細胞代謝包括物質(zhì)代謝和能量代謝。細胞代謝是一個完整統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，并且存在復雜的調(diào)節(jié)機制，這些調(diào)節(jié)機制都是在基因表達產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的作用下進行的。
重點：物質(zhì)代謝途徑的相互聯(lián)系，酶活性的調(diào)節(jié)。
第一節(jié) 物質(zhì)代謝途徑的相互聯(lián)系
細胞代謝的基本原則是將各類物質(zhì)分別納入各自的共同代謝途徑，以少數(shù)種類的反應(yīng)轉(zhuǎn)化種類繁多的分子。不同代謝途徑可以通過交叉點上關(guān)鍵的中間物而相互轉(zhuǎn)化，其中三個關(guān)鍵的中間物是G-6-P、丙酮酸、乙酰CoA。
一、 糖代謝與脂代謝的聯(lián)系
1、 糖轉(zhuǎn)變成脂
       圖

糖經(jīng)過酵解，生成磷酸二羥丙酮及丙酮酸。磷酸二羥丙酮還原為甘油，丙酮酸氧化脫羧轉(zhuǎn)變成乙酰CoA，合成脂肪酸。
2、 脂轉(zhuǎn)變成糖
       圖
甘油經(jīng)磷酸化為3-磷酸甘油，轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岫�羥丙酮，異生為糖。
在植物、細菌中，脂肪酸轉(zhuǎn)化成乙酰CoA，后者經(jīng)乙醛酸循環(huán)生成琥珀酸，進入TCA，由草酰乙酸脫羧生成丙酮酸，生糖。
動物體內(nèi)，無乙醛酸循環(huán)，乙酰CoA進入TCA氧化，生成CO2和H2O。
脂肪酸在動物體內(nèi)也可以轉(zhuǎn)變成糖，但此時必需要有其他來源的物質(zhì)補充TCA中消耗的有機酸（草酰乙酸）。
糖利用受阻，依靠脂類物質(zhì)供能量，脂肪動員，在肝中產(chǎn)生大量酮體（丙酮、乙酰乙酸、β-羥基丁酸）。
二、 糖代謝與氨基酸代謝的關(guān)系
1、 糖的分解代謝為氨基酸合成提供碳架
      圖
糖 → 丙酮酸 → α-酮戊二酸 + 草酰乙酸
這三種酮酸，經(jīng)過轉(zhuǎn)氨作用分別生成Ala、Glu和Asp。
2、 生糖氨基酸的碳架可以轉(zhuǎn)變成糖
     凡是能生成丙酮酸、α—酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸的a.a，稱為生糖a.a。
     Phe、Tyr、Ilr、Lys、Trp等可生成乙酰乙酰CoA，從而生成酮體。
     Phe、Tyr等生糖及生酮。
三、 氨基酸代謝與脂代謝的關(guān)系
氨基酸的碳架都可以最終轉(zhuǎn)變成乙酰CoA，可以用于脂肪酸和膽甾醇的合成。
生糖a.a的碳架可以轉(zhuǎn)變成甘油。
Ser可以轉(zhuǎn)變成膽胺和膽堿，合成腦磷脂和卵磷脂。
動物體內(nèi)脂肪酸的降解產(chǎn)物乙酰CoA，不能為a.a合成提供凈碳架。
脂類分子中的甘油可以轉(zhuǎn)變?yōu)楸�酮酸，�?jīng)TCA進一步轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜�、α—酮戊二酸，這三者都可以轉(zhuǎn)變成氨基酸。
四、 核苷酸代謝與糖、脂、氨基酸的關(guān)系
核苷酸不是重要的碳源、氮源和能源。
各種氨基酸，如Gly 、Asp 、Gln是核苷酸的合成前體。
有些核苷酸在物質(zhì)代謝中也有重要作用：
ATP  供能及磷酸基團。
UTP  參與單糖轉(zhuǎn)變成多糖（活化單糖）。
CTP  參與卵磷脂合成。
GTP  為蛋白質(zhì)合成供能。
五、 物質(zhì)代謝的特點
1、 TCA是中心環(huán)節(jié)
代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡(luò)，主要聯(lián)系物：丙酮酸、乙酰CoA、檸檬酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸。
2、 分解、合成途徑往往是分開的，不是簡單的逆反應(yīng)。
在一條代謝途徑中，某些關(guān)鍵部位的正反應(yīng)和逆反應(yīng)，往往由兩種不同的酶催化，一種酶催化正反應(yīng)，另一種酶催化逆反應(yīng)。
以糖代謝為例：
  P421

