第四章-細胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控

1、第四章 細胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控生物科學與技術學院動物的細胞培養(yǎng)是指從活的機體中取出細胞，模擬機體內(nèi)生理條件，在體外建立無菌、適溫和一定營養(yǎng)條件等，使之生長和生存，并維持其結構和功能的技術。從生物體內(nèi)取出細胞，模擬體內(nèi)生理環(huán)境，在無菌、適當溫度和一定營養(yǎng)條件下，使之生存、生長并維持其結構和功能的方法 。將組織塊用機械方法或酶解法分離成單個細胞，做成細胞懸液，再培養(yǎng)于固體基質(zhì)上，成單層細胞生長，或在培養(yǎng)液中呈懸浮狀態(tài)培養(yǎng)的技術稱為細胞培養(yǎng)。第一節(jié)第一節(jié) 細胞培養(yǎng)細胞培養(yǎng)體外細胞培養(yǎng)物的生長類型體外細胞培養(yǎng)物的生長類型 按生長方式劃分：按生長方式劃分：1 1、粘附型、粘附型細胞細胞: :也叫貼壁型，附著

2、在某一固相支持物表面才能生長的細胞。也叫貼壁型，附著在某一固相支持物表面才能生長的細胞。2 2、懸浮型、懸浮型細胞細胞: :不必附著于固相支持物表面，而在懸浮狀態(tài)下即可生長的細胞。不必附著于固相支持物表面，而在懸浮狀態(tài)下即可生長的細胞。3 3、半貼壁型、半貼壁型細胞：細胞可在懸浮狀態(tài)生長，也可以在一定條件下貼壁生長。細胞：細胞可在懸浮狀態(tài)生長，也可以在一定條件下貼壁生長。p 基本上植物細胞都是懸浮型細胞培養(yǎng)方式，動物細胞是粘附型細胞培養(yǎng)方式?；旧现参锛毎际菓腋⌒图毎囵B(yǎng)方式，動物細胞是粘附型細胞培養(yǎng)方式。 p 絕大多數(shù)動物細胞屬粘附型細胞，只有少數(shù)細胞類型如某些腫瘤細胞和白細胞可在懸浮絕大

3、多數(shù)動物細胞屬粘附型細胞，只有少數(shù)細胞類型如某些腫瘤細胞和白細胞可在懸浮狀態(tài)下生長。狀態(tài)下生長。細胞貼壁過程細胞貼壁過程p貼附貼附p接觸抑制接觸抑制p密度抑制密度抑制細胞呈貼壁生長細胞呈貼壁生長, ,梭形或不規(guī)則形梭形或不規(guī)則形, , 在粘附因在粘附因子的作用下，細胞生出偽足，偽足越多，貼壁子的作用下，細胞生出偽足，偽足越多，貼壁越好。越好。細胞在生長過程中達到相互接觸時停止分細胞在生長過程中達到相互接觸時停止分裂的現(xiàn)象。因此，貼壁細胞通常都是單層裂的現(xiàn)象。因此，貼壁細胞通常都是單層細胞培養(yǎng)狀態(tài)。細胞培養(yǎng)狀態(tài)。細胞接觸后，雖發(fā)生接觸抑制，但只要營細胞接觸后，雖發(fā)生接觸抑制，但只要營養(yǎng)充分，細胞

4、仍會增殖分裂，細胞數(shù)量仍養(yǎng)充分，細胞仍會增殖分裂，細胞數(shù)量仍在增多。但當細胞密度進一步增大，培養(yǎng)在增多。但當細胞密度進一步增大，培養(yǎng)液中營養(yǎng)成分減少，液中營養(yǎng)成分減少， 代謝產(chǎn)物增多時，代謝產(chǎn)物增多時，細胞因營養(yǎng)的枯竭和代謝物的影響，則發(fā)細胞因營養(yǎng)的枯竭和代謝物的影響，則發(fā)生密度抑制，導致細胞分裂停止。生密度抑制，導致細胞分裂停止。粘附型細胞分為：粘附型細胞分為：1 1、成纖維細胞型：、成纖維細胞型：似體內(nèi)成纖維細胞的形態(tài)，似體內(nèi)成纖維細胞的形態(tài)，胞體梭形或不規(guī)則三角形，胞質(zhì)向外伸出胞體梭形或不規(guī)則三角形，胞質(zhì)向外伸出2323個長短不等的突起，個長短不等的突起，中有卵圓形核。生長時中有卵圓形核

