1、第四章 细胞培养与代谢调控生物科学与技术学院动物的细胞培养是指从活的机体中取出细胞，模拟机体内生理条件，在体外建立无菌、适温和一定营养条件等，使之生长和生存，并维持其结构和功能的技术。从生物体内取出细胞，模拟体内生理环境，在无菌、适当温度和一定营养条件下，使之生存、生长并维持其结构和功能的方法。将组织块用机械方法或酶解法分离成单个细胞，做成细胞悬液，再培养于固体基质上，成单层细胞生长，或在培养液中呈悬浮状态培养的技术称为细胞培养。第一节第一节 细胞培养细胞培养体外细胞培养物的生长类型体外细胞培养物的生长类型 按生长方式划分：按生长方式划分：1 1、粘附型、粘附型细胞细胞:也叫贴壁型，附着在某一
2、固相支持物表面才能生长的细胞。也叫贴壁型，附着在某一固相支持物表面才能生长的细胞。2 2、悬浮型、悬浮型细胞细胞:不必附着于固相支持物表面，而在悬浮状态下即可生长的细胞。不必附着于固相支持物表面，而在悬浮状态下即可生长的细胞。3 3、半贴壁型、半贴壁型细胞：细胞可在悬浮状态生长，也可以在一定条件下贴壁生长。细胞：细胞可在悬浮状态生长，也可以在一定条件下贴壁生长。p 基本上植物细胞都是悬浮型细胞培养方式，动物细胞是粘附型细胞培养方式。基本上植物细胞都是悬浮型细胞培养方式，动物细胞是粘附型细胞培养方式。p 绝大多数动物细胞属粘附型细胞，只有少数细胞类型如某些肿瘤细胞和白细胞可在悬浮绝大多数动物细胞
3、属粘附型细胞，只有少数细胞类型如某些肿瘤细胞和白细胞可在悬浮状态下生长。状态下生长。细胞贴壁过程细胞贴壁过程p贴附贴附p接触抑制接触抑制p密度抑制密度抑制细胞呈贴壁生长细胞呈贴壁生长,梭形或不规则形梭形或不规则形,在粘附因在粘附因子的作用下，细胞生出伪足，伪足越多，贴壁子的作用下，细胞生出伪足，伪足越多，贴壁越好。越好。细胞在生长过程中达到相互接触时停止分细胞在生长过程中达到相互接触时停止分裂的现象。因此，贴壁细胞通常都是单层裂的现象。因此，贴壁细胞通常都是单层细胞培养状态。细胞培养状态。细胞接触后，虽发生接触抑制，但只要营细胞接触后，虽发生接触抑制，但只要营养充分，细胞仍会增殖分裂，细胞数量
4、仍养充分，细胞仍会增殖分裂，细胞数量仍在增多。但当细胞密度进一步增大，培养在增多。但当细胞密度进一步增大，培养液中营养成分减少，液中营养成分减少，代谢产物增多时，代谢产物增多时，细胞因营养的枯竭和代谢物的影响，则发细胞因营养的枯竭和代谢物的影响，则发生密度抑制，导致细胞分裂停止。生密度抑制，导致细胞分裂停止。粘附型细胞分为：粘附型细胞分为：1 1、成纤维细胞型：、成纤维细胞型：似体内成纤维细胞的形态，似体内成纤维细胞的形态，胞体梭形或不规则三角形，胞质向外伸出胞体梭形或不规则三角形，胞质向外伸出2323个长短不等的突起，个长短不等的突起，中有卵圆形核。生长时中有卵圆形核。生长时排列成放射状，漩
5、涡状排列成放射状，漩涡状，并不紧靠连并不紧靠连成片成片，细胞，细胞细胞接触易断开而细胞接触易断开而单独行动，单独行动，游离的游离的单独的单独的成纤维样细胞，常有几个成纤维样细胞，常有几个伸伸长的细胞突起。长的细胞突起。2 2、上皮型细胞：、上皮型细胞：类似类似体内的体内的上皮细胞上皮细胞，扁平扁平，不规则多角形不规则多角形，中有圆形核。，中有圆形核。生长时生长时易相易相连连成片，成片，相靠相靠紧密相连紧密相连成薄层成薄层铺石状生长铺石状生长时呈时呈膜状膜状移动，移动，很少很少脱离细胞群而脱离细胞群而单单个活动。个活动。3 3、游走细胞型：、游走细胞型：呈散在生长，一般不连成片，胞质常突起，呈活
6、跃游走或变形运动，方呈散在生长，一般不连成片，胞质常突起，呈活跃游走或变形运动，方向不规则。此型细胞不稳定，有时难以和其他细胞相区别。向不规则。此型细胞不稳定，有时难以和其他细胞相区别。4 4、多形型细胞：、多形型细胞：有一些细胞，如神经细胞难以确定其规律和稳定的形态，可统归于此类。有一些细胞，如神经细胞难以确定其规律和稳定的形态，可统归于此类。细胞培养的条件细胞培养的条件1 1、无菌、无毒：、无菌、无毒：（1）对培养液和所有用具进行无菌处理）对培养液和所有用具进行无菌处理（2 2）添加一定量的抗生素，防治培养过程中的污染）添加一定量的抗生素，防治培养过程中的污染（3 3）定期更换培养液，以便