3、 ATP是通用的能量載體
乙酰CoA進入TCA后，完全氧化生成CO2、H2O，釋放的自由能被ADP捕獲轉(zhuǎn)運。否則，自由能以熱能形式散發(fā)到周圍環(huán)境中。
4、 分解為合成提供還原力和能量
物質(zhì)代謝的基本要略在于：生成ATP、還原力和結(jié)構(gòu)單元用于體內(nèi)生物合成。
NADPH專一用于還原性生物合成，NADH和FADH2主要功能是通過呼吸鏈產(chǎn)生ATP。
ATP來源：（1）底物水平磷酸化、（2）綠色植物和光合細菌的光合磷酸化、（3）呼吸鏈的氧化磷酸化。
NADPH來源：
（1）植物光合電子傳遞鏈
（2）磷酸戊糖途徑
（3）乙酰CoA由線粒體轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)時伴隨有NADH的氧化和NADP+的還原，所產(chǎn)生的NADPH可用于脂肪酸合成  P422圖22-4

有機物分解產(chǎn)生構(gòu)造草料和能量大致可以分三個階段：P423 圖22-5
（1）將大分子分解為小分子單元，釋放的能量不能被利用。
（2）將各種小分子單元分解為共同的降解產(chǎn)物乙酰CoA，產(chǎn)生還原力NADPH和少量ATP。
（3）乙酰CoA通過TCA被完全氧化成CO2，脫下的電子經(jīng)氧化磷酸化產(chǎn)生大量的ATP。
5、 分解、合成受不同方式調(diào)節(jié)
單向代謝的反饋調(diào)節(jié)
                          順序反饋控
分枝代謝的反饋調(diào)節(jié)       對同工酶的反饋抑制
協(xié)同反饋抑制

第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié)
代謝調(diào)節(jié)是生物長期進化過程中，為適應(yīng)環(huán)境的變化的而形成的一種適應(yīng)能力。進化程度越高的生物，其代謝調(diào)節(jié)的機制越復雜、越完善。
生物代謝調(diào)節(jié)在三個水平上進行，即酶水平、細胞水平、多細胞整體水平（神經(jīng)、激素）。酶和細胞水平的調(diào)節(jié)，是最基本的調(diào)節(jié)方式，為一切生物所共有。

神經(jīng)水平調(diào)節(jié) 

動
物
激素水平調(diào)節(jié)

植
物 
細胞水平調(diào)節(jié)

