11 生命的主要特色——代谢网络.pptVIP

清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件 概 述 什么是网络(network)? 指把所有相关的事物连接起来形成的一个巨大的系统,常作为一个整体看待的、由相互连接的元件所构成的集。 近十几年来的网络化时代都带来了什么变化？（网络电视、网络游戏、网络营销……） 联系密切（世界范围）； 资源共享（世界范围）； 集团优势的充分体现…… 几亿年前生物小小的细胞内就已经进化出了网络化行为——代谢网络。 什么是代谢网络(metabolic network)? 由生物体内所有的代谢反应或途径，以及相关的调节过程所构成的复杂网络系统。 通过代谢途径交叉点上的关键中间产物实现各代谢途径间的联系与转化。 代谢网络有什么益处？ 资源共享—途径。 在满足需要的前提下，互通有无，最大限度的减少酶、代谢途径及中间产物的数量。 11.1 代谢网络的特点 11.2 细胞水平的代谢网络 11.3 器官水平的代谢网络 11.4 整体水平的代谢网络 11.5 代谢组学与相关组学 11.1 代谢网络的特点 复杂代谢网络的特点是大量的要素和许多规章制度的循环。 代谢网络具有整体性。 代谢网络具有复杂性。 代谢网络具有可调性。 代谢网络具有特异性。 代谢网络具有无尺度性。 (1) 组成和结构的整体性。 (2) 代谢活动和调节的整体性。 (3) 代谢物来源的整体性。 (1) 组成和结构的整体性 网络的节点——代谢物 各节点间的连接——酶促反应、调节 反应和物质转运反应 (2) 代谢活动和调节的整体性 食物中的混合营养成分经消化吸收到体内后的代谢是同时进行的，且各种物质代谢之间和各条代谢途径之间彼此互相联系，或相互转变，或相互依存，或相互制约，从而构成统一的整体。 (3) 代谢物来源的整体性 体内各种代谢物无论是从外界摄入的还是体内产生的，均混合在一起构成各自的代谢池，分布于全身各处进行代谢。 (1) 网络结构的复杂性。 (2) 功能属性的复杂性。 (1) 网络结构的复杂性 代谢网络由若干不同的代谢途径所构成。包括直线途径、分支途径、循环途径、反馈途径、交叉途径等形式，从而使代谢网络的结构具有复杂性。 (2) 功能属性的复杂性 物质代谢与能量代谢相偶联 合成代谢与分解代谢相偶联 代谢反应与调节反应相偶联 不同物质代谢途径之间相偶联 使代谢网络表现出不同于单一代谢途径的新的功能属性。 自适应(self-adaption） 代谢网络可根据内外环境因素的改变，“自动地”对代谢过程进行相应的调节、处理和整合，以适应环境的变化，这一功能属性称为自适应。 由神经、体液、细胞内酶、细胞间隔等组成的一套调控系统，对代谢网络进行精细、完善而又复杂的调控。 (1)组织细胞特异性。 (2)发育阶段特异性。 无尺度性(free scale) 指在代谢网络中，个别代谢物比其他代谢物参与了更多的化学反应，它们在网络中处于更为重要的地位。 如ATP、NAD+、NADPH、乙酰CoA、6-磷酸葡萄糖等。 (1)ATP是生物体能量储存与利用的共同形式； (2)NAD+是大部分不需氧脱氢反应共同的受氢体； (3)NADPH为大多数代谢物的合成提供还原力； (4)乙酰CoA是糖、脂、蛋白质三大物质代谢共同的枢纽点； (5)6-磷酸葡萄糖是各条糖代谢途径的中间转换点。 1. 细胞水平代谢网络与物质互变。 2. 细胞水平代谢网络与能量代谢。 3. 细胞水平代谢网络的调节。 细胞水平的代谢网络：由细胞内所有的代谢物及其相关的代谢反应和代谢途径、调节反应和物质转运反应所构成。 通过细胞水平的代谢网络，糖、脂肪、氨基酸和核苷酸四大类物质之间可以在一定程度上实现相互转变。 糖、脂类、蛋白质、核酸代谢之间的联系 (1) 糖代谢与脂类代谢的相互联系 (2) 糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 (3) 脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系 (1) 糖可以转变成脂类，但脂类中仅甘油和丙酰CoA部分可以转变成糖； (2) 糖能转变成非必需氨基酸，但大多数氨基酸可以转变成糖； (3) 脂类仅甘油部分可以转变成氨基酸，但氨基酸可以转变成脂类； (4) 氨基酸和糖均可以转变成核苷酸，但脂类仅甘油部份可以转变成核苷酸。 糖——机体的“燃烧材料”。 脂肪——机体的“储能材料”。 蛋白质——机体的“建筑材料”。 代谢调节机制： 细胞水平代谢网络调节 器官水平代谢网络调节 整体水平代谢网络调节 统称为三级水平代谢网络调节。 细胞水平代谢网络调节机制： (1)代谢区室的调节 (2)变构调