第十一章代谢调整一、学问要点代谢调整是生物在长期进化过程中,为适应外界条件而形成的一种简单的生理机能通过调整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简单的生命活动依据生物的进化程度不同,代谢调整作用可在不同水平上进展:低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调整而起作用的;多细胞生物则有更简单的激素调整和神经调整由于生物体内的各种代谢反响都是通过酶的催化作用完成的,所以,细胞内酶的调整是最根本的调整方式酶的调整是从酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进展调整的细胞是一个高效而简单的代谢机器,每时每刻都在进展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,在功能上虽各不一样,但在代谢途径上却有明显的穿插和联系,它们共同构成了生命存在的物质根底代谢的简单性要求细胞有数量浩大、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整制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展调整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展调整在转录水平上,调整基因感受外界刺激所产生的诱导物和辅阻遏物可以调整基因的开闭,这是一种负调控作用而分解代谢阻遏作用通过调整基因产生的降解物基因活化蛋白(CAP 促进转录进展,是一种正调控作用,它们都可以用操纵子模型进展解释操纵子是在转录水平上掌握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构造基因组成;转录后的调整包括,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;翻译水平上的调整包括,mRNA 本身核苷酸组成和排列(如 SD 序列,反义 RNA 的调整,mRNA 的稳定性等方面酶活性的调整是直接针对酶分子本身的催化活性所进展的调整,在代谢调整中是最灵敏、最快速的调整方式主要包括酶原激活、酶的共价修饰、反响调整、能荷调整及辅因子调整等二、习题(一名词解释1.诱导酶(Inducible enzyme 2.标兵酶(Pacemaker enzyme 3.操纵子(Operon4.衰减子(Attenuator 5.阻遏物(Repressor6. 辅阻遏物(Corepressor7. 降解物基因活化蛋白(Catabolic gene activator protein 8.腺苷酸环化酶(Adenylate cyclase9.共价修饰(Covalent modification 10.级联系统(Cascade system11.反响抑制(Feedback inhibition 12.穿插调整(Cross regulation13.前馈激活(Feedforward activation 14.钙调蛋白(Calmodulin(二英文缩写符号1. CAP(Catabolic gene activator protein:2. PKA(Protein kinase:3. CaM(Calmkdulin:4. ORF(Open reading frame:(三填空题1. 哺乳动物的代谢调整可以在、、和四个水平上进展。
2. 酶水平的调整包括、和其中最灵敏的调整方式是3. 酶合成的调整分别在、和三个方面进展4. 合成诱导酶的调整基因产物是,它通过与结合起调整作用5. 在分解代谢阻遏中调整基因的产物是,它能与结合而被活化,帮助与启动子结合,促进转录进展6. 色氨酸是一种,能激活,抑制转录过程7. 乳糖操纵子的构造基因包括、和8. 在代谢网络中最关键的三个中间代谢物是、和9. 酶活性的调整包括、、、、和10. 共价调整酶是由对酶分子进展,使其构象在和之间相互转变11. 真核细胞中酶的共价修饰形式主要是,原核细胞中酶共价修饰形式主要是四选择题1. 利用操纵子掌握酶的合成属于哪一种水平的调整: A.翻译后加工B.翻译水平 C.转录后加工D.转录水平2. 色氨酸操纵子调整基因产物是: A.活性阻遏蛋白B.失活阻遏蛋白C.cAMP 受体蛋白D.无基因产物3. 下述关于启动子的论述错误的选项是: A.能专一地与阻遏蛋白结合B.是 RNA 聚合酶识别部位C.没有基因产物D.是 RNA 聚合酶结合部位4. 在酶合成调整中阻遏蛋白作用于: A.构造基因B.调整基因C.操纵基因D.RNA 聚合酶5. 酶合成的调整不包括下面哪一项: A.转录过程B.RNA 加工过程C.mRNA 翻译过程D.酶的激活作用6. 关于共价调整酶下面哪个说法是错误的: A.都以活性和无活性两种形式存在B. 常受到激素调整C. 能进展可逆的共价修饰D. 是高等生物特有的调整方式7. 被称作其次信使的分子是: A.cDNAB.ACPC.cAMP D.AMP8. 反响调整作用中以下哪一个说法是错误的: A.有反响调整的酶都是变构酶B.酶与效应物的结合是可逆的C.反响作用都是使反速度变慢D.酶分子的构象与效应物浓度有关(五是非推断题(1.分解代谢和合成代谢是同一反响的逆转,所以它们的代谢反响是可逆的。
