第十九章代谢调空--王镜岩《生物化学》第三版笔记(完美打印版)

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1、祝大家 07 年生物考研取得好成绩！ 学 子 272646652 103 第十九章 代谢调空第一节 代谢途径之间的联系一、代谢网络（一）糖、脂和蛋白质的关系：通过 6磷酸葡萄糖、丙酮酸和乙酰辅酶 A 三个中间物相互联系。脂类中的甘油、糖类和蛋白 质之间可互相 转化，脂肪酸在植物和微生物体内可通过乙醛酸循环由乙酰辅酶A 合成琥珀酸，然后转变为糖类或蛋白 质，而 动物体内不存在乙醛酸循环，一般不能由乙酰辅酶 A 生成糖和蛋白质。（二）核酸与代谢的关系：核酸不是重要的碳源、氮源和能源，但核酸通过控制蛋白质 的合成可影响细胞的组成成分和代谢类型。许多核苷酸在代 谢中起着重要作用，如 ATP、辅酶等。

2、另一方面，核酸的代谢也受其他物质，特别是蛋白质的影响。（三）各种物质在代谢中是彼此影响、相互 转化和密切联系的。三羧酸循 环不仅是各种物 质共同的代谢途径，而且是他们 互相联系的渠道。二、分解代谢与合成代谢的单 向性虽然酶促反应是可逆的，但在生物体内，代谢过程是单向的。一些关 键部位的代谢是由不同的 酶催化正反应和逆反应的。这样可使两种反 应都处于热力学的有利状态。一般 a 酮酸脱羧的反应、激酶催化的反应、羧化反应 等都是不可逆的。这些反应常受到严密调控，成 为 关键步骤。三、能量的代谢（一）ATP 是通用的能量载体（二）NADPH 以还原力的形式携带 能量（三）ATP、还原力和构造 单元用于

3、生物合成第二节 酶活性的调节一、前馈和反馈（一）前馈即底物对反应速度的影响，有正 负作用。一般起促进作用，有 时为避免代谢 途径过分拥挤，当底物过量时有负前馈。此时过量底物可 转向其他途径。如高浓度的乙 酰辅酶 A 是其 羧化酶的变构抑制剂，可避免丙二酸 单酰辅酶 A 合成 过多。（二）反馈一般起抑制作用，包括变 构调节；也有反馈激活，如磷酸烯 醇式丙酮酸羧化激 酶的调节：其产物草酰乙酸是合成天冬氨酸和嘧啶核苷酸的前体，嘧啶核苷酸的反 馈抑制使天冬氨酸 积累，从而减少草酰乙酸的合成。而草酰乙酸 对三羧酸循环是必须的，为维持三 羧酸循环， 产生了三种正 调节：嘧啶核苷酸和乙酰辅酶 A 的反馈激活

4、和二磷酸果糖的前馈激活。二、能荷的调节许多反应受能量状态的调节，能量状态可用能荷表示。正常细胞的能荷 约为 0.9，过高 则抑制分解代谢和氧化磷酸化。所以 ATP 和 ADP 是糖酵解、三羧酸循环等途径的变构调节物。三、酶的连续激活和共价修饰（一）高等动物常用磷酸化和脱磷酸进行级联放大，而细菌常用腺苷酰化和脱腺苷作用进行修饰。这两种作用都由腺苷酰转移酶催化，其特异性由 调节蛋白 P 控制，PA 促进腺苷酰化，PD 促进脱腺苷。调节蛋白 P 受尿苷酰 化和脱尿苷的可逆修饰。大 肠杆菌谷氨酰胺合成酶是此机制的代表。 ATP 和 a 酮戊二酸激活尿苷酰转移酶，谷氨酰胺 则抑制。（二）级联的意义：1.

5、放大信号2.提供更多调控位点，可 对多种因素作出反 应3.控制灵活，不同情况下反应不同。第三节 细胞水平的调节 一、酶在细胞中的分布（一）细胞核：核膜上有大量酶类，与糖、脂类、蛋白质代谢、核酸运输 、复制、 转录、加工和修饰有关。这些酶镶嵌在核膜上，或 结合在膜表面，有利于各种反应的定向进行。（二）胞液：指细胞质的连续液相部分。大部分中 间代谢在此进行，如糖酵解、异生、磷酸戊糖途径、糖、脂类、氨基酸以及核苷酸的生物合成等。其重量的20是蛋白质，所以是高度 组织的胶状物 质，而不是溶液。与糖原代谢有关的酶结合在糖原 颗粒表面。（三）内质网：粗糙型内质网与蛋白质的加工有关，光滑内质网与糖类和脂类的

