第九章 物质代谢的联系与调节
内容提要
物质代谢是生命的本质特征，是生命活动的物质基础。体内各种物质代谢是相互联系、相互制约的。体内物质代谢的特点：①整体性；②在精细调节下进行；③各组织器官物质代谢各具特色；④具有共同的代谢池；⑤ATP是共同能量形式；⑥NADPH是代谢所需的还原当量。各代谢途径之间可通过共同枢纽性中间产物互相联系和转变。糖、脂肪、蛋白质等营养素在供应能量上可互相代替，互相制约，但不能完全互相转变，因为有些代谢反应是不可逆的。各组织、器官有独特的代谢方式。肝是物质代谢的中心。从肠道吸收进入人体的营养素，几乎都是经肝的处理和中转；各器官所需的营养素大多也通过肝的加工或转变，有的代谢终产物还需通过肝解毒和排出。
代谢调节可分为三级水平：一是细胞水平调节，主要通过改变关键酶的活性来实现。酶活性调节有两种方式：酶的变构调节和酶蛋白的化学修饰调节。变构调节系变构剂与酶的调节亚基结合引起酶分子构象改变，导致其催化活性改变，不涉及共价键与组成的变化。而酶的化学修饰调节是酶催化的化学反应，涉及酶蛋白的化学结构共价键与组成的变化；有磷酸化、甲基化、乙酰化等方式，以磷酸化为主；化学修饰调节具有放大效应；以调节代谢强度为主。变构调节与化学修饰调节两者相辅相成，均为快调节。二是激素水平调节，通过激素与靶细胞受体特异结合，将激素信号转化为细胞内一系列化学反应，最终表现出激素的生物学效应。根据受体在细胞内的部位不同，激素可分为膜受体激素（蛋白质、肽类及儿茶酚胺类激素），通过与膜受体结合可将信号跨膜传递入细胞内，胞内受体激素（类固醇激素、甲状腺素），可通过细胞膜进入细胞内与胞内受体（大多在核内）结合，形成二聚体，作为转录因子与DNA上特定核苷酸序列即激素反应元件（HRE）结合，以调控该元件所辖特定基因的表达。三是神经系统可通过内分泌腺间接调节代谢，也可直接对组织、器官直接施加影响，进行整体调节，从而使机体代谢处于相对稳定状态。饥饿及应激时物质代谢的改变是整体代谢调节的结果。
一、选择题
【A型题】
1．变构剂与酶结合的部位是（ ）
A．活性中心的底物结合部位 B．活性中心催化基团 C．酶的—SH基团
D．活性中心以外特殊部位 E．活性中心以外任何部位
2．关于关键酶，叙述正确的是 （ ）
A．关键酶常位于代谢途径的起始反应 B．关键酶多为变构酶
C．若某代谢物有几条代谢途径，则分叉点的第一个反应也常是关键酶所在
D．代谢途径中关键酶的相对活性最高 E．催化的反应可逆进行
3．关于酶的化学修饰叙述错误的是（ ）
A．酶以有活性(高活性)和无活性(低活性)两种形式存在
B．变构调节是快速调节，化学修饰不是快速调节
C．两种形式的转变由酶催化 D．两种形式的转变有共价键变化 E．有放大效应
4．关于变构调节叙述正确的是（ ）
A．所有变构酶都有一个调节亚基，一个催化亚基
B．变构酶的动力学特点是酶促反应与底物浓度的关系呈S形而非矩形双曲线
C．变构激活与酶被离子和激活剂激活的机制相同
D．变构抑制与非竞争性抑制相同
E．变构抑制与竞争性抑制相同
5．长期饥饿时大脑的能量来源主要是（ ）
A．葡萄糖 B．氨基酸 C．甘油 D．酮体 E．糖原
6．在胞浆内进行的代谢过程是（ ）
A．三羧酸循环 B．氧化磷酸化 C．丙酮酸羧化 D．脂酸β氧化 E．脂肪酸合成
7．饥饿时体内的代谢变化哪一项是错误的（ ）
A． 胰岛素分泌增加 B．胰高血糖素分泌增加
C．脂肪动员加强 D．酮体生成增加 E．糖异生加强
8．关于关键酶的叙述哪一项是错误的（ ）
A．关键酶常位于代谢途径的第一步反应
B．关键酶常是变构酶
C．关键酶在代谢途径中活性最高，所以才对整个代谢途径的流程起决定作用
D．受激素调节的酶常是关键酶
E．关键酶常催化单向反应或非平衡反应