5、。生長時排列成放射狀，漩渦狀排列成放射狀，漩渦狀，并不緊靠連并不緊靠連成片成片，細胞，細胞細胞接觸易斷開而細胞接觸易斷開而單獨行動，單獨行動，游離的游離的單獨的單獨的成纖維樣細胞，常有幾個成纖維樣細胞，常有幾個伸伸長的細胞突起。長的細胞突起。2 2、上皮型細胞：、上皮型細胞：類似類似體內(nèi)的體內(nèi)的上皮細胞上皮細胞，扁平扁平，不規(guī)則多角形不規(guī)則多角形，中有圓形核。，中有圓形核。生長時生長時易相易相連連成片，成片，相靠相靠緊密相連緊密相連成薄層成薄層鋪石狀生長鋪石狀生長時呈時呈膜狀膜狀移動，移動，很少很少脫離細胞群而脫離細胞群而單單個活動。個活動。3 3、游走細胞型：、游走細胞型：呈散在生長，一般不

6、連成片，胞質(zhì)常突起，呈活躍游走或變形運動，方呈散在生長，一般不連成片，胞質(zhì)常突起，呈活躍游走或變形運動，方向不規(guī)則。此型細胞不穩(wěn)定，有時難以和其他細胞相區(qū)別。向不規(guī)則。此型細胞不穩(wěn)定，有時難以和其他細胞相區(qū)別。4 4、多形型細胞：、多形型細胞：有一些細胞，如神經(jīng)細胞難以確定其規(guī)律和穩(wěn)定的形態(tài)，可統(tǒng)歸于此類。有一些細胞，如神經(jīng)細胞難以確定其規(guī)律和穩(wěn)定的形態(tài)，可統(tǒng)歸于此類。 細胞培養(yǎng)的條件細胞培養(yǎng)的條件1 1、無菌、無毒：、無菌、無毒：（1）對培養(yǎng)液和所有用具進行無菌處理）對培養(yǎng)液和所有用具進行無菌處理（2 2）添加一定量的抗生素，防治培養(yǎng)過程中的污染）添加一定量的抗生素，防治培養(yǎng)過程中的污染（3

7、 3）定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物防治細胞代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害）定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物防治細胞代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害2 2、全部的營養(yǎng)物質(zhì)：、全部的營養(yǎng)物質(zhì)：葡萄糖、氨基酸、無機鹽、促生長因子、微量元素、葡萄糖、氨基酸、無機鹽、促生長因子、微量元素、動物血清動物血清等。等。3 3、適宜的溫度和、適宜的溫度和PHPH值：值： 36.5+0.536.5+0.5度度, , PHPH值值7.2-7.47.2-7.44 4、必要的氣體條件：、必要的氣體條件：O O2 2 ：細胞代謝所必需的：細胞代謝所必需的COCO2 2：維持培養(yǎng)液的維持培養(yǎng)液的PHPH通常采用培養(yǎng)皿或松

8、蓋培養(yǎng)瓶將其置于含通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶將其置于含95%95%空氣和空氣和5%CO5%CO2 2的培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)的培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)5 5、其他：、其他：光照、濕度等光照、濕度等細胞培養(yǎng)的方式細胞培養(yǎng)的方式根據(jù)細胞生長方式細胞生長方式分為貼壁培養(yǎng)貼壁培養(yǎng)和懸浮培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)兩大類；根據(jù)細胞代次細胞代次分為原代培養(yǎng)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)；根據(jù)細胞培養(yǎng)操作方式分為：根據(jù)細胞培養(yǎng)操作方式分為：1 1、固定化培養(yǎng)：、固定化培養(yǎng)：通過一些固相的交聯(lián)化合物將細胞固定于小格中，或者通過共價鍵交聯(lián)住細胞，在培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)。2 2、分批培養(yǎng)：、分批培養(yǎng)：將細胞和培養(yǎng)基一次性加入反應器內(nèi)進行培養(yǎng)，此后細胞

9、不斷增長，產(chǎn)物不斷形成和積累，最后將培養(yǎng)基連同細胞一并取出，培養(yǎng)結束。最后將培養(yǎng)基連同細胞一并取出，培養(yǎng)結束。3 3、流加培養(yǎng)：在分批培養(yǎng)的基礎上間斷地或連續(xù)地補加培養(yǎng)基。、流加培養(yǎng)：在分批培養(yǎng)的基礎上間斷地或連續(xù)地補加培養(yǎng)基。4 4、半連續(xù)培養(yǎng)：、半連續(xù)培養(yǎng)：當細胞和培養(yǎng)基一起加入反應器后，在細胞增長和產(chǎn)物形成過程中，每每間隔一段時間，取出部分培養(yǎng)物或細胞，然后補充同樣數(shù)量的新鮮培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng)。間隔一段時間，取出部分培養(yǎng)物或細胞，然后補充同樣數(shù)量的新鮮培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng)。5 5、連續(xù)培養(yǎng)：連續(xù)性加入新鮮的培養(yǎng)基，同時取出相同量的舊培養(yǎng)基和細胞。、連續(xù)培養(yǎng)：連續(xù)性加入新鮮的培養(yǎng)基，同時取出相同