7、清除代谢产物防治细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害）定期更换培养液，以便清除代谢产物防治细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害2 2、全部的营养物质：、全部的营养物质：葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清动物血清等。等。3 3、适宜的温度和、适宜的温度和PHPH值：值：36.5+0.536.5+0.5度度,PHPH值值7.2-7.47.2-7.44 4、必要的气体条件：、必要的气体条件：O O2 2 ：细胞代谢所必需的：细胞代谢所必需的COCO2 2：维持培养液的维持培养液的PHPH通常采用培养皿或松盖培养瓶将其置于含通常采用培养皿或
8、松盖培养瓶将其置于含95%95%空气和空气和5%CO5%CO2 2的培养箱中进行培养的培养箱中进行培养5 5、其他：、其他：光照、湿度等光照、湿度等细胞培养的细胞培养的方式方式根据细胞生长方式细胞生长方式分为贴壁培养贴壁培养和悬浮培养悬浮培养两大类；根据细胞代次细胞代次分为原代培养原代培养和传代培养传代培养；根据细胞培养操作方式分为：根据细胞培养操作方式分为：1 1、固定化培养：、固定化培养：通过一些固相的交联化合物将细胞固定于小格中，或者通过共价键交联住细胞，在培养基中进行培养。2 2、分批培养：、分批培养：将细胞和培养基一次性加入反应器内进行培养，此后细胞不断增长，产物不断形成和积累，最后
9、将培养基连同细胞一并取出，培养结束。最后将培养基连同细胞一并取出，培养结束。3 3、流加培养：在分批培养的基础上间断地或连续地补加培养基。、流加培养：在分批培养的基础上间断地或连续地补加培养基。4 4、半连续培养：、半连续培养：当细胞和培养基一起加入反应器后，在细胞增长和产物形成过程中，每每间隔一段时间，取出部分培养物或细胞，然后补充同样数量的新鲜培养基，继续培养。间隔一段时间，取出部分培养物或细胞，然后补充同样数量的新鲜培养基，继续培养。5 5、连续培养：连续性加入新鲜的培养基，同时取出相同量的旧培养基和细胞。、连续培养：连续性加入新鲜的培养基，同时取出相同量的旧培养基和细胞。6 6、灌流培
10、养：、灌流培养：当细胞和培养基一起加入反应器后，在细胞增长和产物形成过程中，不断不断地将部分条件培养基取出，同时不断地补充新鲜培养基。通常用于被固定后的细胞培养。地将部分条件培养基取出，同时不断地补充新鲜培养基。通常用于被固定后的细胞培养。原代培养：原代培养：从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞。培养的第从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞。培养的第1 1代细胞与传代细胞与传1010代以内的代以内的细胞称为原代细胞培养。细胞称为原代细胞培养。传代培养：传代培养：将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的
11、培养瓶中继续培养，称为传代培养。养瓶中继续培养，称为传代培养。特殊的概念：特殊的概念：永生化细胞：永生化细胞：正常细胞的生长代谢处于增殖、分化、衰老及凋亡的动态平衡，体外增殖是有限的，培养细胞生命的自然极限称为海弗利克极限。细胞内控制这一系列过程的是一个庞大复杂的细胞调节网络，其中任何一个环节发生错误，都有可能触发细胞内相互关联的一系列信号分子的表达和功能异常，使细胞跨越海弗利克极限，获得不死性，发生永生化。细胞系：细胞系：指原代细胞培养物经首次传代成功后所繁殖的细胞群体。无限细胞系：无限细胞系：细胞永生性也称不死性，即细胞获持久性增殖能力，这样的细胞群体称无限细胞系，也称连续细胞系。有限细胞
