生物化學(xué)物質(zhì)代謝總結(jié)及習(xí)題

1、第十一章代謝調(diào)節(jié)一、知識要點代謝調(diào)節(jié)是生物在長期進(jìn)化過程中，為適應(yīng)外界條件而形成的一種復(fù)雜的生理機(jī)能。通過調(diào)節(jié)作用細(xì)胞內(nèi)的各種物質(zhì)及能量代謝得到協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，使生物體能更好地利用環(huán)境條件來完成復(fù)雜的生命活動。根據(jù)生物的進(jìn)化程度不同，代謝調(diào)節(jié)作用可在不同水平上進(jìn)行：低等的單細(xì)胞生物是通過細(xì)胞內(nèi)酶的調(diào)節(jié)而起作用的；多細(xì)胞生物則有更復(fù)雜的激素調(diào)節(jié)和神經(jīng)調(diào)節(jié)。因為生物體內(nèi)的各種代謝反應(yīng)都是通過酶的催化作用完成的，所以， 細(xì)胞內(nèi)酶的調(diào)節(jié)是最基本的調(diào)節(jié)方式。酶的調(diào)節(jié)是從酶的區(qū)域化、酶的數(shù)量和酶的活性三個方面對代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)的。細(xì)胞是一個高效而復(fù)雜的代謝機(jī)器，每時每刻都在進(jìn)行著物質(zhì)代謝和能量的轉(zhuǎn)化。細(xì)胞內(nèi)的四大

2、類物質(zhì)糖類、脂類、蛋白質(zhì)和核酸，在功能上雖各不相同，但在代謝途徑上卻有明顯的交叉和聯(lián)系，它們共同構(gòu)成了生命存在的物質(zhì)基礎(chǔ)。代謝的復(fù)雜性要求細(xì)胞有數(shù)量龐大、功能各異和分工明確的酶系統(tǒng)，它們往往分布在細(xì)胞的不同區(qū)域。例如參與糖酵解、磷酸戊糖途徑和脂肪酸合成的酶主要存在胞漿中；參與三竣酸循環(huán)、脂肪酸3-氧化和氧化磷酸化的酶主要存在于線粒體中；與核酸生物合成有關(guān)的酶大多在細(xì)胞核中；與蛋白質(zhì)生物合成有關(guān)的酶主要在顆粒型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。細(xì)胞內(nèi)酶的區(qū)域化為酶水平的調(diào)節(jié)創(chuàng)造了有利條件。生物體內(nèi)酶數(shù)量的變化可以通過酶合成速度和酶降解速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。酶合成主要來自轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，因此，可以分別在轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后加工與運

3、輸和翻譯水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)錄水平上，調(diào)節(jié)基因感受外界刺激所產(chǎn)生的誘導(dǎo)物和輔阻遏物可以調(diào)節(jié)基因的開閉，這是一種負(fù)調(diào)控作用。而分解代謝阻遏作用通過調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的降解物基因活化蛋白（ CAP） 促進(jìn)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行，是一種正調(diào)控作用，它們都可以用操縱子模型進(jìn)行解釋。操縱子是在轉(zhuǎn)錄水平上控制基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動子（P）、操縱基因（。和在功能上相關(guān)的幾個結(jié)構(gòu)基因組成；轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)包括，真核生物mRNA 轉(zhuǎn)錄后的加工，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的運輸和在細(xì)胞中的定位等；翻譯水平上的調(diào)節(jié)包括，mRNA 本身核苷酸組成和排列（如 SD 序列），反義RNA 的調(diào)節(jié)，mRNA 的穩(wěn)定性等方面。酶活性的調(diào)節(jié)是直接針對酶分子本身的催化

4、活性所進(jìn)行的調(diào)節(jié)，在代謝調(diào)節(jié)中是最靈敏、最迅速的調(diào)節(jié)方式。主要包括酶原激活、酶的共價修飾、反饋調(diào)節(jié)、能荷調(diào)節(jié)及輔因子調(diào)節(jié)等。題(一)名詞解釋1 誘導(dǎo)酶(Inducible enzyme )2標(biāo)兵酶(Pacemaker enzyme)3操縱子(Operon)4衰減子(Attenuator )5阻遏物(Repressor)6輔阻遏物(Corepressor)7降解物基因活化蛋白(Catabolic gene activator protein )8腺苷酸環(huán)化酶(Adenylate cyclase)9共價修飾(Covalent modification )10級聯(lián)系統(tǒng)(Cascade system)

