第八章 生物化学过程的调控1、生物化学过程的调控有哪几种形式？答：主要有信号分子为基础的调控、基因水平的调控、蛋白质水平的调控和酶水平的调控这四种形式。

2、生物调控中的化学信号包括哪些类型？答：细胞间通讯的信号分子包括激素、神经递质、细胞生长因子（如神经生长因子、趋化因子）以及气体信号分子。

此外，还有抗体及淋巴因子。

细胞内通讯的信号分子主要包括环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）、Ca2+、肌醇三磷酸（IP3）、甘油二脂（DAG）、花生四烯酸、质子（H+）等。

3、激素调控有哪些特点？答：激素调控主要有以下特点：（1）低浓度：激素在血流中的浓度会被稀释到10-8-10-10 mol/L。

（2）高特异性：激素只有被特定的受体细胞接受才能发挥作用。

（3）长效性：激素产生后需要漫长的运输过程才能达到受体细胞而起作用。

因此，血流中的激素一般能维持存在较长时间。

4、说明甲状腺素、胰岛素、肾上腺皮质激素、前列腺素的结构和功能。

答：（1）甲状腺素属于氨基酸衍生物激素，具体结构见课本370页。

其生理功能：①主要是促进糖、脂及蛋白质的代谢；②促进机体的生长发育和组织分化；③对中枢神经系统、循环系统、造血过程、肌肉活动及智力和体质的发育等均有显著作用。

（2）胰岛素属于蛋白质及多肽激素，具体结构见课本81页。

其生理功能：主要是促进细胞摄取葡萄糖；促进肝糖原和肌糖原的合成；抑制肝糖原的分解。

胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用，使cAMP产生显著减少，导致糖原分解速度减慢。

胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反。

（3）肾上腺皮质激素属于类固醇激素，具体结构见课本377页。

主要分为糖皮质激素和盐皮质激素两类，其中糖皮质激素的作用是抑制糖的氧化代谢，使血糖升高，并能促进蛋白质转化为糖；盐皮质激素的作用是使体内保留钠离子及排出多余的钾离子，调节水盐代谢。

（4）前列腺素属于脂肪酸衍生物激素，具体结构见课本381页。

其对生殖、心血管、呼吸、消化和神经系统等都有显著影响作用，例如子宫及输卵管的收缩，使血管扩张或收缩，可抑制胃酸分泌等。

5、说明肾上腺素的作用机制。

答：肾上腺素作用于膜上肾上腺素受体后，受体改变构象，与细胞内非活化状态的G蛋白结合。

G蛋白与GDP分离，并接受GTP。

GTP与G蛋白的α亚基结合使G蛋白形成活化构象，引起β和γ亚基与α亚基解离。

携带GTP的α亚基沿膜移动与腺苷酸环化酶结合并将其激活，产生cAMP，进而活化蛋白激酶A（PKA），通过信号传导放大信号，启动糖代谢的有关途径，最终产生相应的生理学效应。

6、举例说明变构酶和变构调节作用。

举例说明反馈抑制及其意义。

答：（1）变构酶和变构调节作用。

变构酶是具有可以与某些化合物（变构效应剂）发生非共价结合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑制的作用的变构中心的酶。

变构调节作用是变构效应剂与变构中心的结合而引起酶活性改变的现象。

例如葡萄糖的氧化分解可提供能量使AMP、ADP转变成ATP，当ATP过多时，通过变构调节酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而ADP、AMP增多时，则可促进糖的分解。

随时调节ATP/ADP的水平，可以维持细胞内能量的正常供应。

（2）反馈抑制及其意义。

反馈抑制是反应的中间产物或终产物对酶起变构抑制作用，使酶促反应速率降低的过程。

如葡萄糖的磷酸化反应中，产物6-磷酸葡萄糖浓度增高时，反应速率显著降低，这是由于6-磷酸葡萄糖对己糖激酶的变构抑制作用。

反馈抑制可以在产物累积过多时，通过停止其物质的合成，使细胞内的浓度保持适合于生理条件的水平，是细胞调节作用的一种。

7、举例说明酶的共价修饰调节作用。

答：某些酶分子中的基团可以在另一种酶催化下发生共价修饰作用，从而引起酶活性的激活或抑制，这种酶称为共价调节酶。

共价调节酶有两种互变形式，一种为活性形式，具有催化活性；另一种为非活性形式，无催化活性。

正反两个方向的互变通过可逆的共价修饰反应实现，从而调控酶的活性。

如，肌肉中存在一种能催化糖原的合成和分解的酶，即磷酸化酶b。

该酶本身无活性，当磷酸化酶b活性中心的丝氨酸残基被磷酸化后，即形成高活性磷酸化酶a。

由磷酸化酶b转化活化形式a的反应，被磷酸化酶激酶所催化，而磷酸化酶a去活化则由另一种磷酸酶催化。

共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象，所以具有信号放大效应。

如，肾上腺素引起糖原分解过程中的一系列磷酸化激活步骤，其结果将激素的信号逐级放大了约300万倍。

8、简述原核生物基因转录调节的特点。

答：（1）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性。

（2）操纵子模型的普遍性，控制结构基因转录开始或停止。

（3）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性，对基因转录实施调控。

9、简述乳糖操纵子的调节机制。

答：（1）阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列O处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放，合成分解乳糖的三种酶。

所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。

（2）CAP的正性调节：在启动子上游有CAP结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP浓度升高，与CAP结合，使CAP发生变构，CAP结合于乳糖操纵子启动序列附近的CAP结合位点，激活RNA聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。

