代謝總論課件

第十九章代謝總論Ametabolicmap,ByD.E.Nicholson,UniversityofLeeds,U.K.新陳代謝圖示主要內(nèi)容分解代謝與合成代謝高能化合物在新陳代謝中的重要作用新陳代謝的調(diào)節(jié)代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制代謝的研究方法幾個(gè)概念新陳代謝

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)所經(jīng)歷的一切化學(xué)變化總稱為新陳代謝代謝中間產(chǎn)物

代謝過(guò)程中連續(xù)轉(zhuǎn)變的酶促產(chǎn)物中間代謝

新陳代謝途徑中的個(gè)別環(huán)節(jié)、個(gè)別步驟主要代謝途徑

代謝網(wǎng)絡(luò)中一些具有共同規(guī)律的途徑Themetabolicmapasasetofdotsandlines,ByB.Alberts1.分解代謝與合成代謝分解代謝catabolism

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物通過(guò)一系列反應(yīng)步驟轉(zhuǎn)變成小的，簡(jiǎn)單的物質(zhì)的過(guò)程，總體來(lái)看，分解代謝的終產(chǎn)物是CO2、NH3、和水，同時(shí)伴隨著大量化學(xué)能被釋放出來(lái)，所以分解代謝又叫產(chǎn)能代謝。合成代謝anabolismorbiosynthesis是生物體利用小分子或大分子的結(jié)構(gòu)元件建造成自身大分子的過(guò)程，屬于耗能代謝Parallelpathwaysofcatabolismandanabolismmustdifferinatleastonemetabolicstepinorderthattheycanberegulatedindependently.同一種物質(zhì)其分解代謝與合成代謝的途徑一般是不相同的，這使得生物機(jī)體增加了體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的數(shù)量并使代謝調(diào)控具有更大的靈活性與應(yīng)變性。分解代謝與合成代謝生物機(jī)體的分解代謝與合成代謝是同時(shí)發(fā)生的，但在細(xì)胞的不同部位進(jìn)行。這稱為區(qū)室化-----compartmentation區(qū)室化通過(guò)幾種方式影響代謝反應(yīng)。在真核生物中，區(qū)室化將整個(gè)代謝途徑完全分隔在特定的亞細(xì)胞區(qū)域。將降解和合成途徑分開有許多優(yōu)越性，最主要的是可以避免兩個(gè)方向相反的反應(yīng)彼此會(huì)部分或完全抵消。

區(qū)室化通過(guò)區(qū)室的通透特性也可以調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)，通過(guò)區(qū)室膜有選擇的通透（或轉(zhuǎn)運(yùn)）可以調(diào)控底物進(jìn)入?yún)^(qū)室和從區(qū)室輸出產(chǎn)物，因?yàn)閰^(qū)室內(nèi)底物和產(chǎn)物的相對(duì)濃度轉(zhuǎn)而影響酶促反應(yīng)。另外區(qū)室化與影響代謝物跨細(xì)胞膜或亞細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)的激素的作用緊密相連。在哺乳動(dòng)物中，不同的區(qū)室之間都是通過(guò)復(fù)雜的方式聯(lián)系在一起的。分解代謝與合成代謝分解代謝與合成代謝區(qū)室化的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分解代謝與合成代謝Compartmentalizationofglycolysis,thecitricacidcycle,andoxidativephosphorylation2.高能化合物在新陳代謝中的重要作用熱力學(xué)原理是代謝研究的基礎(chǔ)，吉布斯自由能是生物化學(xué)中的主要熱力學(xué)函數(shù)偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化是可加和的。其意義在于一個(gè)熱力學(xué)上不利的反應(yīng)可以被熱力學(xué)有利的反應(yīng)所驅(qū)動(dòng)。AB+CΔGo’=+5Kcal/molBDΔGo’=-8Kcal/molAC+DΔGo’=-3Kcal/mol高能化合物：水解后可釋放出大量能量的化合物，△G<-5Kcal/mol。1、高能磷酸化合物：將高能量?jī)?chǔ)存在磷酯鍵中的化合物，其磷酯鍵用“～”表示，區(qū)別于“－”。

