第十一章? 代謝的相互關(guān)系及調(diào)節(jié)控制

I 主要內(nèi)容

本章重點講了兩個方面問題，一是生物體內(nèi)不同物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系，二是生物體內(nèi)物質(zhì)代謝的調(diào)控。

一、物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系

? ? 糖代謝、脂代謝、蛋白質(zhì)代謝和核酸代謝是廣泛存在于各種生物體內(nèi)的四大物質(zhì)代謝途徑，不同途徑之間的相互關(guān)系集中體現(xiàn)為各有所重，相互轉(zhuǎn)化，又相互制約的關(guān)系。

? ? 二、代謝調(diào)節(jié)的一般原理

? ? 代謝的調(diào)節(jié)控制方式有分子水平調(diào)節(jié)、細(xì)胞水平調(diào)節(jié)、激素水平調(diào)節(jié)和神經(jīng)水平調(diào)節(jié)四種，其中神經(jīng)水平調(diào)節(jié)是高等動物所特有的，細(xì)胞水平是所有生物體共有的，各種類型的調(diào)節(jié)都是由細(xì)胞水平來實現(xiàn)的。

? ? 細(xì)胞水平調(diào)控是一切調(diào)控的最重要基礎(chǔ)，細(xì)胞水平調(diào)節(jié)主要分為酶的區(qū)域化分布調(diào)節(jié)、底物的可利用性、輔因子的可利用性調(diào)節(jié)、酶活性的調(diào)節(jié)、酶量調(diào)節(jié)五種形式。? ? ? ??

? ?（一）酶的區(qū)域化分布調(diào)節(jié)

? ?（二）底物的可利用性

? ?（三）輔助因子的可利用性

? ?（四）酶活性調(diào)節(jié)

? ? 酶活性調(diào)節(jié)是通過對現(xiàn)有酶催化能力的調(diào)節(jié)，最基本的方式是酶的反饋調(diào)節(jié)，亦即通過代謝物濃度對自身代謝速度的調(diào)節(jié)作用，反饋調(diào)節(jié)作用根據(jù)其效應(yīng)的不同分為正反饋調(diào)節(jié)和負(fù)反饋調(diào)節(jié)。反饋是結(jié)果對行為本身的調(diào)節(jié)或輸出對輸入的調(diào)節(jié)，在物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)中引用反饋是指產(chǎn)物的積累對本身代謝速度的調(diào)節(jié)。反饋抵制調(diào)節(jié)包括順序反饋調(diào)節(jié)、積累反饋調(diào)節(jié)、協(xié)同反饋調(diào)節(jié)和同功酶調(diào)節(jié)四種。

? ? (五) 酶量的調(diào)節(jié)

? ? 細(xì)胞內(nèi)的酶可以根據(jù)其是否隨外界環(huán)境條件的改變而改變分為組成酶和誘導(dǎo)酶。組成酶是催化細(xì)胞內(nèi)各種代謝反應(yīng)的酶，如糖酵解、三羧酸循環(huán)等。誘導(dǎo)酶則是其含量可以隨外界條件發(fā)生變化的一些酶類。它的產(chǎn)生或消失可以使細(xì)胞獲得或失去代謝某一種物質(zhì)的能力。

? ? 1.原核生物基因表達(dá)調(diào)控

? ? 操縱子學(xué)說是F. Jacob 和 J. Monod 于1961年首先提出來用于解釋原核生物基因表達(dá)調(diào)控的一個理論。該理論認(rèn)為一個轉(zhuǎn)錄調(diào)控單位包括：結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因、啟動子和操縱基因四個部分，其中操縱基因加上它所控制的一個或幾個結(jié)構(gòu)基因構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能單位稱為操縱子。

? ?（1）酶合成的誘導(dǎo)

? ? 乳糖操縱子是目前人們研究最清楚的一種酶合成控制方式。當(dāng)環(huán)境中沒有乳糖單獨存在時，微生物細(xì)胞中不產(chǎn)生與乳糖代謝有關(guān)的半乳糖通透酶、-半乳糖苷酶及硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；溉N酶。

? ? 關(guān)于酶合成的誘導(dǎo)應(yīng)該注意以下幾點：

? ? ①誘導(dǎo)物是所誘導(dǎo)產(chǎn)生誘導(dǎo)酶的正常底物。酶誘導(dǎo)的結(jié)果是使細(xì)胞獲得代謝某一種物質(zhì)的能力。