10、量的舊培養(yǎng)基和細胞。6 6、灌流培養(yǎng)：、灌流培養(yǎng)：當細胞和培養(yǎng)基一起加入反應器后，在細胞增長和產(chǎn)物形成過程中，不斷不斷地將部分條件培養(yǎng)基取出，同時不斷地補充新鮮培養(yǎng)基。通常用于被固定后的細胞培養(yǎng)。地將部分條件培養(yǎng)基取出，同時不斷地補充新鮮培養(yǎng)基。通常用于被固定后的細胞培養(yǎng)。原代培養(yǎng)：原代培養(yǎng)：從機體取出后立即培養(yǎng)的細胞為原代細胞。培養(yǎng)的第從機體取出后立即培養(yǎng)的細胞為原代細胞。培養(yǎng)的第1 1代細胞與傳代細胞與傳1010代以內(nèi)的代以內(nèi)的細胞稱為原代細胞培養(yǎng)。細胞稱為原代細胞培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)：傳代培養(yǎng)：將原代細胞從培養(yǎng)瓶中取出，配制成細胞懸浮液，分裝到兩個或兩個以上的培將原代細胞從培養(yǎng)瓶中取出，配制成

11、細胞懸浮液，分裝到兩個或兩個以上的培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)，稱為傳代培養(yǎng)。養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)，稱為傳代培養(yǎng)。特殊的概念：特殊的概念：永生化細胞：永生化細胞：正常細胞的生長代謝處于增殖、分化、衰老及凋亡的動態(tài)平衡，體外增殖是有限的，培養(yǎng)細胞生命的自然極限稱為海弗利克極限。細胞內(nèi)控制這一系列過程的是一個龐大復雜的細胞調(diào)節(jié)網(wǎng)絡，其中任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生錯誤，都有可能觸發(fā)細胞內(nèi)相互關聯(lián)的一系列信號分子的表達和功能異常，使細胞跨越海弗利克極限，獲得不死性，發(fā)生永生化。細胞系：細胞系：指原代細胞培養(yǎng)物經(jīng)首次傳代成功后所繁殖的細胞群體。無限細胞系：無限細胞系：細胞永生性也稱不死性，即細胞獲持久性增殖能力，這樣的細胞群體稱無

12、限細胞系，也稱連續(xù)細胞系。有限細胞系：有限細胞系：初代培養(yǎng)物開始第一次傳代培養(yǎng)后的細胞系的生存期限有限，為有限細胞系。原代培養(yǎng)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)細胞細胞懸液懸液1010代細胞代細胞5050代細胞代細胞無限傳代無限傳代原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)多數(shù)組織細胞固定在表面生長和分裂。隨細胞增多，細胞就會停止分裂增殖隨細胞增多，細胞就會停止分裂增殖遺傳物質(zhì)改變遺傳物質(zhì)改變遺傳物質(zhì)未改變遺傳物質(zhì)未改變?nèi)斯ふT導癌化人工誘導癌化細胞傳代及培養(yǎng)方法取動物組織塊取動物組織塊用用胰蛋白胰蛋白酶酶處理分處理分散成單個散成單個細胞細胞通常選用通常選用幼齡動物組織或胚胎細胞幼齡動物組織或

13、胚胎細胞（細胞分化程度低，增（細胞分化程度低，增殖能力強，更易于培養(yǎng)）殖能力強，更易于培養(yǎng)）動物貼壁細胞培養(yǎng)過程動物貼壁細胞培養(yǎng)過程1、棄掉培養(yǎng)瓶中的培養(yǎng)液；2、加入0.25的胰蛋白酶液(以消化液能覆蓋整個瓶底為準），靜置2-10 min（顯微鏡下動態(tài)監(jiān)測）。3、吸去胰蛋白酶液，加入一定量的培養(yǎng)液(以能覆蓋整個瓶底為準）。4、用吸管吸取瓶內(nèi)培養(yǎng)液，反復吹打瓶壁細胞，形成細胞懸液。5、吸取細胞懸液，300g離心2-5min，用新鮮的培養(yǎng)基重懸制備細胞懸液；6、分瓶接種于新的培養(yǎng)瓶內(nèi)，加適量新鮮培養(yǎng)液。7、培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。貼壁細胞傳代培養(yǎng)方法貼壁細胞傳代培養(yǎng)方法- -胰酶消化法胰酶消化法胰蛋白酶的消