酶水平調(diào)節(jié) 單細胞生物
神經(jīng)調(diào)節(jié)：整體的、最高級的調(diào)節(jié)。
激素調(diào)節(jié)：受神經(jīng)調(diào)節(jié)控制。第二級調(diào)節(jié)。
酶調(diào)節(jié)：原始的、基本的調(diào)節(jié)。第三級調(diào)節(jié)。
酶水平的調(diào)節(jié)：酶活性調(diào)節(jié)（酶原激活、別構(gòu)效應(yīng)、共價修飾）和酶含量（基因表達調(diào)控）
一、 酶水平的調(diào)節(jié)
酶水平的調(diào)節(jié)，主要通過酶定位的區(qū)域化、酶活性的調(diào)節(jié)、酶含量的調(diào)節(jié)，這三個方面進行。
1、 酶定位的區(qū)域化
酶在細胞內(nèi)有一定的布局和定位。催化不同代謝途徑的酶類，往往分別組成各種多酶體系。多酶體系存在于一定的亞細胞結(jié)構(gòu)區(qū)域中，或存在于胞質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為酶的區(qū)域化。
功能：濃縮效應(yīng)，防止干擾，便于調(diào)節(jié)。
⑴多酶體系在細胞中區(qū)域化，為酶水平的調(diào)節(jié)創(chuàng)造了有利條件,使某些調(diào)節(jié)因素可以專一地影響細胞內(nèi)某一部分的酶活性，而不致影響其它部位酶的活性。
⑵此外，酶定位的區(qū)域化，使它與底物和輔助在細胞器內(nèi)一起相對濃縮，利于在細胞局部范圍內(nèi)快速進行各個代謝反應(yīng)。
主要代謝途徑酶系在細胞內(nèi)的分布：
胞質(zhì)：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途徑，脂肪酸合成，部分蛋白質(zhì)合成。
線粒體：脂肪酸β氧化，三羧酸循環(huán)，呼吸鏈，氧化磷酸化。
細胞核：核酸的合成、修飾。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：蛋白質(zhì)合成，磷脂合成。
胞質(zhì)和線粒體：糖異生，膽固醇合成
溶酶體：多種水解酶
2、 酶活性的調(diào)節(jié)
調(diào)節(jié)方式：酶原的激活
            pH改變，如溶菌酶。pH7，無活性。pH5，活性高。
            同工酶
            共價修飾
            反饋調(diào)節(jié)（生物體內(nèi)最重要）
特點：調(diào)節(jié)快速、靈敏，數(shù)秒至數(shù)分鐘可完成。
（1）、 共價修飾和級聯(lián)放大  P430圖22-14
磷酸化/脫磷酸化
腺苷�；�/脫腺苷�；�
（2）、 前饋和反饋調(diào)節(jié)
前饋調(diào)節(jié)：底物對酶活性的調(diào)節(jié)，一般是前饋激活，但也可能是前饋抑制。當?shù)孜餄舛冗^高時可避免該代謝途徑的過分擁擠和產(chǎn)物的大量合成，如高濃度的乙酰CoA是乙酰CoA羧化酶的別構(gòu)抑制劑，可避免丙二酸單酰CoA大量合成。
反饋調(diào)節(jié)：產(chǎn)物對酶活性的調(diào)節(jié)，一般是反饋抑制，但也有反饋激活。
a．反饋抑制      單價反饋抑制
                 多價反饋抑制
當序列終產(chǎn)物濃度積累過多時，會抑制初始反應(yīng)的酶活性，使整個體系反應(yīng)速度降低。
b. 順序反饋抑制
c. 協(xié)同反饋抑制
d. 累積反饋抑制
e. 同工酶反饋抑制
f. 反饋激活和前饋激活
（3）、 反饋激活：
（4）、 前饋激活：