6、合成有关，细胞的磷脂、糖脂和胆固醇几乎都是内质网上的酶合成的。（四）高尔基体：可对细胞合成或吸收的物质进行加工、浓缩、包装和运输，参与细胞的分泌和吸收过程。其膜的内表面有加工寡聚糖的酶类。（五）溶酶体：含水解酶类，主要功能为消化、吸收、防御、吞噬和细胞自溶。（六）线粒体：内膜形成嵴，其上有与呼吸链有关的细胞色素和氧化还原酶、ATP 合成酶以及调节代谢物进出的运输蛋白。内膜中的基质 含有三羧酸循环、b 氧化、氨基酸分解等酶类。祝大家 07 年生物考研取得好成绩！ 学 子 272646652 104 二、膜结构对代谢的调控（一）控制浓度梯度：膜的三种最基本功能：物质运输、能量 转换和信息 传递都

7、与离子和 电位梯度的产生和控制有关，如质子梯度可合成 ATP，钠离子梯度可运输氨基酸和糖， 钙可作为细 胞内信使。（二）控制细胞和细胞器的物质运输：通过底物和产物的运输可调节代谢，如葡萄糖 进 入肌肉和脂肪细胞的运输是其代谢的限速步骤，胰岛素可促进其主动运输，从而降低血糖。（三）内膜系统对代谢的分隔：内膜形成分隔区，其中含有浓集的酶和辅因子，有利于反应。而且分隔可防止反应之间的互相干扰，有利于对不同区域代谢的调控。（四）膜与酶的可逆结合：某些酶可与膜可逆结合而改变性质，称为双关 酶。离子、代 谢物、激素等都可改变其状态，发挥 迅速、灵敏的 调节 作用。三、蛋白质的定位控制（一）信号肽：分泌蛋白

8、、膜蛋白和溶 酶体蛋白必须先进入内质网。分泌蛋白完全通过 内质网膜，膜蛋白的羧基端则固定在膜中。（二）导肽：线粒体、叶 绿体等的蛋白是翻 译后跨膜运输的，需要导肽 。导肽通常位于氨基端，富含碱性氨基酸和羟基氨基酸，易形成两性 a 螺旋，可通过内外膜的接触点穿越膜。是需能 过程，跨膜 电位为运输提供能量，蛋白解折叠需 ATP。不同的 导肽含不同信息，可将蛋白送入线粒体的不同部位。四、蛋白质寿命的控制可随细胞内外环境而改变。有选择 性降解系统，需要 ATP 提供能量，活化泛肽。泛 肽分布广泛，结构保守，可标记需要降解的蛋白 质，使水解酶能识别并攻击这种蛋白。第四节 整体水平的调控 神经和激素都作用

9、于细胞，通过调节酶 的活性而发挥作用。一、主要器官的代谢（一）脑：以葡萄糖为燃料，没有燃料储备，每天消耗 120 克葡萄糖。只有在长期饥饿时 用酮体。脂肪酸与蛋白结合，不能通 过血脑屏障。（二）肌肉：主要燃料是葡萄糖、脂肪酸和酮体。人体糖原的 3/4 位于肌肉中，不能向外运 输。活 动的肌肉中酵解远远超过三羧酸循环，产 生大量乳酸，通过科里循环由肝脏异生为糖，返回肌肉。静止肌肉的主要燃料是脂肪酸。心肌则优先消耗乙 酰乙酸。（三）脂肪组织：脂解受环腺苷酸促进，产生的甘油运往肝脏。脂肪酸 酯化需由葡萄糖提供磷酸二 羟丙酮，缺乏葡萄糖时释 放入血。（四）肝脏：调节血液中代谢物的浓度，如糖和脂肪。燃料

10、充足时，丙二酸 单酰辅酶 A 抑制肉碱合成，脂肪酸不能进入线粒体氧化，而是合成脂肪，以极低密度脂蛋白的形式分泌入血。肝脏 主要以氨基酸降解产生的酮酸为燃料，不能利用 酮 体。糖酵解主要用于生成生物合成的构造单元。二、激素的调节（一）胰岛素：是饱时信号，促 进燃料 储存和蛋白质合成。促进肌肉和肝 脏糖原合成，抑制糖的异生，加快肝脏的糖酵解和脂肪酸合成，促 进葡萄糖进入肌肉和脂肪细胞，引起脂肪合成。使肌肉摄取支链氨基酸，促进蛋白合成，抑制降解。（二）胰高血糖素：作用于肝脏，通过环 腺苷酸促进糖原降解，抑制合成；降低乙酰辅酶 A 羧化酶活力，从而抑制脂肪酸合成，增加糖异生；促进脂肪细胞的脂解。（三）