5、11 反饋抑制(Feedback inhibition)12交叉調(diào)節(jié)(Cross regulation )13前饋激活(Feedforward activation )14鈣調(diào)蛋白(Calmodulin )(二)英文縮寫符號1. CAP ( Catabolic gene activator protein )：2. PKA ( Protein kinase)：3. CaM ( Calmkdulin )：4. ORF ( Open reading frame)：(三)填空題1. 哺乳動物的代謝調(diào)節(jié)可以在、 和四個水平上進(jìn)行。2. 酶水平的調(diào)節(jié)包括、 和 。其中最靈敏的調(diào)節(jié)方式是。3. 酶合成的調(diào)

6、節(jié)分別在、和三個方面進(jìn)行。4. 合成誘導(dǎo)酶的調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物是，它通過與結(jié)合起調(diào)節(jié)作用。5. 在分解代謝阻遏中調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是，它能與結(jié)合而被活化，幫助與啟動子結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。6. 色氨酸是一種，能激活，抑制轉(zhuǎn)錄過程。7. 乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因包括、和。8. 在代謝網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)鍵的三個中間代謝物是、和9. 酶活性的調(diào)節(jié)包括、和。10. 共價調(diào)節(jié)酶是由對酶分子進(jìn)行，使其構(gòu)象在和之間相互轉(zhuǎn)變。11. 真核細(xì)胞中酶的共價修飾形式主要是，原核細(xì)胞中酶共價修飾形式主要是。(四)選擇題1. 利用操縱子控制酶的合成屬于哪一種水平的調(diào)節(jié)：A.翻譯后加工B.翻譯水平C.轉(zhuǎn)錄后加工D.轉(zhuǎn)錄水平2. 色氨酸操縱子調(diào)節(jié)

7、基因產(chǎn)物是：A.活性阻遏蛋白 B.失活阻遏蛋白C. cAMP受體蛋白 D.無基因產(chǎn)物3. 下述關(guān)于啟動子的論述錯誤的是：A.能專一地與阻遏蛋白結(jié)合B.是RNA聚合酶識別部位C.沒有基因產(chǎn)物 D.是RNA聚合酶結(jié)合部位4. 在酶合成調(diào)節(jié)中阻遏蛋白作用于：A.結(jié)構(gòu)基因 B.調(diào)節(jié)基因 C.操縱基因 D. RNA聚合酶5. 酶合成的調(diào)節(jié)不包括下面哪一項：A.轉(zhuǎn)錄過程 B. RNA加工過程C. mRNA翻譯過程 D.酶的激活作用6. 關(guān)于共價調(diào)節(jié)酶下面哪個說法是錯誤的：A.都以活性和無活性兩種形式存在B.常受到激素調(diào)節(jié)C.能進(jìn)行可逆的共價修飾D.是高等生物特有的調(diào)節(jié)方式7. 被稱作第二信使的分子是：A

8、cDNA B ACP C cAMP D AMP8反饋調(diào)節(jié)作用中下列哪一個說法是錯誤的：A.有反饋調(diào)節(jié)的酶都是變構(gòu)酶B.酶與效應(yīng)物的結(jié)合是可逆的C.反饋作用都是使反速度變慢D.酶分子的構(gòu)象與效應(yīng)物濃度有關(guān)（五）是非判斷題（） 1. 分解代謝和合成代謝是同一反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)，所以它們的代謝反應(yīng)是可逆的。（） 2. 啟動子和操縱基因是沒有基因產(chǎn)物的基因。（） 3. 酶合成的誘導(dǎo)和阻遏作用都是負(fù)調(diào)控。（） 4. 衰減作用是在轉(zhuǎn)錄水平上對基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)的一種方式。（） 5. 與酶數(shù)量調(diào)節(jié)相比，對酶活性的調(diào)節(jié)是更靈敏的調(diào)節(jié)方式。（） 6. 果糖 1,6 二磷酸對丙酮酸激酶具有反饋抑制作用。（） 7. 序列反應(yīng)

