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）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。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：λ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（hormone receptor）：位于细胞表面或细胞内，结合特异激素并引发细胞响应的蛋白质。
第二信使（second messenger）：响应外部信号（第一信使），例如激素，而在细胞内合成的效应分子，例如cAMP，肌醇三磷酸或二酰基甘油等。第二信使再去调节靶酶，引起细胞内各种效应。
级联放大（cascade amplification）：在体内的不同部位，通过一系列酶的酶促反应来传递一个信息，并且初始信息在传递到系列反应的最后时，信号得到放大，这样的一个系列叫作级联系统。
G蛋白（G protein）：地细胞内信号传导途径中起着重要作用的GTP结合蛋白，由α，β，γ三个不同亚基组成。激素与激素受体结合诱导GTP跟G蛋白结合的GDP进行交换结果激活位于信号传导途径中下游的腺苷酸环化酶。G蛋白将细胞外的第一信使肾上腺素等激素和细胞内的腺苷酸环化酶催化的腺苷酸环化生成的第二信使cAMP联系起来。G蛋白具有内源GTP酶活性。
激素效应元件（HER）：指内固醇甲状腺素等激素受体结合的一段短的DNA序列（12~20bp），这类受体结合DNA后可改变相邻基因的表达。
转录因子（transcription factor）：在转录起始复合物的组装过程中，与起动子区结合并与RNA聚合酶相互作用的一种蛋白质。某些转录因子在RNA延伸时一直维持着结合状态。
操纵子（operon）：是由一个或多个相关基因以及调控他们转录的操纵因子启动子序列组成的基因表达单位。
操纵因子（operator）：与特定阻遏蛋白相互作用调控一个基因或一组基因表达的DNA区。   
结构基因（structural gene）：编码一个蛋白质或一个RNA的基因。   
转录激剂（transcriptional activator）：通过曾加RNA聚合酶的活性来加快转录速度的一种调节DNA结合蛋白。   
阻遏物（repressor）：与一个基因的调控序列或操纵基因结合以阻止该基因恩录的一类蛋白质。   
衰减作用（attenuation）：一种翻译调控机制。在该机制中，核糖体沿着mRNA分子的移动的速度决定转录是进行还是终止。   
亮氨酸拉链（leucine zipper）：出现地DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元（motif）。当来自同一个或不同多肽链的两个两用性的α-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸残基）相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链。   
锌脂（zinc fingre）：也是一种常出现在DNA结合蛋白中的一种结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn2构成，形成的结构像手指状。   

    
第二十章  生物膜    
第一节    脂双层
一个典型的生物膜含有磷脂、糖鞘脂和胆固醇（在一些真核细胞中）。膜含有的脂有一共同的特点，它们都是两性分子，含有极性成分和非极性成分。磷脂和糖鞘脂在一定的条件下可以象肥皂那样形成单层膜或微团，然而在体内这些脂倾向于组装成一个脂双层。由于磷脂和糖鞘脂含有两条烃链的尾巴，不能很好地包装成微团，却可以精巧地组装成脂双层（下图）。但并不是所有的两性脂都可以形成脂双层，如胆固醇，其分子中的极性基团－OH相对于疏水的稠环系统太小了。在生物膜中，不能形成脂双层的胆固醇和其它脂（大约占整个膜脂的30％）可以稳定地排列在其余70％脂组成的脂双层中。   
