9 物质代谢的联系和调节

物质代谢的联系和调节

知识要点

代谢调节是生物在长期进化过程中，为适应外界条件而形成的一种复杂的生理机能。通过调节作用细胞内的各种物质及能量代谢得到协调和统一，使生物体能更好地利用环境条件来完成复杂的生命活动。根据生物的进化程度不同，代谢调节作用可在不同水平上进行：低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则有更复杂的激素调节和神经调节。因为生物体内的各种代谢反应都是通过酶的催化作用完成的，所以，细胞内酶的调节是最基本的调节方式。酶的调节是从酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进行调节的。

细胞是一个高效而复杂的代谢机器，每时每刻都在进行着物质代谢和能量的转化。细胞内的四大类物质糖类、脂类、蛋白质和核酸，在功能上虽各不相同，但在代谢途径上却有明显的交叉和联系，它们共同构成了生命存在的物质基础。代谢的复杂性要求细胞有数量庞大、功能各异和分工明确的酶系统，它们往往分布在细胞的不同区域。例如参与糖酵解、磷酸戊糖途径和脂肪酸合成的酶主要存在胞浆中；参与三羧酸循环、脂肪酸β-氧化和氧化磷酸化的酶主要存在于线粒体中；与核酸生物合成有关的酶大多在细胞核中；与蛋白质生物合成有关的酶主要在颗粒型内质网膜上。细胞内酶的区域化为酶水平的调节创造了有利条件。

生物体内酶数量的变化可以通过酶合成速度和酶降解速度进行调节。酶合成主要来自转录和翻译过程，因此，可以分别在转录水平、转录后加工与运输和翻译水平上进行调节。在转录水平上，调节基因感受外界刺激所产生的诱导物和辅阻遏物可以调节基因的开闭，这是一种负调控作用。而分解代谢阻遏作用通过调节基因产生的降解物基因活化蛋白（CAP）促进转录进行，是一种正调控作用，它们都可以用操纵子模型进行解释。操纵子是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因组成；转录后的调节包括，真核生物mRNA转录后的加工，转录产物的运输和在细胞中的定位等；翻译水平上的调节包括，mRNA本身核苷酸组成和排列（如SD序列），反义RNA的调节，mRNA的稳定性等方面。

酶活性的调节是直接针对酶分子本身的催化活性所进行的调节，在代谢调节中是最灵敏、最迅速的调节方式。主要包括酶原激活、酶的共价修饰、反馈调节、能荷调节及辅因子调节等。

习题

一、选择题

1、糖酵解中，下列哪一个催化的反应不是限速反应？（）

A、丙酮酸激酶

B、磷酸果糖激酶

C、己糖激酶

D、磷酸丙糖异构酶

2、磷酸化酶通过接受或脱去磷酸基而调节活性，因此它属于：（）

A、别（变）构调节酶

B、共价调节酶

C、诱导酶

D、同工酶

3、下列与能量代谢有关的途径不在线粒体内进行的是：（）

A、三羧酸循环

B、脂肪酸β氧化

C、氧化磷酸化

D、糖酵解作用

4、关于共价修饰调节酶，下列哪种说法是错误的？（）

A、这类酶一般存在活性和无活性两种形式，

B、酶的这两种形式通过酶促的共价修饰相互转变

C、伴有级联放大作用

D、是高等生物独有的代谢调节方式

5、阻遏蛋白结合的位点是：（）

A、调节基因

B、启动因子

C、操纵基因

D、结构基因

6、下面哪一项代谢是在细胞质内进行的：（）

A、脂肪酸的β-氧化

B、氧化磷酸化

C、脂肪酸的合成

D、TCA

7、在乳糖操纵子模型中，操纵基因专门控制是否转录与翻译。（）

A、结构基因

B、调节基因

C、起动因子

D、阻遏蛋白

二、是非题（在题后括号内打√或×）

1、共价调节是指酶与底物形成一个反应活性很高的共价中间物。（）

2、在酶的别构调节和共价修饰中，常伴有酶分子亚基的解聚和缔合，这种可逆的解聚/缔合也是肌体内酶活性调节的重要方式。（）

3、细胞的区域化在代谢调节上的作用，除了把不同的酶系统和代谢物分隔在特定的区间，还通过膜上的运载系统调节代谢物、辅酶和金属离子的浓度。（）

4、操纵基因又称操纵子，如同起动基因又称启动子一样。（）

5、能荷水平之所以影响一些代谢反应，仅仅因为ATP是一些酶的产物或底物。（）

三、问答题：

1、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的共同通路？哪些化合物可以被认为是联系糖、脂、蛋白质和核酸代谢的重要环节？为什么？

2、举例说明核苷酸及其衍生物在代谢中的作用。

3、试比较变构调节与化学修饰调节作用的异同？

4、分别写出谷氨酸在体内①氧化分解生成CO2和H2O②生成糖③生成甘油三酯的主要历程，•注明催化反应的酶，并计算分解时所产生的ATP数目。

5、何谓操纵子学说？试以大肠杆菌乳糖操纵子为例说明酶合成的诱导和阻遏。

6、简述能荷调节对代谢的影响及其生物学意义。

四、名词解释

反馈抑制共价修饰第二信使操纵子学说限速酶（标兵酶）级联放大系统操纵子