12、系：有限细胞系：初代培养物开始第一次传代培养后的细胞系的生存期限有限，为有限细胞系。原代培养原代培养和传代培养传代培养细胞细胞悬液悬液1010代细胞代细胞5050代细胞代细胞无限传代无限传代原代培养传代培养原代培养和传代培养原代培养和传代培养多数组织细胞固定在表面生长和分裂。随细胞增多，细胞就会停止分裂增殖随细胞增多，细胞就会停止分裂增殖遗传物质改变遗传物质改变遗传物质未改变遗传物质未改变人工诱导癌化人工诱导癌化细胞传代及培养方法取动物组织块取动物组织块用用胰蛋白胰蛋白酶酶处理分处理分散成单个散成单个细胞细胞通常选用通常选用幼龄动物组织或胚胎细胞幼龄动物组织或胚胎细胞（细胞分化程度低，增（细胞
13、分化程度低，增殖能力强，更易于培养）殖能力强，更易于培养）动物贴壁细胞培养过程动物贴壁细胞培养过程1、弃掉培养瓶中的培养液；2、加入0.25的胰蛋白酶液(以消化液能覆盖整个瓶底为准），静置2-10 min（显微镜下动态监测）。3、吸去胰蛋白酶液，加入一定量的培养液(以能覆盖整个瓶底为准）。4、用吸管吸取瓶内培养液，反复吹打瓶壁细胞，形成细胞悬液。5、吸取细胞悬液，300g离心2-5min，用新鲜的培养基重悬制备细胞悬液；6、分瓶接种于新的培养瓶内，加适量新鲜培养液。7、培养箱中培养。贴壁细胞传代培养方法贴壁细胞传代培养方法-胰酶消化法胰酶消化法胰蛋白酶的消化功能：p 胰蛋白酶的作用是使细胞间的
14、蛋白质水解从而使细胞离散。不同的组织或者细胞对胰酶的作用反应不一样。p 胰酶分散细胞的活性还与其浓度、温度和作用时间有关，在 pH 为 8.0、温度为 37 时，胰酶溶液的作用能力最强。p 使用胰酶时，应把握好浓度、温度和时间，以免消化过度造成细胞损伤。植物悬浮细胞培养过程植物悬浮细胞培养过程1 悬浮生长细胞传代：离心法传代：离心（300-500g/min）去上清，沉淀物加新培养液后再混匀传代。直接传代法：悬浮细胞沉淀在瓶壁时，将上清培养液去除l2一23，然后用吸管直接吹打形成细胞悬液再传代。2 半悬浮生长细胞传代（Hela细胞）：此类细胞部分呈现贴壁生长现象，但贴壁不牢，可用直接吹打法使纫胞
15、从瓶壁脱落下来，进行传代。悬浮型细胞传代培养方法悬浮型细胞传代培养方法-离心法离心法植物组织培养和动物细胞培养的比较植物组织培养和动物细胞培养的比较比较项目比较项目植物组织培养植物组织培养动物细胞培养动物细胞培养原理原理细胞的全能性细胞的全能性细胞增殖细胞增殖培养基性质培养基性质固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基培养基特有成分培养基特有成分蔗糖、植物激素蔗糖、植物激素葡萄糖、动物血清葡萄糖、动物血清培养结果培养结果完整的植物体完整的植物体细胞群体细胞群体培养目的培养目的快速繁殖、培育无快速繁殖、培育无病毒植株等病毒植株等获得细胞或细胞分泌获得细胞或细胞分泌蛋白等蛋白等正常细胞生命期正常细
16、胞生命期是指细胞在培养中持续增殖和生长的时间，包括原代培养期原代培养期、传代培养期传代培养期及衰退期衰退期。1、原代期：、原代期：也称初代培养，即从体内取出组织接种培养到第一次传代阶段，一般持续1-4周。细胞呈活跃移动，可见细胞分裂，但不旺盛。与体内原组织在形态结构和功能活动上相似性大。2、传代期：传代期：体内细胞生长在动态平衡环境中，生存空间和营养是有限的。当细胞增殖达到一定密度后，则需要分离出一部分细胞和更新营养液，否则将影响细胞的继续生存，这一过程叫传代。传代期在细胞全生命期中的持续时间最长，细胞增殖旺盛。3、衰退期：、衰退期：此期细胞仍然生存，但增殖很慢或不增殖，最后衰退凋亡。体外培养
17、细胞体外培养细胞“一代一代”生存期生存期细胞细胞“一代一代”系指从细胞接种到分离再培养时的一段时间，这已成为培养工作中系指从细胞接种到分离再培养时的一段时间，这已成为培养工作中的一种习惯说法，它与细胞世代或倍增一代非同一含义。的一种习惯说法，它与细胞世代或倍增一代非同一含义。如某一细胞系为第如某一细胞系为第153153代细胞，即指该细胞系已传代代细胞，即指该细胞系已传代153153次。它与细胞世代或倍增次。它与细胞世代或倍增不同；在细胞一代中，细胞能倍增不同；在细胞一代中，细胞能倍增3 36 6次。次。细胞细胞“一代一代”生存期包含生存期包含潜伏期潜伏期、指数增生期指数增生期、停滞期停滞期和和