（3）协调调节：乳糖操纵子中的I基因编码的阻遏蛋白的负调控与CAP的正调控两种机制，互相协调、互相制约。

10、简述真核生物基因转录调控的特点。

答：真核生物基因转录调控的特点体现在两个方面：（1）启动子调控。

启动子控制基因转录的起始时间和表达的程度。

它决定基因的转录过程。

不同启动子可产生不同的初级转录产物和不同的蛋白质编码序列。

（2）组蛋白与非组蛋白的调控作用。

在真核生物中，组蛋白被认为是一种广谱的DNA功能抑制剂，它可以与DNA结合并使DNA处于超螺旋状态，阻止DNA的转录。

非组蛋白磷酸化后可以与组蛋白结合，排斥DNA，可见磷酸化非组蛋白具有解除组蛋白的抑制和基因转录的作用。

11、简述受体与配体结合的特点。

答：受体与配体结合的特点包括（1）特异性。

一种受体只与其特定的配体识别和结合。

（2）饱和性。

如果是特异性结合，当配体达到一定浓度时，受体与配体不再结合，呈饱和状态。

（3）可逆性。

配体与受体结合后不仅可以解离，而且可以仍保留原来的形式。

（4）高亲和力。

受体与特异性配体的亲和力应该相当于内源性配体的生理浓度。

12、简述受体的类型。

答：受体类型大致分为以下五种类型：离子通道型受体、G蛋白偶联受体、酶性受体、非酶活性受体和细胞内受体。

其中前四种类型属于膜受体。

13、简述cAMP的生成过程及其作用机制？答：cAMP的生成过程如下：信号分子作用于膜受体后，受体首先改变构象，与细胞内非活性状态的G蛋白结合。

这种结合使G蛋白与GDP分离，并接受GTP。

GTP与G蛋白的α亚基结合使G蛋白与形成活化构象，然后引起β和γ亚基与　亚基解离。

携带GTP的α亚基沿膜移动直至与腺苷酸环化酶结合并将其激活（或抑制）。

活化（或抑制）后的腺苷酸环化酶产生（或抑制产生）cAMP。

作用机制：cAMP信号通路通过蛋白激酶A（PKA）激活靶酶和开启基因的表达。

PKA由两个催化亚基（C）和两个调节亚基（M）组成，在没有cAMP时，以无活性的复合体形式存在。

cAMP与调节亚基结合，改变调节亚基的构象，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基。

活化的PKA催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，改变蛋白的活性。

PKA放大了信号。

14、膜受体介导的信息传递途径有哪几种？说明各途径的第二信使及其激活的蛋白激酶的种类和作用。

答：膜受体介导的信息传递途径第二信使第二信使激活的蛋白激酶种类蛋白激酶作用门控离子通道受体酶cGMP cGMP依赖性的蛋白激酶（PKG）为Ser/Thr氨基酸蛋白激酶MAPK 使配体发生二聚化和自身磷酸化G蛋白偶联受体cAMP 蛋白激酶A（PKA）活化的PKA催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，改变蛋白的活性。

IP3钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaM-PK）等调控细胞的代谢过程Ca2+CDPKDAG与质膜结合的蛋白激酶C（PKC）使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化非酶活性受体酪氨酸蛋白激酶（如：贾纳斯激酶JAK）激活的JAK使受体磷酸化，使胞浆内的相关转录因子磷酸化，形成以磷酸化为基础的信号转导和激活转录因子。

15、简述类固醇激素的信息传递过程。

答：类固醇激素的信息传递过程属于细胞内受体介导途径。

这些激素等进入细胞后,有些可与其胞核内的受体相结合形成激素-受体复合物，有些则先与其在胞浆内的受体结合，然后以激素- 受体复合物的形式进入核内。

这些受体均属于转录因子，并具有锌指结构作为其DNA结合区，通过作用于特异的基因调控序列，启动基因的转录和表达。

16、硝酸甘油用于临床治疗心绞痛已有一个世纪的历史，其作用原理是什么？答：硝酸甘油可能导致活化的游离型NO的形成，与细胞内含巯基的受体(intracellular receptor containing sulfhydryl groups，R－SH)相互作用，形成的R－SNO 能激活鸟苷酸环化酶(guanylyl cyclase)，从而增加血管平滑肌细胞和其他组织的cGMP含量，引起平滑肌细胞松弛，特别是小血管平滑肌，使全身血管扩张，外周阻力减少，静脉回流减少，减轻心脏前后负荷，降低心肌耗氧量、解除心肌缺氧，治疗心绞痛。

17、举例说明化学调控的主要形式及其意义。

答：化学调控的主要形式包括（1）酶活性的化学调控：包括pH、金属离子、化学修饰等都会影响酶活性。

（2）遗传信息传递、表达过程的化学调控。

（3）信号传导通路的化学调控。

具体实例可参见教材有关内容。

生物体在生长发育过程中，由于自身或外界的某些原因，体内的代谢平衡或生理平衡可能遭到破坏，从而引起某些疾病，甚至导致死亡。

疾病的药物治疗，即化学调控方法，是恢复机体正常代谢平衡或生理平衡最重要的方法。

此外，对生命体系的化学调控，可以发现新的药物靶点，发现新药，推动生命科学、药学的理论研究。

18、试阐述生物活性物质分子设计的基本原则。

答：（1）考虑设计分子的结构特点及生物功能。

（2）考虑分子的理化性质。

（3）考虑相互作用理论与方法（接触面积、弱相互作用、刚柔性平衡）。