9、中幾個終產(chǎn)物同時過多時的調(diào)節(jié)作用叫累積調(diào)節(jié)。（） 8. 酶的共價修飾能引起酶分子構(gòu)象的變化。（） 9. 脫甲基化作用能使基因活化。（） 10. 連鎖反應(yīng)中，每次共價修飾都是對原始信號的放大.（六）問答題1 糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系?2糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系?3蛋白質(zhì)代謝與脂類代謝的相互關(guān)系?4簡述酶合成調(diào)節(jié)的主要內(nèi)容？5以乳糖操縱子為例說明酶誘導(dǎo)合成的調(diào)控過程？6以糖原磷酸化酶激活為例，說明級聯(lián)系統(tǒng)是怎樣實現(xiàn)反應(yīng)信號放大的？7二價反饋抑制作用有哪些主要類型？8代謝的區(qū)域化有何意義？三、答 案（一）、名詞解釋：1. 誘導(dǎo)酶：由于誘導(dǎo)物的存在，使原來關(guān)閉的基因開放，從而引起某些酶的合成數(shù)量

10、明顯增加，這樣的酶稱為誘導(dǎo)酶2. 標(biāo)兵酶：在多酶促系列反應(yīng)中，受控制的部位通常是系列反應(yīng)開頭的酶，這個酶一般是變構(gòu)酶，也稱標(biāo)兵酶。3. 操縱子：在轉(zhuǎn)錄水平上控制基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，包括啟動子（ P）、操縱基因（。和在功能上相關(guān)的幾個結(jié)構(gòu)基因。4. 衰減子：位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的功能單位，前導(dǎo)區(qū)轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)RNA通過構(gòu)象變化終止或減弱轉(zhuǎn)錄。5. 阻遏物：由調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的一種變構(gòu)蛋白，當(dāng)它與操縱基因結(jié)合時，能夠抑制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。6. 輔阻遏物：能夠與失活的阻碣蛋白結(jié)合，并恢復(fù)阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合能力的物質(zhì)。輔阻遏物一般是酶反應(yīng)的產(chǎn)物。7. 降解物基因活化蛋白：由調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的一種cAM

11、P 受體蛋白，當(dāng)它與cAMP 結(jié)合時被激活，并結(jié)合到啟動子上促進(jìn)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。是一種正調(diào)節(jié)作用。8. 腺苷酸環(huán)化酶：催化ATP 焦磷酸裂解產(chǎn)生環(huán)腺苷酸（cAMP ）的酶。9. 共價修飾：某種小分子基團(tuán)可以共價結(jié)合到被修飾酶的特定氨基酸殘基上，引起酶分子構(gòu)象變化，從而調(diào)節(jié)代謝的方向和速度。10. 級聯(lián)系統(tǒng)：在連鎖代謝反應(yīng)中一個酶被激活后，連續(xù)地發(fā)生其它酶被激活，導(dǎo)致原始調(diào)節(jié)信號的逐級放大，這樣的連鎖代謝反應(yīng)系統(tǒng)稱為級聯(lián)系統(tǒng)。11. 反饋抑制：在代謝反應(yīng)中，反應(yīng)產(chǎn)物對反應(yīng)過程中起作用的酶產(chǎn)生的抑制作用。12. 交叉調(diào)節(jié)：代謝產(chǎn)物不僅對本身的反應(yīng)過程有反饋抑制作用，而且可以控制另一代謝物在不同途徑中的合

12、成。13. 前饋激活：在反應(yīng)序列中，前身物質(zhì)對后面的酶起激活作用，使反應(yīng)向前進(jìn)行。14. 鈣調(diào)蛋白：一種依賴于鈣的蛋白激酶，酶蛋白與鈣結(jié)合引起酶分子構(gòu)象變化，調(diào)解酶的活性。如磷酸化酶激酶是一種依賴于鈣的蛋白激酶。（二）英文縮寫符號1. CAP （ Catabolic gene activator protein ）：降解物基因活化蛋白2. PKA （Protein kinase）:蛋白激酶 A3. CaM （ Calmkdulin ）：鈣調(diào)蛋白4. ORF （Open reading frame）:開放閱讀框架（三）填空題1. 細(xì)胞內(nèi)酶水平；細(xì)胞水平；激素水平；神經(jīng)水平2. 酶的區(qū)域化；酶數(shù)量