18、衰退期衰退期。1 1、潜伏期、潜伏期（1 1）游离：）游离：悬浮，胞质回缩悬浮，胞质回缩,全部细胞变为圆球形，全部细胞变为圆球形，约10分钟至4小时。（2 2）吸附：）吸附：贴附底物，一般贴附底物，一般2424小时内贴壁，小时内贴壁，细胞株平均在10分钟至4小时后贴壁。（3 3）潜伏：）潜伏：可有运动活动，基本无增殖可有运动活动，基本无增殖,少见分裂相，少见分裂相，一般为624小时。2 2指数增生期指数增生期p 细胞增值最旺盛的阶段，细胞分裂相增多，细胞增值最旺盛的阶段，细胞分裂相增多，群体均一是理想的实验用细胞。群体均一是理想的实验用细胞。p 指数增生期细胞分裂相数量可作为判定细胞生长旺盛与
19、否的一个重要标志。指数增生期细胞分裂相数量可作为判定细胞生长旺盛与否的一个重要标志。p 指数增长期末期会出现指数增长期末期会出现接触抑制和密度抑制现象。接触抑制和密度抑制现象。3 3停滞期停滞期p 细胞数量达饱和密度后，细胞遂停止增殖，进入停滞期。细胞数量不再增加，细胞数量达饱和密度后，细胞遂停止增殖，进入停滞期。细胞数量不再增加，故也称故也称平台期平台期（PlateauPlateau）。）。p 停滞期细胞虽不增殖，但仍有代谢活动，继而培养液中营养渐趋耗尽，代谢停滞期细胞虽不增殖，但仍有代谢活动，继而培养液中营养渐趋耗尽，代谢产物积累、产物积累、pHpH降低。此时需做分离培养即传代，否则细胞会
20、中毒，发生形态改变，降低。此时需做分离培养即传代，否则细胞会中毒，发生形态改变，重则从底物脱落死亡。重则从底物脱落死亡。潜伏期潜伏期指数生长期指数生长期停滞期停滞期影响影响潜伏期长短的潜伏期长短的因素：因素：1 1、细胞种类细胞种类传代传代培养的细胞之培养的细胞之潜伏期潜伏期比原代培养的比原代培养的细胞短细胞短。传代培养期的细胞。传代培养期的细胞6-24h6-24h，原代，原代24-96h24-96h或更长。或更长。连续细胞系连续细胞系 (6-24h)(6-24h)比有限细胞系与正常细胞系的比有限细胞系与正常细胞系的潜伏期短。潜伏期短。2 2、接种的细胞密度、接种的细胞密度密度越大、数量越多，
21、细胞群体越容易适应体外环境，密度越大、数量越多，细胞群体越容易适应体外环境，潜伏期就短潜伏期就短。相反，即便是在很小的培养空间内，如接种的细胞数量不够大，潜伏期仍会较长相反，即便是在很小的培养空间内，如接种的细胞数量不够大，潜伏期仍会较长3 3、培养条件、培养条件培养液、培养液、pHpH、底物、污染、底物、污染,有毒有毒 诱导转化诱导转化有限系有限系无限系无限系练习：练习：动物细胞培养与植物细胞培养的重要区别在于（动物细胞培养与植物细胞培养的重要区别在于（）A.A.培养基不同；培养基不同；B.B.动物细胞培养不需要在无菌条件下进行；动物细胞培养不需要在无菌条件下进行；C.C.动物细胞可以传代培
22、养，而植物细胞不能；动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能；D.D.动物细胞能够大量培养，而植物细胞只能培养成植株。动物细胞能够大量培养，而植物细胞只能培养成植株。作业：作业：1 1、原代培养与传代培养的区别？、原代培养与传代培养的区别？2 2、传代培养细胞的特点？、传代培养细胞的特点？3 3、简述动物细胞培养过程？、简述动物细胞培养过程？4 4、动物细胞培养的条件？、动物细胞培养的条件？5 5、离体培养的动物细胞分为那些类型及各自特点？、离体培养的动物细胞分为那些类型及各自特点？第四节第四节 细胞代谢与调控细胞代谢与调控1、糖代谢与脂、糖代谢与脂肪代谢的相互肪代谢的相互关系关系2、糖代谢与蛋、
23、糖代谢与蛋白质代谢的相白质代谢的相互关系互关系3、脂肪代谢与、脂肪代谢与蛋白质代谢的蛋白质代谢的相互关系相互关系4、核酸和其他、核酸和其他物质代谢的相物质代谢的相互关系互关系一、糖代谢与脂肪代谢的相互关系一、糖代谢与脂肪代谢的相互关系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹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环循环甘油甘油乙酰乙酰 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羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微生物特有植物或微生物特有 氧氧化化糖异生糖异生糖酵解糖酵解乙醛