? ? ②阻遏蛋白一合成即有和操縱基因結(jié)合的能力，阻遏蛋白結(jié)合到操縱基因部位可以阻止結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。

? ? ③誘導(dǎo)物也可以與阻遏蛋白結(jié)合，并且兩者的親合力大于阻遏蛋白與操縱基因的親合力，因此可以將阻遏蛋白從操縱基因部位解離下來，使結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)。

? ? ④酶合成的誘導(dǎo)，除了需要誘導(dǎo)物存在外，它的作用還需要降解物激活蛋白和cAMP存在，只有CAP和cAMP同時結(jié)合在CAP結(jié)合位點，才能啟動酶的合成。

? ? ⑤一旦調(diào)節(jié)基因或操縱基因突變，使調(diào)節(jié)蛋白不能結(jié)合在操縱基因部位，則可以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因的永久性表達(dá)。

? ?（2）酶合成的阻遏

? ? 色氨酸操縱子是一種典型的酶合成阻遏控制方式。該操縱子的調(diào)節(jié)蛋白單獨不具有與操縱基因結(jié)合的能力，只有與它的輔阻遏物（正常代謝的終產(chǎn)物結(jié)合）后，才有與操縱基因結(jié)合的能力，因此，它作用的結(jié)果是使細(xì)胞暫時停止某些酶的合成，失去合成某些物質(zhì)的能力。

? ? 關(guān)于酶合成的阻遏應(yīng)該注意以下幾點：

? ? ①輔阻遏物通常是所阻遏酶的終末產(chǎn)物。阻遏的結(jié)果是使細(xì)胞暫時停止與其有關(guān)酶的合成。

? ? ②阻遏蛋白單獨存在時，不具備和操縱基因結(jié)合的能力，只有它和輔阻遏物結(jié)合之后，才能獲得與操縱基因結(jié)合的能力，阻止結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。

? ? ③一旦調(diào)節(jié)基因或操縱基因突變，使調(diào)節(jié)蛋白不能結(jié)合在操縱基因部位，則可以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因的永久性表達(dá)（組成型突變）。

? ? 2.真核生物基因表達(dá)的調(diào)控?

? ?（六）激素對代謝的調(diào)節(jié)

? ? 激素是由多細(xì)胞生物的特殊細(xì)胞分泌，經(jīng)由體液運輸?shù)教厥獾陌屑?xì)胞發(fā)揮其專有生理作用的微量有機物質(zhì)。激素根據(jù)其化學(xué)組成的不同分為氨基酸及其衍生物、肽及蛋白質(zhì)、固醇類、脂肪酸衍生物四種類型。

? ? 激素的調(diào)控分為兩種基本形式，氨基酸類、多肽及蛋白質(zhì)類，其作用部位主要在細(xì)胞膜上，通過cAMP、cGMP的作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的活性。

? ? 固醇類激素主要作用部位在細(xì)胞核內(nèi)，這類激素首先與細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)受體結(jié)合形成激素受體復(fù)合物，此復(fù)合物進入核內(nèi)與DNA分子上特定部位結(jié)合，啟動特定基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯作用。

