專題二細(xì)胞代謝第一講目錄CONTENCT細(xì)胞代謝概述細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換與利用物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式及調(diào)控機(jī)制基因表達(dá)調(diào)控在細(xì)胞代謝中作用細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑及其在代謝中作用細(xì)胞自噬、凋亡等過(guò)程在代謝中作用01細(xì)胞代謝概述定義特點(diǎn)細(xì)胞代謝定義與特點(diǎn)細(xì)胞代謝是指細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的所有化學(xué)反應(yīng)的總稱，包括物質(zhì)代謝和能量代謝兩個(gè)方面。細(xì)胞代謝是一個(gè)復(fù)雜而有序的過(guò)程，涉及多種酶、輔酶和代謝中間產(chǎn)物，具有高度的組織性和協(xié)調(diào)性。揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)指導(dǎo)醫(yī)學(xué)實(shí)踐促進(jìn)生物工程發(fā)展細(xì)胞代謝是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，通過(guò)研究細(xì)胞代謝可以揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。細(xì)胞代謝的異常與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，研究細(xì)胞代謝可以為疾病的預(yù)防、診斷和治療提供理論依據(jù)。通過(guò)調(diào)控細(xì)胞代謝途徑，可以實(shí)現(xiàn)生物產(chǎn)品的優(yōu)化生產(chǎn)和廢棄物的資源化利用，推動(dòng)生物工程領(lǐng)域的發(fā)展。細(xì)胞代謝研究意義80%80%100%細(xì)胞代謝與生命活動(dòng)關(guān)系細(xì)胞代謝產(chǎn)生的能量和物質(zhì)是維持生命活動(dòng)所必需的，如細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)合成等。細(xì)胞代謝可以響應(yīng)環(huán)境的變化，如溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等的變化，通過(guò)調(diào)整代謝途徑來(lái)維持細(xì)胞的正常生理功能。細(xì)胞代謝中間產(chǎn)物可以作為信號(hào)分子參與細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程，從而影響細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和凋亡等。維持生命活動(dòng)響應(yīng)環(huán)境變化參與信號(hào)傳導(dǎo)02細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換與利用ATP合成與分解途徑在細(xì)胞內(nèi)，ATP的合成主要通過(guò)底物水平磷酸化和氧化磷酸化兩種途徑完成。底物水平磷酸化是指物質(zhì)在脫氫或脫水過(guò)程中產(chǎn)生高能代謝物，并直接將高能代謝物中能量轉(zhuǎn)移到ADP生成ATP的過(guò)程。氧化磷酸化則發(fā)生在線粒體中，通過(guò)呼吸鏈電子傳遞和氧化磷酸化偶聯(lián)作用，將NADH和FADH2中的能量轉(zhuǎn)化為ATP。ATP合成途徑ATP的分解是通過(guò)水解作用實(shí)現(xiàn)的，水解后生成ADP和磷酸根，同時(shí)釋放出能量供細(xì)胞各種生命活動(dòng)所需。ATP分解途徑NADH和FADH2的氧化在呼吸鏈中，NADH和FADH2作為還原當(dāng)量，通過(guò)一系列酶促反應(yīng)將電子傳遞給氧，最終生成水。這一過(guò)程中，電子按照特定的順序傳遞，形成呼吸鏈。呼吸鏈的組成呼吸鏈由多種酶和輔酶組成，包括NADH-Q還原酶、琥珀酸-Q還原酶、細(xì)胞色素還原酶等。這些酶和輔酶按照一定的順序排列，構(gòu)成電子傳遞的通路。氧化磷酸化與電子傳遞的偶聯(lián)在呼吸鏈中，電子傳遞與氧化磷酸化緊密偶聯(lián)。當(dāng)NADH和FADH2將電子傳遞給氧時(shí)，通過(guò)一系列酶促反應(yīng)驅(qū)動(dòng)ADP磷酸化生成ATP。這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換和利用。呼吸鏈電子傳遞過(guò)程該假說(shuō)認(rèn)為，線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈酶復(fù)合物通過(guò)構(gòu)象變化將質(zhì)子從線粒體基質(zhì)泵入膜間隙，形成跨膜質(zhì)子梯度。當(dāng)質(zhì)子通過(guò)ATP合酶復(fù)合物返回線粒體基質(zhì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)ADP磷酸化生成ATP。氧化磷酸化的化學(xué)滲透假說(shuō)細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP比值和氧化還原狀態(tài)是調(diào)節(jié)氧化磷酸化的主要因素。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP需求增加時(shí)，ATP/ADP比值下降，促進(jìn)氧化磷酸化過(guò)程加速進(jìn)行；反之，當(dāng)ATP供應(yīng)充足時(shí)，氧化磷酸化過(guò)程減緩。