24、酸循环乙醛酸循环二、糖代谢与蛋白质代谢的相互关系二、糖代谢与蛋白质代谢的相互关系草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoACoA柠檬酸柠檬酸-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羟丙酮磷酸二羟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脱氨基脱氨基琥珀酸琥珀酸乙醛酸途径乙醛酸途径三羧酸途径三羧酸途径糖糖异异生生三、脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系三、脂肪代谢与蛋白质代谢的相互关系氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸3-3-磷酸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
25、成 氧氧化化磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸四、核酸和其他物质代谢的相互关系四、核酸和其他物质代谢的相互关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单位一碳单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双糖或多糖双糖或多糖磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径葡萄糖葡萄糖能量和磷酸基团的供应能量和磷酸基团的供应单糖的转变和多糖的合成单糖的转变和多糖的合成参与卵磷脂的合成参与卵磷脂的
26、合成给蛋白质合成提供能量给蛋白质合成提供能量代谢调控总论代谢调控总论代谢调节的三级水代谢调节的三级水平平：p 细胞细胞/酶水平调节酶水平调节p 激素水平调节激素水平调节p 神经水平调节多细胞整体水平调节代谢物通过影响细胞内酶活力和酶合成量的变化，改变合成或分解代谢过程的速度内分泌腺所分泌的激素通过体液输送到一定组织，作用于靶细胞，改变酶活性而调节代谢反应的方向和速度。CNS的控制下，通过神经递质对效应器发生直接影响，或者改变激素的分泌。酶酶水水平平调调节节酶活性调节酶活性调节 （酶结构调节）（酶结构调节）变（别）构调节变（别）构调节快速调节快速调节 （微调）（微调）酶合成的诱导与阻遏酶合成的诱
27、导与阻遏 长期调节长期调节 （粗调节）（粗调节）酶含量调节酶含量调节 （基因表达水平调节）（基因表达水平调节）化学修饰调节化学修饰调节酶的降解酶的降解 p 细胞细胞/酶水平调节酶水平调节酶活性调节酶活性调节-变构调节变构调节别构效应物别构效应物别构激活剂别构激活（正反馈）增加活性 别构抑制剂别构抑制（负反馈）降低活性某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位特异性结合，使酶的分子构象发生改变，从某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位特异性结合，使酶的分子构象发生改变，从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速度。而改变酶的催化活性以及代谢反应的速度。p 被调节的酶称为变构酶或别构酶被调节的酶称为变构酶或别构