如在糖酵解中，1.6—二磷酸果糖，可提高后面丙酮酸激酶的活性，加速磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸�酮酸�?BR>如當丙酮酸不能經(jīng)乙酰CoA進入TCA時，丙酮酸積累，磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)化成草酰乙酸，后者可合成a.a和嘧啶核苷酸。合成出的嘧啶核苷酸，反饋激活磷酸烯醇丙酮酸羧化酶，促進草酰乙酸合成，保證TCA對草酰乙酸的需要。
3、 酶合成的調(diào)節(jié)（基因表達的調(diào)節(jié)）
酶合成調(diào)節(jié)，是通過酶量的變化來調(diào)控代謝速率。
二、 細胞水平的調(diào)節(jié)
（1）控制跨膜離子濃度剃度和電位梯度
（2）控制跨膜物質(zhì)運輸
（3）區(qū)隔化：濃縮作用，防止干擾，便于調(diào)節(jié)
（4）膜與酶可逆結(jié)合：
雙關(guān)酶：能與膜可逆結(jié)合，通過膜結(jié)合型和可溶型的互變來調(diào)節(jié)酶的活性。雙關(guān)酶大多是代謝途徑的關(guān)鍵酶和調(diào)節(jié)酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷酸果糖激酶，醛縮酶，3-磷酸甘油醛脫氫酶，氨基酸代謝的Glu脫氫酶，Tyr氧化酶：參與共價修飾的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。
三、 激素水平的調(diào)節(jié)
第三節(jié) 基因表達的調(diào)節(jié)
基因表達有幾個水平的調(diào)節(jié)
⑴轉(zhuǎn)錄水平
⑵翻澤水平
⑶加工水平  轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯后加工
⑷蛋白質(zhì)活性調(diào)節(jié)
其中最關(guān)鍵的是⑴，基因表達的控制主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平,原核生物尤其如此。
時序調(diào)節(jié)
適應(yīng)調(diào)節(jié)
一、 原核生物基因表達的調(diào)節(jié)
1、 縱子模型
操縱子是基因表達的協(xié)調(diào)單位，它含有在功能上彼此有關(guān)的多個結(jié)構(gòu)基因及控制位，控制部位由啟動子和操縱基因組成。
一個操縱子的全部基因排列在一起，其中含多個結(jié)構(gòu)基因，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是單個多順反mRNA，操縱子的控制部位可受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的調(diào)節(jié)。
2、 組成型基因和誘導型基因
組成酶（構(gòu)成酶），受環(huán)境影響小，正常代謝條件下表達。如糖酵解的酶。
誘導酶（適應(yīng)型酶），對不同的生存環(huán)境有不同的表達。如半乳糖苷酶。
3、 正調(diào)控和負調(diào)控
在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時，基因是關(guān)閉的，加入調(diào)節(jié)蛋白后，基因活性被開啟，此為正調(diào)控。
在沒有調(diào)節(jié)蛋白存在時，基因是表達的，加入調(diào)節(jié)蛋白后基因表達活必被關(guān)閉，此為負調(diào)控。
在正調(diào)控中，調(diào)節(jié)蛋白稱誘導蛋白。
在負調(diào)控中，調(diào)節(jié)蛋白稱阻遇蛋白。
4、 原核生物結(jié)構(gòu)基因表達的4種控制模式。
負調(diào)控：誘導作用，應(yīng)使阻遇蛋白解離DNA。
阻遇作用，應(yīng)使阻遇蛋白結(jié)合DNA。
P451圖22-25