13、的調(diào)節(jié)；酶活性的調(diào)節(jié)3. 轉(zhuǎn)錄水平；轉(zhuǎn)錄后加工和運輸；翻譯水平4. 阻遏蛋白；操縱基因5. 降解物基因活化蛋白（CAP ;環(huán)腺甘酸（cAMP ; RN麋合酶6. 輔阻遏物；阻遏蛋白7. LacZ； LacY； LacA8. 6- 磷酸葡萄糖；丙酮酸；乙酰輔酶A9. 酶原激活；酶共價修飾；變構(gòu)調(diào)節(jié)；反饋調(diào)節(jié)；輔因子調(diào)節(jié)；能荷調(diào)節(jié)10. 小分子基團(tuán)；共價修飾；有活性；無活性11. 磷酸化和脫磷酸化；核苷?；兔摵塑挣；ㄋ模┻x擇題1. D ：操縱子在酶合成的調(diào)節(jié)中是通過操縱基因的開閉來控制結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的，所以是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)。細(xì)胞中酶的數(shù)量也可以通過其它三種途徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。2. B:色氨酸操縱子控制

14、合成色氨酸五種酶的轉(zhuǎn)錄，色氨酸是蛋白質(zhì)氨基酸，正常情況 下調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的是無活性阻遏蛋白，轉(zhuǎn)錄正常進(jìn)行。但當(dāng)細(xì)胞中色氨酸的含量超過蛋白質(zhì)合成的需求時，色氨酸變成輔阻遏物來激活阻遏蛋白，使轉(zhuǎn)錄過程終止；誘導(dǎo)酶的操縱子調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的是活性阻遏物；組成酶的操縱子調(diào)節(jié)基因不產(chǎn)生阻遏蛋白；有分解代謝阻遏作用的操縱子調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物是cAMP 受體蛋白（降解物基因活化蛋白）。3. A:操縱基因是阻遏蛋白的結(jié)合部位。4. C:活性阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合使轉(zhuǎn)錄終止。5. D ：酶的激活作用是對酶活性的調(diào)節(jié)，與酶合成的調(diào)節(jié)無關(guān)。6. D ：共價調(diào)節(jié)酶是高等生物和低等生物都具有的一種酶活性調(diào)節(jié)方式。7. C： cDN

15、A 為互補(bǔ) DNA， ACP 為?；d體蛋白，AMP 為腺苷酸。cAMP 由腺苷酸環(huán)化酶催化ATP 焦磷酸裂解環(huán)化生成，腺苷酸環(huán)化酶可感受激素信號而被激活，所以，一般把激素稱為“第一信使”，把 cAMP 稱為“第二信使”。8. C:反饋作用包括正反饋（反饋激活）和負(fù)反饋（反饋抑制），正反饋對酶起激活作 用，負(fù)反饋對酶起抑制作用。（五）是非判斷題1. 錯：分解代謝和合成代謝雖然是同一反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)，但它們各自的代謝途徑不完全相同，如在糖酵解途徑中，葡萄糖被降解成丙酮酸的過程有三步反應(yīng)是不可逆的，在糖異生過程中需要由其它的途徑或酶來代替。2. 對：操縱子包括啟動子、操縱基因和結(jié)構(gòu)基因，啟動子是RN朦合

16、酶識別和結(jié)合部位，操縱基因可以與阻遏蛋白結(jié)合控制基因表達(dá)，兩者都沒有基因產(chǎn)物。結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為與DNAT補(bǔ)的RNA3. 對：在酶合成的誘導(dǎo)中，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的活性阻遏物在沒有誘導(dǎo)物的情況下，能與操縱基因結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄終止和減弱；在酶合成的阻遏中，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的失活阻遏物與輔阻遏物結(jié)合后被活化，再與操縱基因結(jié)合，也能使轉(zhuǎn)錄終止和減弱；4. 對：衰減作用是通過對已轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)RNA 翻譯后形成的終止子，對已開始的轉(zhuǎn)錄過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。5. 對：酶合成的調(diào)節(jié)需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯、加工等過程，酶的降解需要蛋白酶的作用，它們都是慢速的調(diào)節(jié)過程。酶活性的調(diào)節(jié)則直接作用于酶分子本身，所以是更靈敏更迅速的調(diào)節(jié)過程。6