28、酶p 使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂。其中引起酶活性增加的变构效应剂成为使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂。其中引起酶活性增加的变构效应剂成为变构激活剂变构激活剂 ；引起酶活性降低的变构效应剂称为变构抑制剂；引起酶活性降低的变构效应剂称为变构抑制剂。变构调节的生理意义变构调节的生理意义1 1、代谢终产物反馈抑制反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。、代谢终产物反馈抑制反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。乙酰乙酰CoACoA乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoACoA长链脂酰长链脂酰CoACoA2 2、变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。、变构调节使能量得以有效利用，
29、不致浪费。3 3、变构调节使不同的代谢途径相互协调。、变构调节使不同的代谢途径相互协调。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进糖的储存促进糖的储存柠檬酸柠檬酸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辅酶乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶促进脂酸合成促进脂酸合成酶活性调节酶活性调节-共价修饰调节共价修饰调节酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生酶蛋白肽链上某些残基在酶的催化下发生可逆的共价修饰可逆的共价修饰，从而引起酶活性改变，这种调从而引起酶活性改变，这种调节称为节称为酶的共价修饰酶的共价修饰。共价修饰的主要方式：共价修饰的主要方式：
30、1 1、磷酸化磷酸化 -去磷酸去磷酸2 2、乙酰化乙酰化 -脱乙酰脱乙酰3 3、甲基化甲基化 -去甲基去甲基4 4、腺苷化腺苷化 -脱腺苷脱腺苷5 5、单价巯基、单价巯基-二硫键二硫键-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-磷酸化的酶蛋白磷酸化的酶蛋白共价修饰的特点：共价修饰的特点：1 1、酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相、酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用
31、下，酶蛋白的活性状态可互相转变。转变。2 2、具有、具有放大效应放大效应，效率较变构调节高。，效率较变构调节高。3 3、磷酸化与脱磷酸、磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。是最常见的方式。4 4、同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。、同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。酶含量调节酶含量调节-酶合成的诱导、阻碍和降解酶合成的诱导、阻碍和降解DNADNA转录初产物转录初产物RNARNAmRNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNAmRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNADNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNAmRNA降解降解调
32、节调节翻译后加工的调节翻译后加工的调节核核细胞质细胞质举例：乳糖对乳糖操纵子的表达的影响举例：乳糖对乳糖操纵子的表达的影响没有乳糖存在时，没有乳糖存在时，lac操纵子不表达操纵子不表达mRNAmRNAproteinproteinI IDNADNAZ ZY YA AO OP Ppolpol阻遏基因阻遏基因有乳糖存在时，有乳糖存在时，lac操纵子基因表达操纵子基因表达mRNAmRNAproteinproteinI IDNADNAZ ZY YA AO OP Ppolpolp 激素水平调节激素水平调节高等生物内分泌腺分泌的激素通过体液转运到靶细胞而对代谢进行调节。激素激素激素激素激素激素靶细胞受体靶细