（七）神經(jīng)系統(tǒng)對代謝的調(diào)節(jié)一、各種物質(zhì)代謝途徑之間的相互關(guān)系

II 習(xí)? 題

一、名詞解釋

1．反饋調(diào)節(jié)：

2．酶共價修飾調(diào)節(jié)：

3．操縱子學(xué)說

4．誘導(dǎo)酶、組成酶：

5．葡萄糖效應(yīng)：

6．酶合成的阻遏：

二、是非題

1．某物質(zhì)的水解產(chǎn)物在280nm處有吸收高峰，地衣酚和二苯胺試驗為陰性，由此可以認(rèn)為此物質(zhì)不是核酸類物質(zhì)。

2．多肽類激素作為信使分子必須便于運輸，所以都是小分子。

3．反饋抑制主要是指反應(yīng)系統(tǒng)中最終產(chǎn)物對初始步驟酶活力的抑制作用。

4．肌球蛋白是由相同的肽鏈亞基聚合而成，肌動蛋白本身還具有ATP酶活力，所以當(dāng)? 釋放能量時就會引起肌肉收縮。

5．所有跨膜擴散反應(yīng)的AG0′＝0

6．在許多生物合成途徑中，最先一步都是由一種調(diào)節(jié)酶催化的，此酶可被自身的產(chǎn)物，即該途徑的最終產(chǎn)物所抑制。

7．短期禁食時，肝和肌肉中的糖原儲備用于為其它組織特別是大腦提供葡萄糖。

8．與乳糖代謝有關(guān)的酶合成常常被阻遏，只有當(dāng)細(xì)菌以乳糖為唯一碳源時，這些酶才能被誘導(dǎo)合成。

9．在動物體內(nèi)蛋白質(zhì)可轉(zhuǎn)變?yōu)橹荆荒苻D(zhuǎn)變?yōu)樘恰?/p>

10．細(xì)胞內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)主要是通過調(diào)節(jié)酶的作用而實現(xiàn)的。

11．磷酸化是最常見的酶促化學(xué)修飾反應(yīng)，一般是耗能的。

12．據(jù)目前所知非組蛋白在真核細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控中起重要作用

三、填空題

1．下列過程主要在體內(nèi)何種組織器官中進行? 乳酸-葡萄糖在? ? ? ? ? ?；軟脂酸-β-羥丁酸在? ? ? ? ? ；1，25-二經(jīng)維生素D，生成在? ? ? ? ? ?。精氨酸合成在? ? ? ? ? ?；碘的利用在? ? ? ? ? ? ? ?。（答案：肝臟；肝臟；肝臟及腎臟；肝臟；甲狀腺）

2．下列過程發(fā)生在真核生物細(xì)胞的哪一部分? DNA合成在? ? ? ? ? ?rRNA合成在

? ? ? ? ? ?；蛋白質(zhì)合成在? ? ? ? ? ? ?；光合作用在? ? ? ? ? ? ?；脂酸合成在

? ? ? ? ? ? ；氧化磷酸化在? ? ? ? ? ? ；糖酵解在? ? ? ? ? ?β-氧化在? ? ? ? ? 。

3．分子病是指? ? ? ? ? ?的缺陷，造成人體? ? ? ? ? ? ?的結(jié)構(gòu)和功能的障礙，如? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

4．生物體內(nèi)往往利用某些三磷酸核苷作為能量的直接來源，如? ? ? ? ? ?用于多糖合成，? ? ? ? ? ?用于磷脂合成，? ? ? ? ? ?用于蛋白質(zhì)合成。這些三磷酸核苷分子中的高能磷酸鍵則來源于? ? ? ? ? ? ? 。

5．生物選擇專一性的立體異構(gòu)分子作為構(gòu)成生物大分子的單體，如糖原中的? ? ? ??

葡萄糖，蛋白質(zhì)中的? ? ? ? ? ?氨基酸，核酸中的? ? ? ? ? 核糖或脫氧核糖，脂肪中的

? ? ? ? ? ?。

6．在糖、脂和蛋白質(zhì)代謝的互變過程中，? ? ? ? ? ? 和? ? ? ? ? 起關(guān)鍵作用的物質(zhì)。（答案：酮酸、乙酰CoA）

7．生物體內(nèi)的代謝調(diào)節(jié)在四種不同水平上進行即? ? ? ? ? ? ? ，? ? ? ? ? ? ，

? ? ? ? ? ? ?和? ? ? ? ? ? ? 。

8．1961年Monod和Jocob提出了? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 模型。

9．乳糖操縱于的啟動，不僅需要有信號分子乳糖存在，而且培養(yǎng)基中不能有? ? ? ? ? ?，因為它的分解代謝產(chǎn)物會降低細(xì)胞中? ? ? ? ? ?的水平，而使? ? ? ? 復(fù)合物不足，它是啟動基因啟動所不可缺少的? ? ? ? ? ?調(diào)節(jié)因子。

10．真核細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控是多級的，有? ? ? ? ? ?，? ? ? ? ? ，? ? ? ? ? ，

? ? ? ? ? ? ,和? ? ? ? ? ? 。

11．酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)中，誘導(dǎo)物多是誘導(dǎo)酶的? ? ? ? ? ? ? ，作用的結(jié)果是使細(xì)胞獲得分解? ? ? ? ?能力；酶合成的阻遏調(diào)節(jié)中，附阻遏物多是阻遏酶參與代謝反應(yīng)的? ? ? ? ? ? ?產(chǎn)物，作用的結(jié)果是使細(xì)胞停止與? ? ? ? ? ? 合成有關(guān)酶的合成。