17、. 錯：果糖1,6 二磷酸對丙酮酸激酶具有前饋激活作用。因為，在糖酵解的序列反應(yīng)中，果糖 1,6二磷酸位于丙酮酸激酶催化的反應(yīng)之前，果糖1,6 二磷酸對丙酮酸激酶的前饋激活作用有利于酵解反應(yīng)的進(jìn)行。7. 錯：叫協(xié)同調(diào)節(jié)。幾個終產(chǎn)物中任何一個產(chǎn)物過多都能部分抑制某一酶的活性，要達(dá)_到最大的效果幾個終產(chǎn)物必需同時過多，這種調(diào)節(jié)作用叫累積調(diào)節(jié)。8. 對：在酶分子中共價引入或去除某種小分子基團(tuán)，能使酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)在有活性和無活性構(gòu)象之間發(fā)生轉(zhuǎn)變。9. 對： DNA 的堿基通過脫甲基化作用能使染色質(zhì)變疏松，基因得到活化。而甲基化作用可關(guān)閉某些基因的表達(dá)。10. 對：因為在連鎖反應(yīng)中，每次共價修飾都相當(dāng)

18、于增加一級酶促反應(yīng)，使原始信號得到一次放大。（六）問答題（解題要點）1. 答：（1）糖轉(zhuǎn)變?yōu)橹荆禾墙徒馑a(chǎn)生的磷酸二羥丙同酮還原后形成甘油，丙酮酸氧化脫羧形成乙酰輔酶A 是脂肪酸合成的原料，甘油和脂肪酸合成脂肪。（ 2）脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)樘牵褐痉纸猱a(chǎn)生的甘油和脂肪酸，可沿不同的途徑轉(zhuǎn)變成糖。甘油經(jīng)磷酸化作用轉(zhuǎn)變成磷酸二羥丙酮，再異構(gòu)化變成3-磷酸甘油醛，后者沿糖酵解逆反應(yīng)生成糖；脂肪酸氧化產(chǎn)生乙酰輔酶A,在植物或微生物體內(nèi)可經(jīng)乙醛酸循環(huán)和糖異生作用生成糖，也可經(jīng)糖代謝徹底氧化放出能量。（ 3）能量相互利用：磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的NADPH 直接用于脂肪酸的合成，脂肪分解產(chǎn)生的能量也可用于糖的合成。2.

19、答：（1）糖是蛋白質(zhì)合成的碳源和能源：糖分解代謝產(chǎn)生的丙酮酸、a -酮戊二酸、草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、4-磷酸赤蘚糖等是合成氨基酸的碳架。糖分解產(chǎn)生的能量被用于蛋白質(zhì)的合成。（2）蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物進(jìn)入糖代謝：蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的氨基酸經(jīng)脫氨后生成a-酮酸，a -酮酸進(jìn)入糖代謝可進(jìn)一步氧化放出能量，或經(jīng)糖異生作用生成糖。3 .答：（1）脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)：脂肪分解產(chǎn)生的甘油可進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成丙酮酸、a-酮戊二酸、草酰乙酸等，再經(jīng)過轉(zhuǎn)氨基作用生成氨基酸。脂肪酸氧化產(chǎn)生乙酰輔酶A 與草酰乙酸縮合進(jìn)入三羧酸循環(huán)，能產(chǎn)生谷氨酸族和天冬氨酸族氨基酸。（ 2）蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹荆涸诘鞍踪|(zhì)氨基酸中，生糖氨基酸通過丙酮酸

20、轉(zhuǎn)變成甘油，也可以氧化脫竣后轉(zhuǎn)變成乙酰輔酶A,用于脂肪酸合成。生酮氨基酸在代謝反應(yīng)中能生成乙酰乙酸，由乙酰乙酸縮合成脂肪酸。絲氨酸脫羧后形成膽氨，膽氨甲基化后變成膽堿，后者是合成磷脂的組成成分。4 . 答：（1）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)：負(fù)調(diào)控作用（酶合成的誘導(dǎo)和阻遏）；正調(diào)控作用（降解物基因活化蛋白）；衰減作用（衰減子）。（ 2）轉(zhuǎn)錄后的的調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)錄后mRNA 的加工，mRNA 由細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的運輸，mRNA 細(xì)胞中的定位和組裝。（ 3）翻譯水平的調(diào)節(jié)：mRNA 本身核苷酸組成和排列（如SD 序列），反義RNA 的活性， mRNA 的穩(wěn)定性等都是翻譯水平的調(diào)節(jié)的重要內(nèi)容。_ 5. 答： （ 1 ）乳糖操縱子：操縱子是指在轉(zhuǎn)錄水平上控制基因表達(dá)的協(xié)