脂双层内脂分子的疏水尾巴指向双层内部，而它们的亲水头部与每一面的水相接触，磷脂中带正电荷和负电荷的头部基团为脂双层提供了两层离子表面，双层的内部是高度非极性的。脂双层倾向于闭合形成球形结构，这一特性可以减少脂双层的疏水边界与水相之间的不利的接触。在实验室里可以合成由脂双层构成的小泡，小泡内是一个水相空间，这样的脂双层结构称为脂质体（liposomes），它相当稳定，并且对许多物质是不通透的。可以包裹药物分子，将药物带到体内特定组织。   
第二节    流动镶嵌模型
脂双层形成了所有生物膜的基础，而蛋白质是生物膜的必要成分。不含蛋白质的脂双层的厚度大约是5～6nm，而典型的生物膜的厚度大约是6～10nm，这是由于存在着镶嵌在膜中或与膜结合的蛋白质的缘故。   
1972年，S.Jonathan Singer和Garth L.Nicolson就生物膜的结构提出了流动镶嵌模型（fluid mosaic model）。根据这一模型的描述，膜蛋白看上去象是圆形的“冰山”飘浮在高度流动的脂双层“海”中（下图）。内在膜蛋白（integral membrane proteins）插入或跨越脂双层，与疏水内部接触。外周膜蛋白（peripheral membrane proteins）与膜表面松散连接。生物膜是一个动态结构，即膜中的蛋白质和脂可以快速地在双层中的每一层内侧向扩散。尽管现在对原来的流动镶嵌模型中的某些方面作了一些修正和补充，但该模型时至今日仍然是基本正确的。   
第三节    膜的流动性
流动镶嵌模型最有力的证据之一是L.D.Frye和Michael A进行的小鼠细胞和人细胞的融合实验（右图），该实验证明了某些内在膜蛋白可以在生物膜内侧向扩散。他们将小鼠细胞和人的细胞融合形成一个异核体（杂化细胞）。   
在融合之前利用可以特异结合在人细胞质膜中某个蛋白的红色荧光标记的抗体标记人细胞，而用可以特异结合在小鼠细胞质膜中某个蛋白的绿色荧光标记的抗体标记小鼠细胞。这样一来可以通过免疫荧光显微镜观察两种标记的细胞融合后，细胞膜上内在膜蛋白的变化。大约在融合后40分钟，就观察到细胞表面抗原相互混合的情形。这一实验表明，至少某些内在膜蛋白可以在生物膜内侧向自由扩散。   
第四节    物质运输与生物膜
生物膜是从物理角度将活细胞与它周围的环境分开所必要的，而其另一个作用也非常重要，那就是生物膜使细胞生长所需要的水、氧和所有其它营养物质进入细胞内，而将细胞生成的产物（例如激素、某些降解酶和毒素等）输出，以及使一些废物（例如二氧化碳和尿素等）排泄掉。疏水的、小的、不带电荷的分子可以自由地扩散通过细胞膜，这种不依赖其他蛋白帮助的转运方式称为非介导转运（Nonmediated transport）。但对大多数带电物质来说，脂双层是一个几乎不可通透的壁垒，需要通过转运蛋白转运，这种转运方式称为介导转运（Nonmediated transport）。   
小分子和离子跨膜运输借助于三种类型的内在膜蛋白：通道（channels）蛋白和（膜）孔（pores）蛋白、被动转运蛋白（passive transporters）和主动转运蛋白（active transporters）   
孔蛋白和通道蛋白非常象离子载体，为小分子和离子提供一个沿着浓度梯度迁移的途径，该迁移过程不需要能量，是通过这些蛋白而不是通过脂双层扩散   
被动转运不需要能量驱动，被动转运也称为易化扩散（facilitated diffusion）。转运蛋白的作用是加快反应的平衡，如果没有转运蛋白，单靠扩散达到平衡非常慢。   