12．? ? ? ? ? ? 是近年來找到的在代謝調(diào)控中，有重要作用的多磷酸核苷酸。在E.coli中，它參與rRNA合成的控制。（答案：ppGpp）

四、選擇題

1．大腸桿菌內(nèi)的β-半乳糖苷的主動運輸?shù)奶攸c是：

? ? ? ?A? 需要能源。

? ? ? ?B? β-半乳糖苷具有一定的飽和濃度，超出此飽和濃度攝取率不可能再加快

? ? ?C? β-半乳糖苷的流速取決于細(xì)胞內(nèi)的β-半乳糖苷濃度。

? ? ? ?D? β-半乳糖的分子形狀。

2．在哺乳動物的組織內(nèi)，絲氨酸可作為下列哪些物質(zhì)的合成前體：

? ? ?A? 甲硫氨酸 ? ? B? 甘氨酸

? ? ?C? 色氨酸? ? D? 膽堿

3．在哺乳動物的組織內(nèi)，甘氨酸是合成下列哪些物質(zhì)的前體：

? ? ? ?A? 血紅素 ? ? B? 肌酸

? ? ? ?C? 鳥嘌呤? ? D? 胸腺嘧啶

4．體內(nèi)活潑甲基供體主要是：

? ? ? ?A? 硫辛酸? ? B? S—腺苷甲硫氨酸

? ? ? ?C? 甲硫氨酸? ? D? 磷酸肌酸

5．將下列物質(zhì)加到無細(xì)胞質(zhì)懸濃中會引起cAMP降低的是：

A? cAMP磷酸二酯酶? ? B? 腺苷酸環(huán)化酶

C? 咖啡堿 D? 氨基卟啉

6．與乳糖操縱子操縱基因結(jié)合的物質(zhì)是：

A? RNA聚合酶? ? B? DNA聚合酶

C? 阻遏蛋白 D? 反密碼子

7．在E.coli蛋白質(zhì)生物合成的起始步驟中，包括下列步驟中的：

? ? ? ?A? mRNA與16S核糖體RNA配對。

? ? ?B? 由fMet-tRNAfMet，起始因子和核糖體30S亞基間形成起始復(fù)合物。

? ? ? ?C? 由fMet-tRNAfMet定位于核糖體P-位。

? ? ? ?D? 把fMet-tRNAfMet水解除去甲酰基。

? ? ? ?E? 由fMet-tRNAfMet識別起始密碼子AUG或GUG。?

8．真核DNA基因表達(dá)受：

? ? ? ?A? 操縱子控制 ? ? B? 非組蛋白的調(diào)控? ? ? ? C? 組蛋白的調(diào)控 9．下列有關(guān)新陳代謝功能的順序和調(diào)控的陳述錯誤的是：

? ? ? ?A? 任何特定分子的合成代謝途徑往往是它的分解代謝途徑的逆向反應(yīng)。

? ? ? ?B? 合成代謝是從小分子前體合成大分子的過程，并且必須供給一定的能量。

? ? ? ?C? 一種酶只能催化某一種特定的化學(xué)反應(yīng)，從而使細(xì)胞中的許多代謝反應(yīng)可以同時進行，互不干擾。

五、問答題

1．一些細(xì)菌苗株排泄大量的核酸酶，這種排泄對于細(xì)菌有何益處?哺乳動物胰臟分泌大量的核糖核酸酶和脫氧核糖核酸酶，它們有何作用?

2．．什么是操縱子？按照操縱子學(xué)說，酶合成的控制分為哪兩種類型？兩者在控制上主要有哪些重要區(qū)別？

3．生物體內(nèi)糖代謝、脂代謝、蛋白質(zhì)代謝及核酸代謝主要是通過哪些重要化合物彼此相連形成一個相互聯(lián)系的有機整體的？為什么（可用圖示方法說明）?

4．一度流行但有爭議的快速減重膳食，你可以敞開吃你愛吃的富有蛋白和脂類的食物但仍會減重。不過采用這種飲食的病人經(jīng)常自述呼吸不佳。請你：

(1)從代謝角度給與一個較為合理的解釋，說明為什么這種膳食是有效的。

(2)試討論這一主張：即不必限制你所吃的蛋白質(zhì)和脂類的量而仍能減重。

5． 生物的代謝調(diào)節(jié)主要分為哪幾個層次？在生物的代謝調(diào)節(jié)中最基本的調(diào)節(jié)是什么水平調(diào)節(jié)？為什么？