此外，氧化還原狀態(tài)也通過(guò)影響呼吸鏈酶的活性來(lái)調(diào)節(jié)氧化磷酸化的速率。氧化磷酸化的調(diào)節(jié)氧化磷酸化作用機(jī)制03物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式及調(diào)控機(jī)制脂溶性物質(zhì)或少數(shù)不帶電荷的極性小分子（如O2、CO2、N2、NH3、類固醇激素、乙醇、尿素、甘油、水等）順著細(xì)胞膜內(nèi)外側(cè)濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程。簡(jiǎn)單擴(kuò)散非脂溶性或親水性物質(zhì)，如Na+、K+、Cl-等離子，葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通過(guò)細(xì)胞膜脂質(zhì)雙分子層，需要在細(xì)胞膜特殊蛋白質(zhì)的幫助下，順濃度差或電位差跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程。易化擴(kuò)散被動(dòng)運(yùn)輸：簡(jiǎn)單擴(kuò)散和易化擴(kuò)散鈉鉀泵每消耗1分子的ATP，就逆濃度梯度將3個(gè)Na+泵出細(xì)胞外，將2個(gè)K+泵入細(xì)胞內(nèi)。鈉鉀泵的直接效應(yīng)是維持細(xì)胞膜兩側(cè)Na+和K+的濃度差，使細(xì)胞外液中的Na+濃度達(dá)到胞質(zhì)內(nèi)的10倍左右，細(xì)胞內(nèi)的K+濃度達(dá)到細(xì)胞外液的30倍左右。鈣泵鈣泵每分解一分子ATP，可轉(zhuǎn)運(yùn)兩個(gè)Ca2+。其激活依賴于胞質(zhì)溶膠中Ca2+濃度的升高。鈣泵的作用是將Ca2+從細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)庫(kù)（如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）中儲(chǔ)存起來(lái)，以維持細(xì)胞質(zhì)中極低的游離Ca2+濃度（10-7～10-8mol/L）。主動(dòng)運(yùn)輸：鈉鉀泵和鈣泵工作原理VS細(xì)胞從胞外獲取大分子和顆粒狀物質(zhì)的一種重要方式，它是真核細(xì)胞中普遍存在的一種生理現(xiàn)象。內(nèi)吞作用被看作是與細(xì)胞膜的受體介導(dǎo)的運(yùn)輸（receptormediatedtransport）密切相關(guān)的過(guò)程，在形態(tài)上表現(xiàn)為質(zhì)膜向內(nèi)凹陷形成膜包被的囊泡；在功能上實(shí)現(xiàn)外源物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)的集運(yùn)。外排細(xì)胞通過(guò)外排作用向胞外分泌的物質(zhì)一般都是在細(xì)胞內(nèi)合成的。有些細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)不斷向外界分泌顆粒狀物質(zhì)，這些顆粒有的聚集在細(xì)胞表面，有的則直接進(jìn)入周圍的環(huán)境中。細(xì)胞分泌顆粒的方式也是多種多樣的。外排過(guò)程中一般涉及能量的消耗和分泌顆粒的跨膜運(yùn)輸。內(nèi)吞膜泡運(yùn)輸：內(nèi)吞和外排過(guò)程04基因表達(dá)調(diào)控在細(xì)胞代謝中作用010203轉(zhuǎn)錄因子表觀遺傳學(xué)修飾RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控機(jī)制通過(guò)與DNA結(jié)合，激活或抑制特定基因的轉(zhuǎn)錄。通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)和DNA甲基化等方式，影響基因轉(zhuǎn)錄。識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子，啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程。翻譯起始因子翻譯延伸因子翻譯終止因子翻譯水平調(diào)控機(jī)制促進(jìn)核糖體在mRNA上的移動(dòng)，使蛋白質(zhì)合成得以延續(xù)。識(shí)別并結(jié)合終止密碼子，使核糖體從mRNA上脫落，終止蛋白質(zhì)合成。協(xié)助核糖體識(shí)別并結(jié)合mRNA的起始部位，啟動(dòng)蛋白質(zhì)合成。通過(guò)改變蛋白質(zhì)構(gòu)象和活性，影響其在細(xì)胞代謝中的作用。磷酸化/去磷酸化糖基化/去糖基化乙?；?去乙?；绊懙鞍踪|(zhì)的穩(wěn)定性、定位和相互作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝。通過(guò)改變蛋白質(zhì)電荷和構(gòu)象，影響其與其他分子的相互作用和代謝功能。030201蛋白質(zhì)修飾對(duì)代謝影響05細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑及其在代謝中作用G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)和功能G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）是一類膜蛋白受體，通過(guò)與配體結(jié)合激活G蛋白，進(jìn)而調(diào)節(jié)下游效應(yīng)器的活性。