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1、Introduction of Metabolism代谢导论,1.1 代谢的基本概念1.2 代谢的主要特点1.3 代谢的一些基本原理和规律1.4 代谢与生物进化1.5 代谢的研究方法1.6 学习的要求和技巧,广义上，代谢指的是生物体与环境之间的物质和能量交换。狭义上，代谢指的是由细胞内所有化学变化组成的高度整合的网络的总称（a highly integrated network of all chemical reactions in a cell）。,什么是代谢（metabolism）？,物质代谢 能量代谢 分解代谢(catabolism):氧化，释放能量 合成代谢(anabolism):还
2、原，需要能量,代谢的类型,代 谢metabolism,合成代谢（anabolism）：小分子合成大分子，需要能量(endergonic)。,分解代谢（catabolism）：大分子分解为小分子，释放能量(exergonic)。,物质代谢能量代谢substance-energy,The CatalysisThe RegulationThe EconomyThe Unity,代谢的主要特点,1.能量代谢在代谢中具有重要的地位。物质代谢是基础，能量代谢是一切生命活动的根本保证。The“energy industry”(production,storage and use)is central to
3、the economy of the cell society!,代谢的一些基本原理和规律,Energy supply and demand in metabolism.,2.代谢途径有线性的、分支的、环形的。分解代谢途径是汇聚的(convergent)；合成代谢途径是散发的(divergent)。,代谢的一些基本原理和规律,Degradation is convergentand energy releasing.,Synthesis is divergentand energy consuming.,The citric acid cycle,乙酰辅酶A,草酰乙酸,柠檬酸,异戊烯焦磷酸,3
4、.分解代谢和合成代谢不是简单的逆反应，它们通常采用不同的途径(不同反应、不同部位等)，从而增强生物体对代谢调控的应变能力，避免浪费能量。,代谢的一些基本原理和规律,Opposing pathway of glycolysis and gluconeogenesis in rat liver.,4.各代谢途径具有数量不多的通用活化载体（universal activated carrier）。ATP是通用能量载体。NAD、NADP和FAD、FMN是通用电子载体。乙酰CoA是通用酰基载体。其他参见维生素与辅酶。,代谢的一些基本原理和规律,ATP is the universal carrier o
5、f metabolic energy,and ATP-ADP cycle is the fundamental mode of energy exchange in biological systems.,Coenzyme A is the carrier of activated acyl groups.Acetyl-CoA is the common degradative product of sugar,fatty acids and many amino acids.,泛酸,巯基乙胺,5.代谢途径主要由6种化学反应组成，反应机制通常比较简单。一些代谢途径有共同顺序的化学反应，称Met
6、abolic motifs。,代谢的一些基本原理和规律,Metabolic motifs,6.各代谢途径具有共同的严密调节方式。代谢调节分为三个水平：分子水平 酶量的调节（转录水平）酶活性的调节（变构、共价修饰）反应底物的调节 细胞水平（区域化调节）整体水平调节（激素和神经调节）,代谢的一些基本原理和规律,7.代谢是动态的。The constancy of molecular composition is the result of a dynamic steady state.（动态的稳定状态）,代谢的一些基本原理和规律,The dynamic steady state,代谢途径的规律和保守
7、性是生物进化理论的重要依据，体现了生命的统一性。What happens in bacteria happens in human being！,代谢与生物进化,例1:NAD、NADP和FAD等通用电子载 体以及ATP（通用能量载体）、CoA（通用酰基载体）结构上都有ADP，支持生命的RNA起源学说（The early RNA world）。,代谢与生物进化,NADH、FAD、ATP、CoA结构示意图,例2:光合磷酸化和氧化磷酸化的普遍存在，成为叶绿体和线粒体起源学说的依据之一。,代谢与生物进化,线粒体、叶绿体起源于内共生细菌（endosymbiotic bacteria）最早能够进行产生AT
8、P的有氧代谢的是原核细胞。原始的真核细胞是在无氧条件下生存的，直到它们与这些原核细胞在细胞质内建立共生关系的时候，才获得氧化磷酸化的功能。经过漫长的进化，细菌的一些基因进入真核细胞的基因组，内共生细菌进化为线粒体。叶绿体的进化途径相似。,A plausible theory for the evolutionary origin of mitochondria and chloroplasts.,1.研究材料2.研究水平3.研究方法,代谢的研究(了解),常见的代谢研究材料：大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)大肠杆菌噬菌体(Bacteriophage Lambda or
9、T4)四膜虫(Tetrahymena thermophila)小球藻(Chlorella vulgaris)果蝇(Drosophila melanogaster)鸽(Columba livia)兔(Lepus californicus)小鼠(Mus musculus)大鼠(Rattus norvegicus),代谢的研究水平：体内(in vivo):生物整体,整体器官,微生物细胞群体外(in vitro)/试管内:组织切片,匀浆液,提取液,代谢常用的研究方法:苯环化合物示踪法 苯甲酸和苯乙酸(例：脂肪酸-氧化)稳定同位素示踪法 常用稳定同位素：2H,15N,13C,18O(例：DNA半保留复制
10、)放射性同位素示踪法 常用放射性同位素：3H,32P,14C(例：三羧酸循环),代谢常用的研究方法:气体测量法(manometric method)研究有气体变化的生物化学反应。利用酶的抑制剂 例：糖酵解途径碘乙酸抑制醛缩酶；呼吸链的研究利用遗传缺乏症 例：苯丙酮尿症与苯丙氨酸代谢途径,重点掌握主要代谢途径、各代谢途径之间的相互联系和调节。理解一些经典实验和理论的研究思路。了解一些重要代谢途径的研究历史和相关科学家所作出的贡献。了解一些当前相关的研究热点。,代谢部分学习的要求,概念反应过程：起始物 终产物 重要中间产物 重要反应(限速酶催化的反应、产能与耗能反应)反应部位：器官，细胞内定位生理意义：如生成ATP的数量代谢调节：主要调节点，主要变构抑制剂、变构激活剂各代谢途径之间的联系和调控,代谢途径学习的技巧,Ch1 代谢导论Ch2 生物能学Ch3 物资运输Ch4 生物氧化Ch5 糖代谢Ch6 光合作用（自学）Ch7 氨基酸代谢Ch8 生物固氮（自学）期中测验,课程安排,Ch9 脂代谢Ch10 核苷酸代谢Ch11 代谢小结Ch12 DNA复制Ch13 RNA转录Ch14 蛋白质合成Ch15 基因表达调控Ch16 基因工程期末考试,课程安排,
