页，共三十页，2022年，8月28日新者陈,陈乃谢,新陈恒代谢生则化,化者生,生化即化生动态平衡第二页，共三十页，2022年，8月28日物质代谢的特点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，简化机构第三页，共三十页，2022年，8月28日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（basalmetabolism）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。第四页，共三十页，2022年，8月28日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第五页，共三十页，2022年，8月28日致突变法：第六页，共三十页，2022年，8月28日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)第七页，共三十页，2022年，8月28日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的转变第八页，共三十页，2022年，8月28日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第九页，共三十页，2022年，8月28日第十页，共三十页，2022年，8月28日第十一页，共三十页，2022年，8月28日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第十二页，共三十页，2022年，8月28日一、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第十三页，共三十页，2022年，8月28日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。第十四页，共三十页，2022年，8月28日代谢途径

主要关键酶

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脱氢酶系三羧酸循环柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α酮戊二酸脱氢酶糖异生

丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖二磷酸酶

磷酸戊糖途径葡萄糖6磷酸脱氢酶第十五页，共三十页，2022年，8月28日脂肪分解激素敏感性甘油三酯脂肪酶

脂肪酸分解

肉毒碱酰基转移酶

Ⅰ脂肪酸合成乙酰辅酶A羧化酶

酮体生成

HMG-CoA合成酶

酮体利用

琥珀酰辅酶A转硫酶、乙酰乙酰辅酶A合成酶（乙酰乙酸硫激酶）胆固醇合成

HMG-CoA还原酶

胆固醇酯生成

ACAT（细胞）、LACT（脂蛋白）

尿素生成

CPSⅠ、精氨琥珀酸合成酶第十六页，共三十页，2022年，8月28日嘌呤核苷酸从头合成

PRPP合成酶、酰胺转移酶

嘧啶核苷酸从头合成

PRPP合成酶、

CPSII嘌呤核苷酸分解

黄嘌呤氧化酶

胆汁酸合成

7-α羟化酶

维生素D3

活化1-α羟化酶

第十七页，共三十页，2022年，8月28日一、酶结构的调节

1、别构调节（allostericregulation）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--allostericenzyme）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第十八页，共三十页，2022年，8月28日

一些代谢途径中的变构酶及其效应剂第十九页，共三十页，2022年，8月28日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RC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分离第二十页，共三十页，2022年，8月28日

蛋白激酶A变构调节第二十一页，共三十页，2022年，8月28日【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。第二十二页，共三十页，2022年，8月28日2、酶的化学修饰（chemicalmodification）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、酪氨酸第二十三页，共三十页，2022年，8月28日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、经济有效第二十四页，共三十页，2022年，8月28日【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)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(无活性)ATPADPPiH2O2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第二十五页，共三十页，2022年，8月28日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”）第二十六页，共三十页，2022年，8月28日代谢途径

亚细胞定位

糖原分解

细胞液、微粒体

糖原合成

细胞液糖酵解

细胞液丙酮酸氧化线粒体TAC线粒体糖异生

线粒体、细胞液、微粒体磷酸戊糖途径细胞液第二十七页，共三十页，2022年，8月28日脂肪分解细胞液脂肪酸分解

线粒体脂肪酸合成细胞液酮体生成

线粒体

酮体利用

线粒体胆固醇合成

细胞液、微粒体

胆固醇酯生成

细胞液、脂蛋白

氧化磷酸化线粒体尿素生成

线粒体、细胞液第二十八页，共三十页，2022年，8月28日三、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第二十九页，共三十页，2022年，8月28日作用物的诱导作用：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】Helacell精aa

精aa酶合成（3~5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。