14、化功能：p 胰蛋白酶的作用是使細胞間的蛋白質(zhì)水解從而使細胞離散。不同的組織或者細胞對胰酶的作用反應不一樣。p 胰酶分散細胞的活性還與其濃度、溫度和作用時間有關，在 pH 為 8.0 、溫度為 37 時，胰酶溶液的作用能力最強。p 使用胰酶時，應把握好濃度、溫度和時間，以免消化過度造成細胞損傷。植物懸浮細胞培養(yǎng)過程植物懸浮細胞培養(yǎng)過程1 懸浮生長細胞傳代： 離心法傳代：離心（300-500g/min）去上清，沉淀物加新培養(yǎng)液后再混勻傳代。 直接傳代法：懸浮細胞沉淀在瓶壁時，將上清培養(yǎng)液去除l2一23，然后用吸管直接吹打形成細胞懸液再傳代。2 半懸浮生長細胞傳代（Hela細胞）： 此類細胞部分呈現(xiàn)

15、貼壁生長現(xiàn)象，但貼壁不牢，可用直接吹打法使紉胞從瓶壁脫落下來，進行傳代。懸浮型細胞傳代培養(yǎng)方法懸浮型細胞傳代培養(yǎng)方法- -離心法離心法植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)的比較植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)的比較比較項目比較項目植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)原理原理細胞的全能性細胞的全能性細胞增殖細胞增殖培養(yǎng)基性質(zhì)培養(yǎng)基性質(zhì)固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基培養(yǎng)基特有成分培養(yǎng)基特有成分蔗糖、植物激素蔗糖、植物激素葡萄糖、動物血清葡萄糖、動物血清培養(yǎng)結果培養(yǎng)結果完整的植物體完整的植物體細胞群體細胞群體培養(yǎng)目的培養(yǎng)目的快速繁殖、培育無快速繁殖、培育無病毒植株等病毒植株等獲得細胞或細胞分泌

16、獲得細胞或細胞分泌蛋白等蛋白等正常細胞生命期正常細胞生命期是指細胞在培養(yǎng)中持續(xù)增殖和生長的時間，包括原代培養(yǎng)期原代培養(yǎng)期、傳代培養(yǎng)期傳代培養(yǎng)期及衰退期衰退期。1、原代期：、原代期：也稱初代培養(yǎng)，即從體內(nèi)取出組織接種培養(yǎng)到第一次傳代階段，一般持續(xù)1-4周。細胞呈活躍移動，可見細胞分裂，但不旺盛。與體內(nèi)原組織在形態(tài)結構和功能活動上相似性大。2、傳代期：傳代期：體內(nèi)細胞生長在動態(tài)平衡環(huán)境中，生存空間和營養(yǎng)是有限的。當細胞增殖達到一定密度后，則需要分離出一部分細胞和更新營養(yǎng)液，否則將影響細胞的繼續(xù)生存，這一過程叫傳代。傳代期在細胞全生命期中的持續(xù)時間最長，細胞增殖旺盛。3、衰退期：、衰退期：此期細胞仍

17、然生存，但增殖很慢或不增殖，最后衰退凋亡。體外培養(yǎng)細胞體外培養(yǎng)細胞“一代一代”生存期生存期細胞細胞“一代一代”系指從細胞接種到分離再培養(yǎng)時的一段時間，這已成為培養(yǎng)工作中系指從細胞接種到分離再培養(yǎng)時的一段時間，這已成為培養(yǎng)工作中的一種習慣說法，它與細胞世代或倍增一代非同一含義。的一種習慣說法，它與細胞世代或倍增一代非同一含義。如某一細胞系為第如某一細胞系為第153153代細胞，即指該細胞系已傳代代細胞，即指該細胞系已傳代153153次。它與細胞世代或倍增次。它與細胞世代或倍增不同；在細胞一代中，細胞能倍增不同；在細胞一代中，細胞能倍增3 36 6次。次。細胞細胞“一代一代”生存期包含生存期包含潛

18、伏期潛伏期、指數(shù)增生期指數(shù)增生期、停滯期停滯期和和衰退期衰退期。1 1、潛伏期、潛伏期（1 1）游離：）游離：懸浮，胞質(zhì)回縮懸浮，胞質(zhì)回縮, , 全部細胞變?yōu)閳A球形，全部細胞變?yōu)閳A球形，約10分鐘至4小時。（2 2）吸附：）吸附：貼附底物，一般貼附底物，一般2424小時內(nèi)貼壁，小時內(nèi)貼壁，細胞株平均在10分鐘至4小時后貼壁。（3 3）潛伏：）潛伏：可有運動活動，基本無增殖可有運動活動，基本無增殖, , 少見分裂相，少見分裂相，一般為624小時。2 2指數(shù)增生期指數(shù)增生期p 細胞增值最旺盛的階段，細胞分裂相增多，細胞增值最旺盛的階段，細胞分裂相增多，群體均一是理想的實驗用細胞。群體均一是理想的實