2.启动子和操纵基因是没有基因产物的基因3.酶合成的诱导和阻遏作用都是负调控4.衰减作用是在转录水平上对基因表达进展调整的一种方式5.与酶数量调整相比,对酶活性的调整是更灵敏的调整方式6.果糖 1,6 二磷酸对丙酮酸激酶具有反响抑制作用7.序列反响中几个终产物同时过多时的调整作用叫累积调整8.酶的共价修饰能引起酶分子构象的变化9.脱甲基化作用能使基因活化10.连锁反响中,每次共价修饰都是对原始信号的放大. (六问答题1. 糖代谢与脂类代谢的相互关系?2. 糖代谢与蛋白质代谢的相互关系?3. 蛋白质代谢与脂类代谢的相互关系?4. 简述酶合成调整的主要内容?5. 以乳糖操纵子为例说明酶诱导合成的调控过程?6. 以糖原磷酸化酶激活为例,说明级联系统是怎样实现反响信号放大的?7. 二价反响抑制作用有哪些主要类型?8. 代谢的区域化有何意义?三、答案(一、名词解释:1. 诱导酶:由于诱导物的存在,使原来关闭的基因开放,从而引起某些酶的合成数量明显增加,这样的酶称为诱导酶2. 标兵酶:在多酶促系列反响中,受掌握的部位通常是系列反响开头的酶,这个酶一般是变构酶,也称标兵酶3. 操纵子:在转录水平上掌握基因表达的协调单位,包括启动子(P、操纵基因(O和在功能上相关的几个构造基因。
4. 衰减子:位于构造基因上游前导区调整基因表达的功能单位,前导区转录的前导 RNA 通过构象变化终止或减弱转录5. 阻遏物:由调整基因产生的一种变构蛋白,当它与操纵基因结合时,能够抑制转录的进展6. 辅阻遏物:能够与失活的阻碣蛋白结合,并恢复阻遏蛋白与操纵基因结合力量的物质辅阻遏物一般是酶反响的产物7. 降解物基因活化蛋白:由调整基因产生的一种 cAMP 受体蛋白,当它与 cAMP结合时被激活,并结合到启动子上促进转录进展是一种正调整作用8. 腺苷酸环化酶:催化 ATP 焦磷酸裂解产生环腺苷酸(cAMP 的酶9. 共价修饰:某种小分子基团可以共价结合到被修饰酶的特定氨基酸残基上,引起酶分子构象变化,从而调整代谢的方向和速度10. 级联系统:在连锁代谢反响中一个酶被激活后,连续地发生其它酶被激活,导致原始调整信号的逐级放大,这样的连锁代谢反响系统称为级联系统11. 反响抑制:在代谢反响中,反响产物对反响过程中起作用的酶产生的抑制作用12. 穿插调整:代谢产物不仅对本身的反响过程有反响抑制作用,而且可以掌握另一代谢物在不同途径中的合成13. 前馈激活:在反响序列中,前身物质对后面的酶起激活作用,使反响向前进展。
14. 钙调蛋白:一种依靠于钙的蛋白激酶,酶蛋白与钙结合引起酶分子构象变化,调解酶的活性如磷酸化酶激酶是一种依靠于钙的蛋白激酶二英文缩写符号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:钙调蛋白4. ORF(Open reading frame:开放阅读框架(三填空题1. 细胞内酶水平;细胞水平;激素水平;神经水平2. 酶的区域化;酶数量的调整;酶活性的调整3. 转录水平;转录后加工和运输;翻译水平4. 阻遏蛋白;操纵基因5. 降解物基因活化蛋白(CAP;环腺苷酸(cAMP;RNA 聚合酶6. 辅阻遏物;阻遏蛋白7. LacZ;LacY;LacA8. 6-磷酸葡萄糖;丙酮酸;乙酰辅酶 A9. 酶原激活;酶共价修饰;变构调整;反响调整;辅因子调整;能荷调整10. 小分子基团;共价修饰;有活性;无活性11. 磷酸化和脱磷酸化;核苷酰化和脱核苷酰化(四选择题1. D:操纵子在酶合成的调整中是通过操纵基因的开闭来掌握构造基因表达的,所以是转录水平的调整。
细胞中酶的数量也可以通过其它三种途径进展调整2. B:色氨酸操纵子掌握合成色氨酸五种酶的转录,色氨酸是蛋白质氨基酸,正常状况下调整基因产生的是无活性阻遏蛋白,转录正常进展但当细胞中色氨酸的含量超过蛋白质合成的需求时,色氨酸变成辅阻遏物来激活阻遏蛋白,使转录过程终止; 诱导酶的操纵子调整基因产生的是活性阻遏物;组成酶的操纵子调整基因不产生阻遏蛋白;有分解代谢阻遏作用的操纵子调整基因产物是 cAMP 受体蛋白(降解物基因活化蛋白3. A:操纵基因是阻遏蛋白的结合部位4. C:活性阻遏蛋白与操纵基因结合使转录终止5. D:酶的激活作用是对酶活性的调整,与酶合成的调整无关6. D:共价调整酶是高等生物和低等生物都具有的一种酶活性调整方式7. C:cDNA 为互补 DNA,ACP 为酰基载体蛋白,AMP 为腺苷酸cAMP 由腺苷酸环化酶催化 ATP焦磷酸裂解环化生成,腺苷酸环化酶可感受激素信号而被激活,所以,一般把激素称为“第一信使”,把 cAMP 称为“其次信使”8. C:反响作用包括正反响(反响激活和负反响(反响抑制,正反响对酶起激活作用,负反响对酶起抑制作用五是非推断题1. 错:分解代谢和合成代谢虽然是同一反响的逆转,但它们各自的代谢途径不完全一样,如在糖酵解途径中,葡萄糖被降解成丙酮酸的过程有三步反响是不行逆的,在糖异生过程中需要由其它的途径或酶来代替。
2. 对:操纵子包括启动子、操纵基因和构造基因,启动子是 RNA 聚合酶识别和结合部位,操纵基因可以与阻遏蛋白结合掌握基因表达,两者都没有基因产物构造基因的转录产物为与 DNA 互补的 RNA3. 对:在酶合成的诱导中,调整基因产生的活性阻遏物在没有诱导物的状况下,能与操纵基因结合,使转录终止和减弱;在酶合成的阻遏中,调整基因产生的失活阻遏物与辅阻遏物结合后被活化,再与操纵基因结合,也能使转录终止和减弱;4. 对。