2、其它高能化合物：乙酰CoA、NADH、NADPH、FADH2高能化合物在新陳代謝中的重要作用高能化合物在新陳代謝中的重要作用在分解代謝中起捕獲和貯藏能量的是ATP（腺嘌呤核苷三磷酸或腺苷三磷酸）ATP中有二個(gè)高能磷酸鍵高能化合物在新陳代謝中的重要作用由谷氨酸和氨合成谷氨酰胺的反應(yīng)是ATP的自由能驅(qū)動(dòng)的能夠直接供能的核苷酸類分子除ATP外還有GTP（鳥苷三磷酸）UTP（尿苷三磷酸）和CTP（胞苷三磷酸）高能化合物在新陳代謝中的重要作用高能化合物在新陳代謝中的重要作用儲(chǔ)備高能磷酸的分子稱之磷酸原(phosphagens)，例如在動(dòng)物肌肉細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的磷酸肌酸和磷酸精氨酸，在脊椎動(dòng)物的肌肉中，大量的磷酸肌酸是在ATP供應(yīng)充足時(shí)生成的。在靜止的肌肉中，磷酸肌酸的濃度大約是ATP的5倍。當(dāng)需要ATP時(shí)，肌酸激酶催化激活的磷?；鶊F(tuán)從磷酸肌酸轉(zhuǎn)移給ADP，快速地補(bǔ)充ATP。在許多無(wú)脊椎動(dòng)物（例如軟體動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物）中，磷酸精氨酸是激活的磷?；鶊F(tuán)的來(lái)源。輔酶I（NAD）和輔酶II（NADP）以氫原子和電子的形式將自由能轉(zhuǎn)移給生物合成需能反應(yīng)。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，NADH氧化所釋放出的能量是-220KJ/mol，足可以驅(qū)動(dòng)幾個(gè)ATP分子的形成。尼克酰胺腺嘌呤核苷高能化合物在新陳代謝中的重要作用高能化合物在新陳代謝中的重要作用FMN（黃素腺嘌呤單核苷酸）和FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）在呼吸鏈中起傳遞H和電子的作用。FAD高能化合物在新陳代謝中的重要作用FAD+-CH2-CH2-FADH2+-CH=CH-高能化合物在新陳代謝中的重要作用輔酶A（coenzymeA）它由腺嘌呤、D-核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸和巰基乙胺組成。巰基是CoA的活性基團(tuán)。它在酶促反應(yīng)中主要起接受乙?；淖饔?，生成乙酰輔酶A（CH3COSCoA）CH3COSCoA是一高能化合物高能化合物在新陳代謝中的重要作用新陳代謝的調(diào)節(jié)分子水平調(diào)節(jié)包括反應(yīng)物和產(chǎn)物的調(diào)節(jié)，主要是濃度和酶的調(diào)節(jié)，酶的調(diào)節(jié)主要是酶濃度和酶活性調(diào)節(jié)（變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)）。細(xì)胞水平調(diào)節(jié)細(xì)胞的分隔作用(Compartmentation)。整體水平調(diào)節(jié)多細(xì)胞生物的調(diào)節(jié)。主要有激素調(diào)節(jié)、神經(jīng)調(diào)節(jié)。除此之外還有基因表達(dá)調(diào)控代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)氧化-還原反應(yīng)消除、異構(gòu)化和重排反應(yīng)碳-碳鍵的形成或斷裂反應(yīng)代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)

親電子基團(tuán)從一個(gè)親核體轉(zhuǎn)移到另一處親核體上，如?；⒘姿峄⑵咸腔霓D(zhuǎn)移等。?；衔?X四面體中間產(chǎn)物?；衔?Y胰蛋白酶水解肽鍵就是一個(gè)典型例子代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制磷?；D(zhuǎn)移反應(yīng)在代謝中具有特殊意義：活化代謝中間物代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制氧化-還原反應(yīng)

即電子的得失反應(yīng)，在代謝中非常多，如NAD+形成NADH，F(xiàn)AD形成FADH2。電子受體電子供體代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制多數(shù)生物氧化中，化合物失去2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)電子，這些反應(yīng)統(tǒng)稱為脫氫反應(yīng)，對(duì)應(yīng)的酶稱為脫氫酶。代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制消除、異構(gòu)化和重排反應(yīng)消除反應(yīng)如C=C的形成；異構(gòu)化反應(yīng)如醛糖與酮糖的異構(gòu)反應(yīng)；分子重排反應(yīng)如L-甲基丙二酰單酰輔酶A經(jīng)甲基丙二酰單酰輔酶A變位酶作用變成琥珀酰輔酶A。代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制消除、異構(gòu)化和重排反應(yīng)消除反應(yīng)如C=C的形成；三種可能的機(jī)制：協(xié)同機(jī)制、正碳離子機(jī)制、負(fù)碳離子機(jī)制。經(jīng)過(guò)碳正離子的機(jī)制的醇消除反應(yīng)代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制消除、異構(gòu)化和重排反應(yīng)2.異構(gòu)化反應(yīng)如醛糖與酮糖的異構(gòu)反應(yīng)；代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制消除、異構(gòu)化和重排反應(yīng)3.分子重排反應(yīng)如L-甲基丙二酰單酰輔酶A經(jīng)甲基丙二酰單酰輔酶A變位酶作用變成琥珀酰輔酶A。代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制碳-碳鍵的形成或斷裂反應(yīng)

這類反應(yīng)主要有羥醛縮合反應(yīng)（糖代謝中）、克萊森酯縮合反應(yīng)（合成檸檬酸反應(yīng)）、-酮酸的氧化脫羧（異檸檬酸脫氫酶催化的脫羧）反應(yīng)代謝中常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制克萊森酯縮合反應(yīng)——合成檸檬酸反應(yīng)+E-His烯醇式負(fù)碳離子草酰乙酸Si