19、驗用細胞。p 指數(shù)增生期細胞分裂相數(shù)量可作為判定細胞生長旺盛與否的一個重要標志。指數(shù)增生期細胞分裂相數(shù)量可作為判定細胞生長旺盛與否的一個重要標志。p 指數(shù)增長期末期會出現(xiàn)指數(shù)增長期末期會出現(xiàn)接觸抑制和密度抑制現(xiàn)象。接觸抑制和密度抑制現(xiàn)象。3 3停滯期停滯期p 細胞數(shù)量達飽和密度后，細胞遂停止增殖，進入停滯期。細胞數(shù)量不再增加，細胞數(shù)量達飽和密度后，細胞遂停止增殖，進入停滯期。細胞數(shù)量不再增加，故也稱故也稱平臺期平臺期（PlateauPlateau）。）。p 停滯期細胞雖不增殖，但仍有代謝活動，繼而培養(yǎng)液中營養(yǎng)漸趨耗盡，代謝停滯期細胞雖不增殖，但仍有代謝活動，繼而培養(yǎng)液中營養(yǎng)漸趨耗盡，代謝產(chǎn)物積

20、累、產(chǎn)物積累、pHpH降低。此時需做分離培養(yǎng)即傳代，否則細胞會中毒，發(fā)生形態(tài)改變，降低。此時需做分離培養(yǎng)即傳代，否則細胞會中毒，發(fā)生形態(tài)改變，重則從底物脫落死亡。重則從底物脫落死亡。潛伏期潛伏期指數(shù)生長期指數(shù)生長期停滯期停滯期影響影響潛伏期長短的潛伏期長短的因素：因素：1 1、細胞種類細胞種類傳代傳代培養(yǎng)的細胞之培養(yǎng)的細胞之潛伏期潛伏期比原代培養(yǎng)的比原代培養(yǎng)的細胞短細胞短。傳代培養(yǎng)期的細胞。傳代培養(yǎng)期的細胞6-24h6-24h，原代，原代24-96h24-96h或更長?；蚋L。連續(xù)細胞系連續(xù)細胞系 (6-24h)(6-24h)比有限細胞系與正常細胞系的比有限細胞系與正常細胞系的潛伏期短。潛伏期

21、短。2 2、接種的細胞密度、接種的細胞密度密度越大、數(shù)量越多，細胞群體越容易適應體外環(huán)境，密度越大、數(shù)量越多，細胞群體越容易適應體外環(huán)境，潛伏期就短潛伏期就短。相反，即便是在很小的培養(yǎng)空間內(nèi)，如接種的細胞數(shù)量不夠大，潛伏期仍會較長相反，即便是在很小的培養(yǎng)空間內(nèi)，如接種的細胞數(shù)量不夠大，潛伏期仍會較長3 3、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件培養(yǎng)液、培養(yǎng)液、pHpH、底物、污染、底物、污染, ,有毒有毒 誘導轉化誘導轉化有限系有限系無限系無限系練習：練習：動物細胞培養(yǎng)與植物細胞培養(yǎng)的重要區(qū)別在于（動物細胞培養(yǎng)與植物細胞培養(yǎng)的重要區(qū)別在于（ ） A.A.培養(yǎng)基不同；培養(yǎng)基不同； B.B.動物細胞培養(yǎng)不需要在無菌條

22、件下進行；動物細胞培養(yǎng)不需要在無菌條件下進行； C.C.動物細胞可以傳代培養(yǎng)，而植物細胞不能；動物細胞可以傳代培養(yǎng)，而植物細胞不能； D.D.動物細胞能夠大量培養(yǎng)，而植物細胞只能培養(yǎng)成植株。動物細胞能夠大量培養(yǎng)，而植物細胞只能培養(yǎng)成植株。作業(yè)：作業(yè)：1 1、原代培養(yǎng)與傳代培養(yǎng)的區(qū)別？、原代培養(yǎng)與傳代培養(yǎng)的區(qū)別？2 2、傳代培養(yǎng)細胞的特點？、傳代培養(yǎng)細胞的特點？3 3、簡述動物細胞培養(yǎng)過程？、簡述動物細胞培養(yǎng)過程？4 4、動物細胞培養(yǎng)的條件？、動物細胞培養(yǎng)的條件？5 5、離體培養(yǎng)的動物細胞分為那些類型及各自特點？、離體培養(yǎng)的動物細胞分為那些類型及各自特點？第四節(jié)第四節(jié) 細胞代謝與調(diào)控細胞代謝與調(diào)