11、肾上腺素和去甲肾上腺素：促进肌肉糖原分解，抑制肌肉对葡萄糖的摄取，使其用脂肪酸 为燃料。总效应是增加肝脏释放葡萄糖，减少肌肉的利用，提高血糖水平。三、饥饿时代谢的适应（一）战略：为脑和红细胞等提供葡萄糖，尽量保存蛋白质。（二）第一天后：糖已耗尽，脂肪还可用一个月。低血糖使胰岛素分泌减少，胰高血糖素增加，脂解和糖异生活跃，乙酰辅酶 A 和柠檬酸浓 度升高，抑制酵解，肝脏 和肌肉改用脂肪酸 为燃料。肌肉将丙酮酸、乳酸、丙氨酸运输 到肝脏。脂解 产 生的甘油也参加异生。（三）三天后：肝脏产生大量酮体，因为草酰乙酸已耗尽。脑 需要的能量有 1/3 由酮体提供。发生酮症。（四）几个星期后：酮体成为脑的主

12、要燃料，对糖的需要减少，肌肉降解减少，维持生命的时间取决于脂肪储量。第五节 基因表达的调节 一、原核生物：主要是转录水平 调控（一）操纵子模型：包括结构基因和控制部位。大 肠杆菌的乳糖操纵子包括三个结构基因：b 半乳糖苷酶、半乳糖苷透性 酶和 b 半乳糖苷 转乙酰酶。操 纵基因可与调节基因编码的阻遏蛋白结合，抑制转录。祝大家 07 年生物考研取得好成绩！ 学 子 272646652 105 乳糖等诱导物可使阻遏蛋白变构，解除抑制。（二）降解物阻遏：有些调节基因起正调节作用，如腺苷酸受体蛋白，可被环腺苷酸活化，作用于启动子，促进转录 。分解葡萄糖的酶是 组成酶，葡萄糖的降解物对乳糖、阿拉伯糖等

13、操纵 子有阻遏作用，称为降解物阻遏。降解物可抑制腺苷酸环化酶，活化磷酸二酯酶，降低环腺苷酸浓度，抑制转录。（三）衰减子：可终止和减弱转录。色氨酸操纵子的转录需要使核糖体结合在转录产物的特定部位，才能产生合适的构象以继续转录。前导 RNA 可合成前导肽，当只缺少色氨酸时，核糖体停留在色氨酸密码子处，破坏衰减子的 终止作用，转录可继续。（四）生长速度的调节：生长速度由蛋白质合成速度控制，快速生长时 核糖体数量增加。缺乏氨基酸时核糖体 RNA 和转运 RNA 的合成显著下降，关闭大部分代谢活性，称 为严紧控制。未负载转运 RNA与核糖体结合后引起鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸的合成，抑制核糖体 RNA 的转

14、录起始，并增加 RNA聚合酶在转录中的暂停，减缓转录 。（五）基因表达的时序控制： 噬菌体的发育阶段由几个调节蛋白作用于不同的启动子和终止子而调控，早期基因的表达可打开后期基因，在后期又可关闭早期基因，使 遗传信息按时序表达。（六）翻译水平的调控：1.翻译能力的差异：由 5端的核糖体 结合部位(SD序列)决定，而且用常见密码子的信使 RNA 翻译较快。多顺 反子 RNA 各个编码区的翻译频率和速度可以不同。2.翻译阻遏：核糖体游离蛋白对自身的翻译有阻遏作用，可以使其蛋白与 RNA 相适应。3.反义 RNA：与信使 RNA 序列互补，结合后抑制其翻译。可用于抑制有害基因的表达。二、真核生物多级调

15、节，特有 长 期调控。（一）转录前调节：通过改变 DNA 序列和染色质结构而影响基因表达。1.染色质的丢失：某些低等真核生物在发育早期可丢失一半染色质，生殖细胞除外。红细胞成熟时细胞核丢失。2.基因扩增：细胞在短期内大量产生某一基因的拷贝。如 发 育时核糖体基因的 扩增。3.染色体 DNA 序列重排：淋巴细胞成熟时抗体基因重排，可产生许 多种抗体分子。4.DNA 修饰和异染色质化：高等动物常用异染色质化的方法永久关闭不需要的基因。甲基化可改 变染色质结构、DNA 构象、稳定性及与蛋白质作用方式，非活性区甲基化程度高。去甲基化能诱导基因的重新活化。（二）转录活性的调节：分两步，先活化，再与其他因

16、素作用1.染色质的活化：使基因区呈疏松状态2.激素的诱导：固醇类激素进入细胞核，与非组蛋白作用，促进转录 。3.增强子：与启动子位置无关，无方向性。（三）转录后调节：加帽子和尾可延长寿命，选择性剪接、RNA 编辑可 产生不同的信使 RNA。（四）翻译水平调节：主要是控制稳定性和有选择地翻译。某些蛋白因子可起保护作用，翻译控制 RNA可与之形成双链，抑制翻 译。 对 eIF2 的磷酸化也可抑制翻译。（五）翻译后的调节：翻译后加工也有调控作用。不同的加工方式可产生不同蛋白。将蛋白 转变为易降解的形式，促进水解也是 调控手段。本 章 名 词 解 释 激素（hormone）：一 类由内分泌器官合成的微量的化学物质，它由血液运 输到靶组织 起着信使的作用，调节靶组织（或器官）的功能。激素受体（ho