9．下列关于糖脂代谢的叙述哪一项是错误的（ ）
A．糖分解产生的乙酰CoA可作为脂肪酸合成的原料
B．脂酸合成所需的NADPH主要来自磷酸戊糖途径
C．脂酸分解产生的乙酰CoA可经三羧酸循环异生成糖
D．甘油可异生成糖
E．脂肪分解代谢的顺利进行有赖于糖代谢的正常进行
10．在线粒体内所进行的代谢过程是（ ）
A．软脂酸的合成 B．蛋白质的合成 C．糖异生 D．糖原的合成 E．脂酸β氧化
11．关于物质代谢的特点，描述错误的是（ ）
A．各种物质代谢之间互相有联系，相互依存 B．体内各种物质的分解、合成和转变维持动态平衡
C．物质代谢的方向和速度与生理状态相适应 D．各组织、器官的代谢途径及功能基本相同
E．NADPH是合成代谢所需的还原当量
12．下列有关糖、脂及氨基酸代谢不正确的是（ ）
A．当摄入的糖量超过体内能量消耗时，多余的糖可转变生成脂肪
B．体内蛋白质中的20种氨基酸除Leu和Lys外均可转变为糖
C．蛋白质可转变成脂肪，脂类能转变为氨基酸
D．氨基酸是体内合成嘌呤、嘧啶的原料
E．三羧酸循环是糖、脂、蛋白质的代谢枢纽
13．细胞水平调节细胞内酶活性最迅速有效的是（ ）
A．酶合成的诱导 B．酶蛋白的降解速度 C．酶的变构抑制或激活
D．酶原的激活 E．酶的竞争性抑制
14．酶化学修饰调节的主要方式是（ ）
A．甲基化与去甲基化 B．乙酰化与去乙酰化 C．磷酸化与去磷酸化
D．聚合与解聚 E．酶蛋白的合成与降解
15．酶的磷酸化修饰常发生在（ ）
A．赖氨酸的ε－氨基 B．含羧基的氨基酸残基 C．组氨酸的咪唑基
D．含羟基的氨基酸残基 E．半胱氨酸的巯基
【X型题】
1．关于酶的变构调节叙述正确的是（ ）
A．无共价键变化 B．有构型变化 C．作用物或代谢物常是变构剂
D．酶动力学遵守米氏方程 E．以上都对
2．饥饿时体内的代谢可能发生下列变化（ ）
A．糖异生↑ B．脂肪分解↑ C．血酮体↑ D．血中游离脂肪酸↑ E．糖酵解↑
3．关于变构酶叙述正确的是 （ ）
A． 变构酶催化的反应都是可逆的 B．变构酶与变构剂的结合是可逆的
C．所有变构酶都有催化亚基和调节亚基 D．变构酶变构时常伴有亚基的聚合或解聚
E．有的变构酶的调节部位和催化部位在同一亚基上
4．细胞水平的调节方式有（ ）
A．酶蛋白合成的诱导与阻遏 B．酶的化学修饰 C．酶的变构调节
D．酶蛋白的降解 E．同工酶调节
5．关于组织、器官的代谢特点哪些是正确的（ ）
A．肌糖原不能降解成葡萄糖
B．肾脏可进行糖异生和生成酮体
C．葡萄糖－6－磷酸酶是肝脏特有的酶
D．RBC能量主要来自糖酵解
E．心脏可以酮体、乳酸、自由脂肪酸及葡萄糖为能源物质
二、填空题
1．对于高等生物而言，物质代谢调节可分为三级水平，包括______、______及整体水平的调节。
2．细胞水平的调节主要通过改变关键酶______和______以影响酶的活性，从而对物质代谢进行调控。
3．改变酶结构的快速调节，主要包括______、______。
4．化学修饰调节最常见的方式是磷酸化，磷酸化可使糖原合成酶活性______，磷酸化酶活性______。
5．脑是机体耗能的主要器官之一，正常情况下，主要以______作为供能物质，长期饥饿时，则主要以______作为能源。
三、 名词解释
1．变构酶（allosteric enzyme）
2．变构调节（allosteric regulation）
3．酶的化学修饰（chemical modification）
四、 简答题
体内糖、脂及氨基酸的代谢可通过哪些物质相互联系沟通（举两例说明）。
五、 论述题
试述机体在短期饥饿情况下，发生哪些代谢变化。
参考答案
一、选择题
【A型题】