23、控1、糖代謝與脂、糖代謝與脂肪代謝的相互肪代謝的相互關系關系2、糖代謝與蛋、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相白質(zhì)代謝的相互關系互關系3、脂肪代謝與、脂肪代謝與蛋白質(zhì)代謝的蛋白質(zhì)代謝的相互關系相互關系4、核酸和其他、核酸和其他物質(zhì)代謝的相物質(zhì)代謝的相互關系互關系一、糖代謝與脂肪代謝的相互關系一、糖代謝與脂肪代謝的相互關系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸3-3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)甘油甘油乙酰乙酰 CoACoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合

24、合成成植物或微生物特有植物或微生物特有 氧氧化化糖異生糖異生糖酵解糖酵解乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關系二、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關系草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoACoA檸檬酸檸檬酸-酮戊二酸酮戊二酸 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸糖酵解糖酵解甘油甘油丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸脫氨基脫氨基琥珀酸琥珀酸乙醛酸途徑乙醛酸途徑三羧酸途徑三羧酸途徑糖糖異異生生三、脂肪代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關系三、脂肪代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關系氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸3-3-磷酸

25、甘油磷酸甘油甘油甘油乙酰乙酰 CoACoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸合合成成 氧氧化化磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸四、核酸和其他物質(zhì)代謝的相互關系四、核酸和其他物質(zhì)代謝的相互關系甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺一碳單位一碳單位合成嘌呤合成嘌呤合成嘧啶合成嘧啶核酸核酸核苷酸核苷酸ATP ATP GTP GTP CTP CTP UTPUTP磷酸核糖磷酸核糖ADP+Gi ADP+Gi GDP+Gi GDP+Gi CDP+GiCDP+GiUDP+GiUDP+Gi雙糖或多糖雙糖或多糖磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑葡萄糖葡萄糖能量和磷酸基團的供應能量和磷酸基團的

26、供應單糖的轉變和多糖的合成單糖的轉變和多糖的合成參與卵磷脂的合成參與卵磷脂的合成給蛋白質(zhì)合成提供能量給蛋白質(zhì)合成提供能量代謝調(diào)控總論代謝調(diào)控總論代謝調(diào)節(jié)的三級水代謝調(diào)節(jié)的三級水平平：p 細胞細胞/ /酶水平調(diào)節(jié)酶水平調(diào)節(jié)p 激素水平調(diào)節(jié)激素水平調(diào)節(jié)p 神經(jīng)水平調(diào)節(jié)多細胞整體水平調(diào)節(jié)代謝物通過影響細胞內(nèi)酶活力和酶合成量的變化，改變合成或分解代謝過程的速度內(nèi)分泌腺所分泌的激素通過體液輸送到一定組織，作用于靶細胞，改變酶活性而調(diào)節(jié)代謝反應的方向和速度。CNS的控制下，通過神經(jīng)遞質(zhì)對效應器發(fā)生直接影響，或者改變激素的分泌。酶酶水水平平調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié) （酶結構調(diào)節(jié)）（酶結構調(diào)節(jié)）變（別）構

27、調(diào)節(jié)變（別）構調(diào)節(jié)快速調(diào)節(jié)快速調(diào)節(jié) （微調(diào)）（微調(diào)）酶合成的誘導與阻遏酶合成的誘導與阻遏 長期調(diào)節(jié)長期調(diào)節(jié) （粗調(diào)節(jié)）（粗調(diào)節(jié)）酶含量調(diào)節(jié)酶含量調(diào)節(jié) （基因表達水平調(diào)節(jié)）（基因表達水平調(diào)節(jié)）化學修飾調(diào)節(jié)化學修飾調(diào)節(jié)酶的降解酶的降解 p 細胞細胞/ /酶水平調(diào)節(jié)酶水平調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)-變構調(diào)節(jié)變構調(diào)節(jié)別構效應物別構效應物別構激活劑別構激活（正反饋）增加活性 別構抑制劑別構抑制（負反饋）降低活性某些代謝物能與變構酶分子上的變構部位特異性結合，使酶的分子構象發(fā)生改變，從某些代謝物能與變構酶分子上的變構部位特異性結合，使酶的分子構象發(fā)生改變，從而改變酶的催化活性以及代謝反應的速度。而改變酶的催

28、化活性以及代謝反應的速度。p 被調(diào)節(jié)的酶稱為變構酶或別構酶被調(diào)節(jié)的酶稱為變構酶或別構酶p 使酶發(fā)生變構效應的物質(zhì)，稱為變構效應劑。其中引起酶活性增加的變構效應劑成為使酶發(fā)生變構效應的物質(zhì)，稱為變構效應劑。其中引起酶活性增加的變構效應劑成為變構激活劑變構激活劑 ；引起酶活性降低的變構效應劑稱為變構抑制劑；引起酶活性降低的變構效應劑稱為變構抑制劑。變構調(diào)節(jié)的生理意義變構調(diào)節(jié)的生理意義1 1、代謝終產(chǎn)物反饋抑制反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。、代謝終產(chǎn)物反饋抑制反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。乙酰乙酰CoACoA乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoACoA長鏈脂酰長鏈脂酰Co