33、胞受体细胞内细胞内信号信号跨膜传递跨膜传递细胞内的化学反应细胞内的化学反应生物学效应生物学效应按激素按激素受体受体在细胞的部位不同，可将激素分为两大类：在细胞的部位不同，可将激素分为两大类：1.1.膜受体激素：膜受体是存在于细胞表面质膜上的跨膜糖蛋白。膜受体激素：膜受体是存在于细胞表面质膜上的跨膜糖蛋白。2.2.胞内受体激素：大多数位于细胞核内，有的在胞液中的特异受体结合蛋白。胞内受体激素：大多数位于细胞核内，有的在胞液中的特异受体结合蛋白。第一信使受体信号第二信使，产生级联方法效应。E0E1En-1+或或-反馈反馈+或或-正作用：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。正作用：凡反应物能使
34、代谢过程速度加快者称为正作用。负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。代谢调控的基本类型代谢调控的基本类型前馈前馈S0S1S2Sn1 1、前馈作用（、前馈作用（feedforwardfeedforward）：在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反应在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反应的调节酶有作用。的调节酶有作用。分为前馈激活和前馈抑制，相当于前馈正作用和前馈负作用。分为前馈激活和前馈抑制，相当于前馈正作用和前馈负作用。2 2、反馈作用（、反馈作用（feedbackfeedback）：）：代谢产物对前面的某一酶有作用。代谢产物对前
35、面的某一酶有作用。分为反馈激活和反馈抑制，相当于反馈正作用和反馈负作用。分为反馈激活和反馈抑制，相当于反馈正作用和反馈负作用。丙酮酸激酶丙酮酸激酶前馈激活前馈激活乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶前馈抑制前馈抑制1 1、前馈作用、前馈作用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)前馈激活（前馈激活（feedforward activationfeedforward activation）(2)(2)前馈抑制前馈抑制(feedforward inhibition)(feedforward inhibition)乙酰
36、乙酰CoA+COCoA+CO2 2+H+H2 2O+ATP O+ATP 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA+ADP+Pi CoA+ADP+Pi E1E2E3E4反馈抑制反馈抑制2.2.反馈作用反馈作用（1 1）一价或单价反馈抑制，即直线式反馈控制，）一价或单价反馈抑制，即直线式反馈控制，只有一个末端代谢产物的途径。A AB BC CD DP PE1E2E3E4反馈抑制反馈抑制A AB BC CD DP Pb.b.协同反馈控制：协同反馈控制：分支代谢过程中，任何终产物都不能单独地反馈该途径，而当所有终产物都过剩时才能协同地反馈控制该途径。E1E1E2E2E3E3XYA AB BC CD DE4E4E5E
37、5（2 2）二价或多价反馈抑制）二价或多价反馈抑制a.a.合作式反馈控制：合作式反馈控制：又称增效型反馈，任何终产物单独过剩时都能较弱的产生反馈控制，而当所有终产物都过剩时能强烈产生反馈控制。E1E1E2E2E3E3XYA AB BC CD DE4E4E5E5E1E4E5XYc.c.顺序式反馈控制：顺序式反馈控制：又称逐步反馈调节。分支代谢途径中的一种通过逐步有顺序的方式达到的反馈调节方式。E1E2E3E4A AB BC CD DP PA AB BC CD DE2E3d.d.累积反馈控制：累积反馈控制：每一种终产物只能单独地、部分地反馈共同代谢途径中的一种酶，当几种终产物共同存在时，此反馈作用