1．D 2．C 3．B 4．B 5．D 6．E 7．A 8．C 9．C 10．E 11．D 12．C 13．C
14．C 15．D
【X型题】
1．AC 2．ABCD 3．BDE 4．ABCD 5．ABCDE
解析
【A型题】
1．D 变构剂与变构酶的特定部位以非共价键结合，使酶蛋白的立体结构发生变化，从而影响酶的活性。变构剂不与催化亚基结合。
2．C 关键酶通常催化不可逆反应，催化代谢途径分叉处反应，或是催化代谢途径中的限速反应。故选C。代谢途径的限速反应并不常是其起始反应；变构酶多为关键酶，但反之则不成立，关键酶可以通过其他方式调节；关键酶催化的是代谢途径中反应速度最慢的反应，因此应是相对活性最低的酶，故A、B、D答案均不对。
3．B 酶的变构调节和化学修饰均是细胞水平对酶活性的调节，都属快速调节，故B是错的。酶的化学修饰是某些酶分子上的一些基团，受其他酶的催化而发生了酶分子共价键的变化和化学结构的改变，从而影响酶活性。故A、C、D是正确的。由于酶的化学修饰是由其他酶催化的，一个酶可催化多个酶蛋白的化学修饰反应，所以有放大效应。
4．B 变构酶的反应动力学不符合米—曼氏方程，其反应动力学曲线呈S形，故B是正确答案。有的变构酶的调节部位和催化部位在同一亚基上。酶被离子和激活剂激活的机制可能是激活剂与酶及作用物结合成复合物，或激活剂参与酶活性中心的构成，而变构激活的机制是变构剂与酶的调节亚基或调解部位结合，引起酶的构象变化，使酶更易于与作用物结合并进行催化反应。竞争性抑制剂是与作用物竞争并与酶的活性中心结合，使酶不能和作用物结合而抑制酶的作用。非竞争性抑制剂虽不影响作用物与酶的结合，但它既可与酶结合，也可与酶—作用物复合物结合，产生抑制酶活性的作用。综上所述，A、C、D三答案均不正确。
11．D 题中的还原当量就是物质合成所需的氢。如胆固醇、脂肪酸合成的供氢体，即NADPH。各组织、器官的结构不同，所含酶系的种类和含量各不相同，因而代谢途径和功能各异，各具特色。如脂肪组织，含有脂蛋白脂肪酶及特有的激素敏感性甘油三酯脂肪酶，其功能是储存和动员脂肪，再如脑及RBC不储存糖原，所以葡萄糖是唯一能源。体内各种物质代谢之间相互联系，相互依存，物质的分解、合成和转变维持动态平衡，以适应生理的需要。
12．C 组成蛋白质的20 种氨基酸，除生酮氨基酸（Leu和Lys）外，都可通过脱氨基作用，生成相应的α－酮酸。后者可通过三羧酸循环及生物氧化生成CO2、H2O并释放能量，生成ATP；也可转变成某些中间代谢物如丙酮酸，经糖异生途径转变为糖。B是对的。嘌呤与嘧啶合成的原料之一是氨基酸，如嘌呤合成需Gly、Asp、Gln；嘧啶合成需Asp和Gln。D也是正确的。体内糖摄入量过多时，除合成糖原贮存在肝和肌肉外，生成的柠檬酸和ATP可作为变构激活剂，活化乙酰CoA羧化酶，使糖代谢产生的乙酰CoA羧化生成丙二酰CoA，进而合成脂肪酸及脂肪储存在脂肪组织中。答案E是三羧酸循环的重要意义之一。所以A和E也对，只有C是错的。氨基酸分解后均生成乙酰CoA，后者作为原料合成脂肪酸，继而合成脂肪，即蛋白质可转变为脂肪，但脂类不能转变为氨基酸，仅脂肪的甘油部分可通过生成3－磷酸甘油醛，循糖异生途径生成糖，转变为某些非必需氨基酸。
13．C 体内代谢调节主要是通过对关键酶活性调节而实现的。按调节的快慢可分为快调节和迟缓调节两类。前者通过改变细胞内原有酶的分子结构，而改变其活性，调节酶促反应速度，在数秒或数分钟内即可发生调节，包括变构调节和化学修饰调节。通过对酶蛋白分子的合成或降解改变细胞内酶的含量而调节酶活性，属慢调节，一般需数小时或几天才能实现。酶的竞争性抑制与酶原激活也与酶活性改变有关，但不是细胞水平对酶活性调节最迅速有效的调节方式。通过叙述可知A、B、D、E不对。