29、ACoA2 2、變構調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費。、變構調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費。3 3、變構調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。、變構調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。G-6-PG-6-P糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合酶糖原合酶促進糖的儲存促進糖的儲存檸檬酸檸檬酸6-6-磷酸果糖磷酸果糖激酶激酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化乙酰輔酶乙酰輔酶A A羧化酶羧化酶促進脂酸合成促進脂酸合成酶活性調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)-共價修飾調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié)酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生可逆的共價修飾可逆的共價修飾，從而引起酶活性改變，這種調(diào)從而引起酶活性改變，

30、這種調(diào)節(jié)稱為節(jié)稱為酶的共價修飾酶的共價修飾。共價修飾的主要方式：共價修飾的主要方式：1 1、磷酸化磷酸化 - - - - - - 去磷酸去磷酸2 2、乙?；阴；?- - - - - - 脫乙酰脫乙酰3 3、甲基化甲基化 - - - - - - 去甲基去甲基4 4、腺苷化腺苷化 - - - - - - 脫腺苷脫腺苷5 5、單價巰基、單價巰基- - - - -二硫鍵二硫鍵-OH-OHThrThrSerSerTyrTyr酶蛋白酶蛋白H H2 2O OPiPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATP ATPADPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrThrSerSerTyrTyr-O-PO-O-PO3 32-2-磷酸

31、化的酶蛋白磷酸化的酶蛋白共價修飾的特點：共價修飾的特點：1 1、酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相、酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相轉變。轉變。2 2、具有、具有放大效應放大效應，效率較變構調(diào)節(jié)高。，效率較變構調(diào)節(jié)高。3 3、磷酸化與脫磷酸、磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。是最常見的方式。4 4、同一個酶可以同時受變構調(diào)節(jié)和化學修飾調(diào)節(jié)。、同一個酶可以同時受變構調(diào)節(jié)和化學修飾調(diào)節(jié)。酶含量調(diào)節(jié)酶含量調(diào)節(jié)- -酶合成的誘導、阻礙和降解酶合成的誘導、阻礙和降解DNADNA轉錄初產(chǎn)物轉錄初產(chǎn)物RNARNAmRNAmRNA蛋

32、白質(zhì)前體蛋白質(zhì)前體mRNAmRNA降解物降解物活性蛋白質(zhì)活性蛋白質(zhì)DNADNA水平調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)轉錄水平調(diào)節(jié)轉錄水平調(diào)節(jié)轉錄后加工轉錄后加工的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNAmRNA降解降解調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核核細胞質(zhì)細胞質(zhì)舉例：乳糖對乳糖操縱子的表達的影響舉例：乳糖對乳糖操縱子的表達的影響沒有乳糖存在時，沒有乳糖存在時，lac操縱子不表達操縱子不表達mRNAmRNAproteinproteinI IDNADNAZ ZY YA AO OP Ppolpol阻遏基因阻遏基因有乳糖存在時，有乳糖存在時，lac操縱子基因表達操縱子基因表達mRNAmRNAproteinprotei

33、nI IDNADNAZ ZY YA AO OP Ppolpolp 激素水平調(diào)節(jié)激素水平調(diào)節(jié)高等生物內(nèi)分泌腺分泌的激素通過體液轉運到靶細胞而對代謝進行調(diào)節(jié)。激素激素激素激素激素激素靶細胞受體靶細胞受體細胞內(nèi)細胞內(nèi)信號信號跨膜傳遞跨膜傳遞細胞內(nèi)的化學反應細胞內(nèi)的化學反應生物學效應生物學效應按激素按激素受體受體在細胞的部位不同，可將激素分為兩大類：在細胞的部位不同，可將激素分為兩大類：1.1.膜受體激素：膜受體是存在于細胞表面質(zhì)膜上的跨膜糖蛋白。膜受體激素：膜受體是存在于細胞表面質(zhì)膜上的跨膜糖蛋白。2.2.胞內(nèi)受體激素：大多數(shù)位于細胞核內(nèi)，有的在胞液中的特異受體結合蛋白。胞內(nèi)受體激素：大多數(shù)位于細胞

34、核內(nèi)，有的在胞液中的特異受體結合蛋白。第一信使受體信號第二信使，產(chǎn)生級聯(lián)方法效應。 E0E1En-1+ +或或- -反饋反饋+ +或或- -正作用：凡反應物能使代謝過程速度加快者稱為正作用。正作用：凡反應物能使代謝過程速度加快者稱為正作用。負作用：凡反應物能使代謝過程速度變慢者稱為負作用。負作用：凡反應物能使代謝過程速度變慢者稱為負作用。代謝調(diào)控的基本類型代謝調(diào)控的基本類型前饋前饋S0S1S2Sn1 1、前饋作用（、前饋作用（feedforwardfeedforward） ：在代謝途徑中前面的底物對其后某一催化反應在代謝途徑中前面的底物對其后某一催化反應的調(diào)節(jié)酶有作用。的調(diào)節(jié)酶有作用。分為前饋