38、是累积的。A AB BC CD DP PE1E2E3E4代谢途径调控在细胞工程中的应用代谢途径调控在细胞工程中的应用1、加速速度限制反应：、加速速度限制反应：第一步，确定代谢途径中限速的关键酶；第一步，确定代谢途径中限速的关键酶；第二步，在该代谢途径中增加该关键酶量；第二步，在该代谢途径中增加该关键酶量；第三步，加速该代谢途径的速度第三步，加速该代谢途径的速度E1E2E3E4A AB BC CD DP P限速关键酶限速关键酶E3E3E3E1E2E3E4A AB BC CD DP P限速关键酶限速关键酶E3E3E3限速关键酶限速关键酶E1E12、改变分支代谢途径的流向、改变分支代谢途径的流向第一
39、步，确定代谢途径中分支代谢途径的关键酶；第一步，确定代谢途径中分支代谢途径的关键酶；第二步，增加某一代谢途径的关键酶活性或者酶量，使该分支途径的反应速度提高，从而第二步，增加某一代谢途径的关键酶活性或者酶量，使该分支途径的反应速度提高，从而使其他分支途径的反应降低，产生竞争性抑制；使其他分支途径的反应降低，产生竞争性抑制；第三步，从而提高目标代谢产物的量。第三步，从而提高目标代谢产物的量。A AB BC CD DP PE1E2E3E4E5E6E7S ST TR R目标代谢产物目标代谢产物3、减少竞争代谢途径的影响、减少竞争代谢途径的影响第一步，确定代谢途径中分支代谢途径的关键酶；第一步，确定代
40、谢途径中分支代谢途径的关键酶；第二步，减少或抑制某一分支代谢途径的关键酶活性或者酶量，使该分支途径的反应速度第二步，减少或抑制某一分支代谢途径的关键酶活性或者酶量，使该分支途径的反应速度降低，从而使其他分支途径的反应提供；降低，从而使其他分支途径的反应提供；第三步，从而使共同底物更多的流向目标代谢产物的途径中。第三步，从而使共同底物更多的流向目标代谢产物的途径中。课后练习和作业课后练习和作业1 1、下列叙述中，正确的是、下列叙述中，正确的是(E )(E )A.A.糖可以转变为脂肪，因此食物不含脂类物质不会影响健康。糖可以转变为脂肪，因此食物不含脂类物质不会影响健康。B.B.三羧酸循环是三大能源
41、物质互变的枢纽，因此偏食哪种物质都可以。三羧酸循环是三大能源物质互变的枢纽，因此偏食哪种物质都可以。C.C.糖供不足时，机体主要依靠蛋白质供能。糖供不足时，机体主要依靠蛋白质供能。D.D.蛋白质食物完全可代替糖和脂类食物。蛋白质食物完全可代替糖和脂类食物。E.E.脂类物质也是营养必需物质脂类物质也是营养必需物质2 2、变构激活剂与酶的结合部位是、变构激活剂与酶的结合部位是(D)(D)A.A.活性中心的结合基团活性中心的结合基团 B.B.活性中心催化基团活性中心催化基团C.C.酶分子的任意部位酶分子的任意部位D.D.酶分子中的变构部位酶分子中的变构部位3、关于动物细胞内蛋白质合成与去向的叙述，正
42、确的是（、关于动物细胞内蛋白质合成与去向的叙述，正确的是（）A所有蛋白质的合成都需要能量所有蛋白质的合成都需要能量B合成的蛋白质都运到细胞外合成的蛋白质都运到细胞外 C合成的蛋白质都不能进入细胞核内合成的蛋白质都不能进入细胞核内 D合成的蛋白质都用于细胞膜蛋白的更新合成的蛋白质都用于细胞膜蛋白的更新 4、细胞中物质分解代谢时，三羧酸循环发生在（、细胞中物质分解代谢时，三羧酸循环发生在（）A细胞质细胞质 B细胞核细胞核 C叶绿体叶绿体 D线粒体线粒体作业：作业：小综述：小综述：通过一个具体例子说明培养方法、培养条件和代谢调控对于细胞培养生产代谢产物中的作通过一个具体例子说明培养方法、培养条件和代
43、谢调控对于细胞培养生产代谢产物中的作用。用。1、题目、题目：(自拟自拟)2、摘要：、摘要：3、关键词：、关键词：4、正文：、正文：1000-1500字字（1）该例子是什么？）该例子是什么？（2）该例子中用到什么细胞培养方法、培养条件是什么、什么代谢途径来产生代谢产物）该例子中用到什么细胞培养方法、培养条件是什么、什么代谢途径来产生代谢产物的？的？（3）如何调控该代谢途径？如何人为的获取代谢产物？如何调控该代谢途径？如何人为的获取代谢产物？5、参考文献：、参考文献：此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！