正調(diào)控：誘導作用，應(yīng)使誘導蛋白結(jié)合DNA。
阻遇作用，應(yīng)使誘導蛋白解離DNA。
圖片9-1 《楊歧生》 P272

5、 大腸桿菌乳糖操縱子  Lac操縱子
結(jié)構(gòu)圖: P453 圖22-26

LacZ、LacY、LacA為結(jié)構(gòu)基因，上游依次為操縱基因、啟動子和調(diào)節(jié)基因LacI。
     當細胞內(nèi)無誘導物（乳糖或IPTG）存在時，阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合。由于操縱基因與啟動子有一定程度重疊，妨礙了RNA聚合酶在-10序列上形成開放性啟動子復合物。
當細胞內(nèi)有誘導物（乳糖或IPTG）存在時，誘導物與阻遏蛋白結(jié)合，改變阻遏蛋白構(gòu)象，使之迅速從操縱基因上解離下來。這樣RNA聚合酶就能與啟動子結(jié)合，并形成開放性啟動子復合物，從而開始轉(zhuǎn)錄LacZYA結(jié)構(gòu)基因。
    圖片8-3《孫乃恩》P 285

IPTG：異丙基-β-D硫代半乳糖苷（安慰誘導物），能對乳糖操縱子產(chǎn)生極強的誘導效應(yīng)，是強誘導物。
6、 色氨酸操縱子（trp）的轉(zhuǎn)錄調(diào)控
trp操縱子負責Trp的合成，通常是開放的，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物使它關(guān)閉，這種調(diào)控作用稱為可阻遏型的負調(diào)控。
⑴E.coli trp操縱子有5個結(jié)構(gòu)基因，trpE-D-C-B-A。
⑵在trpE的上游有三個區(qū)段trpP-O-L， trpL是一段162bp序列，轉(zhuǎn)錄到mRNA中成為前導序列，對操縱子的轉(zhuǎn)錄起調(diào)控作用。
⑶在染色體90分區(qū)有trpR基因，編碼12.5kd的阻遏蛋白亞基,能以四聚體形式結(jié)合到trpO。
TrpP與一般原核基因啟動子一樣，具有-10序列和-35序列，-10序列完全位于trpP之內(nèi)。
E.coli trp操縱子的組成及基因產(chǎn)物的功能。
圖片：

E.coli 具有合成各種a.a的能力。在多數(shù)情況下，只有在培養(yǎng)基不供應(yīng)外源a.a時，才去合成產(chǎn)生該a.a所必須的酶系。
當細胞內(nèi)Trp濃度較高時，Trp與阻遏蛋白（trpR基因產(chǎn)物）結(jié)合，產(chǎn)使它具有活性，從而與trpO基因結(jié)合，關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。
當細胞內(nèi)Trp濃度很低時，阻遏遇蛋白上的Trp解離出來，使阻遏蛋白失活，并失去與trpO結(jié)合的能力，開啟轉(zhuǎn)錄。
圖片：
7、 trp操縱子的前導序列
trp mRNA分子一旦開始合成，在trpE基因開始轉(zhuǎn)錄之前，大多數(shù)mRNA會停止生長，這是因為前導序列（trpL）對操縱子調(diào)控發(fā)揮了重要作用。
trp mRNA的前導序列及前導肽。
結(jié)構(gòu)基因上游具有：啟動子—操縱基因—前導序列—衰減子區(qū)。
mRNA 5，端有162b，其中139個構(gòu)成前導序列。前導序列由14個a.a的前導肽、4個互補區(qū)段和1個衰減子終止點構(gòu)成。
衰減子：位于結(jié)構(gòu)基因上游前導區(qū)的終止信號。
前導序列的特點：
⑴前導序列的某些區(qū)段富含GC。尾部有一個含8個U的區(qū)段，易極成不依賴于ρ的終止信號。(3區(qū)與4區(qū)構(gòu)成終止信號的發(fā)夾結(jié)構(gòu))
⑵1區(qū)和2區(qū)構(gòu)成第二個發(fā)夾結(jié)構(gòu)，其中1區(qū)處于14個a.a的前導肽序列中。
⑶3區(qū)與2區(qū)也能形成另一個發(fā)夾結(jié)構(gòu)，從而可阻止3區(qū)與4區(qū)形成終止發(fā)夾結(jié)構(gòu)。
⑷前導序列RNA編碼一段14a.a的前導肽，并有一終止密碼子UGA
⑸前導序列中，并列二個Trp密碼子.
在mRNA合成過程中，1區(qū)與2區(qū)若先配對，則3區(qū)與4區(qū)配對,終止轉(zhuǎn)錄.
圖片:
阻遏和衰減機制，雖然都是在轉(zhuǎn)錄水平上進行調(diào)節(jié)，但是它們的作用機制完全不同，前者控制轉(zhuǎn)錄的起始，后者控制轉(zhuǎn)錄起始后是否繼續(xù)下去。
氨基酸合成操縱子前導肽序列
P454表22-2

生長速度調(diào)節(jié):  嚴緊控制
基因表達時序調(diào)節(jié)：
翻譯水平調(diào)節(jié)：
二、 真核基因表達的調(diào)節(jié)