35、激活和前饋抑制，相當于前饋正作用和前饋負作用。分為前饋激活和前饋抑制，相當于前饋正作用和前饋負作用。2 2、反饋作用（、反饋作用（feedbackfeedback）：）：代謝產(chǎn)物對前面的某一酶有作用。代謝產(chǎn)物對前面的某一酶有作用。分為反饋激活和反饋抑制，相當于反饋正作用和反饋負作用。分為反饋激活和反饋抑制，相當于反饋正作用和反饋負作用。 丙酮酸激酶丙酮酸激酶前饋激活前饋激活乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶前饋抑制前饋抑制1 1、前饋作用、前饋作用G G6-P- G6-P- G6-P-F6-P-F1,6-2P-F1,6-2P-F磷酸烯醇丙酮酸(PEP)丙酮酸丙酮酸(1)(1)前饋激活（前饋激活（

36、feedforward activationfeedforward activation）(2)(2)前饋抑制前饋抑制(feedforward inhibition)(feedforward inhibition)乙酰乙酰CoA + COCoA + CO2 2 +H +H2 2O + ATP O + ATP 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA + ADP+Pi CoA + ADP+Pi E1E2E3E4反饋抑制反饋抑制2.2.反饋作用反饋作用（1 1）一價或單價反饋抑制，即直線式反饋控制，）一價或單價反饋抑制，即直線式反饋控制，只有一個末端代謝產(chǎn)物的途徑。A AB BC CD DP PE1E2E3E4

37、反饋抑制反饋抑制A AB BC CD DP Pb.b.協(xié)同反饋控制：協(xié)同反饋控制：分支代謝過程中，任何終產(chǎn)物都不能單獨地反饋該途徑，而當所有終產(chǎn)物都過剩時才能協(xié)同地反饋控制該途徑。E1E1E2E2E3E3XYA AB BC CD DE4E4E5E5（2 2）二價或多價反饋抑制）二價或多價反饋抑制a.a.合作式反饋控制：合作式反饋控制：又稱增效型反饋，任何終產(chǎn)物單獨過剩時都能較弱的產(chǎn)生反饋控制，而當所有終產(chǎn)物都過剩時能強烈產(chǎn)生反饋控制。E1E1E2E2E3E3XYA AB BC CD DE4E4E5E5E1E4E5XYc.c.順序式反饋控制：順序式反饋控制：又稱逐步反饋調(diào)節(jié)。分支代謝途徑中的一種

38、通過逐步有順序的方式達到的反饋調(diào)節(jié)方式。E1E2E3E4A AB BC CD DP PA AB BC CD DE2E3d.d.累積反饋控制：累積反饋控制：每一種終產(chǎn)物只能單獨地、部分地反饋共同代謝途徑中的一種酶，當幾種終產(chǎn)物共同存在時，此反饋作用是累積的。A AB BC CD DP PE1E2E3E4代謝途徑調(diào)控在細胞工程中的應用代謝途徑調(diào)控在細胞工程中的應用1、加速速度限制反應：、加速速度限制反應：第一步，確定代謝途徑中限速的關鍵酶；第一步，確定代謝途徑中限速的關鍵酶；第二步，在該代謝途徑中增加該關鍵酶量；第二步，在該代謝途徑中增加該關鍵酶量；第三步，加速該代謝途徑的速度第三步，加速該代謝途

39、徑的速度E1E2E3E4A AB BC CD DP P限速關鍵酶限速關鍵酶E3E3E3E1E2E3E4A AB BC CD DP P限速關鍵酶限速關鍵酶E3E3E3限速關鍵酶限速關鍵酶E1E12、改變分支代謝途徑的流向、改變分支代謝途徑的流向第一步，確定代謝途徑中分支代謝途徑的關鍵酶；第一步，確定代謝途徑中分支代謝途徑的關鍵酶；第二步，增加某一代謝途徑的關鍵酶活性或者酶量，使該分支途徑的反應速度提高，從而第二步，增加某一代謝途徑的關鍵酶活性或者酶量，使該分支途徑的反應速度提高，從而使其他分支途徑的反應降低，產(chǎn)生競爭性抑制；使其他分支途徑的反應降低，產(chǎn)生競爭性抑制；第三步，從而提高目標代謝產(chǎn)物的量。第三步，從而提高目標代謝產(chǎn)物的量。A