G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程配體與GPCRs結(jié)合后，引起受體構(gòu)象改變，激活與之偶聯(lián)的G蛋白?；罨腉蛋白釋放其α亞基，激活或抑制下游效應(yīng)器，如腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C等，從而產(chǎn)生第二信使，如cAMP、DAG等，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。G蛋白偶聯(lián)受體在細(xì)胞代謝中的作用GPCRs通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)第二信使的水平，參與多種細(xì)胞代謝過(guò)程，如糖代謝、脂肪代謝、蛋白質(zhì)代謝等。同時(shí)，GPCRs也參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡等生命活動(dòng)的調(diào)控。G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)途徑酶聯(lián)型受體的結(jié)構(gòu)和功能01酶聯(lián)型受體（Enzyme-LinkedReceptors）是一類具有酶活性的膜蛋白受體，其胞內(nèi)部分具有催化功能，能夠?qū)⒓?xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)化學(xué)信號(hào)。酶聯(lián)型受體介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程02配體與酶聯(lián)型受體結(jié)合后，引起受體構(gòu)象改變，激活受體的酶活性?；罨氖荏w催化底物生成第二信使，如磷酸化產(chǎn)物、活性氧等，從而引發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。酶聯(lián)型受體在細(xì)胞代謝中的作用03酶聯(lián)型受體通過(guò)催化底物生成第二信使，參與多種細(xì)胞代謝過(guò)程的調(diào)節(jié)，如糖酵解、糖異生、脂肪酸氧化等。同時(shí)，酶聯(lián)型受體也參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、遷移等生命活動(dòng)的調(diào)控。酶聯(lián)型受體介導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)途徑非酶聯(lián)型受體的結(jié)構(gòu)和功能非酶聯(lián)型受體（Non-Enzyme-LinkedReceptors）是一類不具有酶活性的膜蛋白受體，通過(guò)與其他蛋白相互作用傳遞信號(hào)。非酶聯(lián)型受體介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程配體與非酶聯(lián)型受體結(jié)合后，引起受體構(gòu)象改變，招募并激活下游信號(hào)蛋白。這些信號(hào)蛋白進(jìn)一步激活或抑制下游效應(yīng)器，如轉(zhuǎn)錄因子、激酶等，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞代謝。非酶聯(lián)型受體在細(xì)胞代謝中的作用非酶聯(lián)型受體通過(guò)調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞代謝相關(guān)蛋白的活性，參與多種細(xì)胞代謝過(guò)程的調(diào)控，如葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、脂肪酸合成、膽固醇代謝等。同時(shí)，非酶聯(lián)型受體也參與細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡等生命活動(dòng)的調(diào)控。非酶聯(lián)型受體介導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)途徑06細(xì)胞自噬、凋亡等過(guò)程在代謝中作用

自噬對(duì)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)維持意義降解受損或多余細(xì)胞器通過(guò)自噬作用，細(xì)胞能夠降解受損或多余的細(xì)胞器，從而維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的清潔和穩(wěn)定?；厥绽眉?xì)胞成分自噬過(guò)程可以將細(xì)胞內(nèi)的某些成分降解并回收利用，為細(xì)胞提供能量和合成新物質(zhì)的原料。應(yīng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)缺乏和應(yīng)激在營(yíng)養(yǎng)缺乏或應(yīng)激條件下，細(xì)胞可以通過(guò)自噬作用降解自身成分以提供能量和應(yīng)對(duì)不良環(huán)境。03免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)凋亡細(xì)胞能夠被免疫系統(tǒng)識(shí)別和清除，從而引發(fā)免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)。01細(xì)胞程序性死亡凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡方式，對(duì)于維持組織穩(wěn)態(tài)和消除潛在有害細(xì)胞具有重要作用。02細(xì)胞周期調(diào)控凋亡過(guò)程與細(xì)胞周期調(diào)控密切相關(guān)，可以影響細(xì)胞的增殖和分化