红细胞主要依赖于葡萄糖作为能源。D-葡萄糖从血液（葡萄糖浓度大约为5mM）通过被动转运，经葡萄糖转运蛋白沿着葡萄糖浓度梯度降低方向进入红细胞内。葡萄糖首先与转运蛋白的面向外构象结合，然后当转运蛋白构象改变时，葡萄糖跨过脂双层。在面向细胞质一侧，葡萄糖脱离转运蛋白，进入细胞质，而转运蛋白又改变为起始的构象。   
被动和主动转运蛋白与通道蛋白和孔蛋白不同，转运蛋白通常能特异地结合某些分子或结构上类似的分子的基团并进行跨膜转运。   
最简单的一类转运蛋白执行单向转运（uniport），即它们只携带一种类型的溶质跨膜转运。而许多转运蛋白可进行两种溶质的同一方向的同向转运（symport）或协同转运（cotransport）。   
被动转运是溶质沿着浓度梯度降低方向转运，不需要能量；与被动转运相反，主动转运可以逆浓度梯度转运，但需要能量。   
主动转运可以利用不同形式的能源。常用的是ATP，离子转运ATP酶（ion-transporting ATPase）是一大类ATP驱动离子转运蛋白，几乎存在于所有细胞器官。其中包括Na+-K+ ATP酶和Ca2+ ATP酶，它们在制造和维持跨质膜和细胞内器官的离子浓度梯度中起着必要的作用。光是某些主动转运的能源，例如细菌视紫红质将光能转化为化学能的过程。   
原发主动转运直接由ATP、光或电子传递驱动的，而第二级主动转运是靠离子浓度驱动的。在大多数情况下，原发主动转运常用来在第二个溶质中制造一个梯度。例如在ATP的驱动下将第一种溶质逆浓度梯度转运，结果形成的第一种溶质浓度梯度贮存的能量又能驱动第二种溶质的逆浓度梯度转运   
第五节    胞吞与胞吐
原核生物在它们的质膜和外膜中含有多成分的输出系统，使得它们能够将某些蛋白质（往往是些毒素或酶）分泌到细胞外介质中。在真核细胞中，蛋白质的输入和输出细胞分别通过胞吞和胞吐实现的。   
原核生物在它们的质膜和外膜中含有多成分的输出系统，使得它们能够将某些蛋白质（往往是些毒素或酶）分泌到细胞外介质中。在真核细胞中，蛋白质的输入和输出细胞分别通过胞吞和胞吐实现的。
胞吞和胞吐都涉及到一种特殊的脂囊泡的形成。蛋白质和某些其它的大的物质被质膜吞入并带入细胞内（以脂囊泡形式）。受体介导的胞吞开始是大分子与细胞的质膜上的受体蛋白结合，然后膜凹陷，形成一个含有要输入的大分子的脂囊泡，也称为内吞囊泡，出现在细胞内。出现在胞内的囊泡与胞内体融合，然后再与溶酶体融合，胞吞的物质被降解。胞吐除了转运方向相反外，其过程类似于胞吞。在胞吐中，确定要从细胞分泌出的蛋白质被包裹在囊泡内，然后与质膜融合，最后将囊泡内的包容物释放到细胞外介质中。降解酶的酶原就是通过这种方式从胰腺细胞转运出去的。
 本章重点总结
脂是一类用非极性溶剂从生物样品中提取的不溶于水的有机化合物。脂无论从结构上还是从功能上都是多种多样的。
脂肪酸是长链单羧酸。自然界存在的主要的脂肪酸含有一个偶数碳的烃链，碳数的范围从12到20。不含碳碳双键的脂肪酸称之饱和脂肪酸；含有一个双键的脂肪酸称之单不饱和脂肪酸；而含有一个以上双键的脂肪酸称之多不饱和脂肪酸。存在于不饱和脂肪酸中的双键大多数是cis构型。饱和和不饱和脂肪酸是很多脂的组成成分。
脂肪酸一般都是以称之三脂酰甘油（脂肪和油）的复合脂形式贮存的。三脂酰甘油是中性和非极性脂。蜡也是中性和非极性脂，它是由长链的脂肪醇和脂肪酸形成的酯。前列腺素是生理上重要的二十碳脂肪酸（例如花生四烯酸）的衍生物。
甘油磷脂是生物膜中的主要的两性脂成分。主要有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇。这些磷脂的极性头部包括一个阴离子的磷酸二酯基团，这个基团连接甘油骨架的C-3和另一个水溶性的成分。而磷脂的非极性尾巴是由与甘油的C-1和C-2形成酯的脂酰基组成的。
其它的主要脂包括鞘脂，胆固醇和脂溶性的维生素。长链的鞘氨醇是鞘脂的骨架。鞘磷脂，脑苷脂和神经神经节苷脂是三种主要的鞘脂。脂溶性维生素是聚异戊二烯化合物。胆固醇是生物膜的一个重要成分，可以作为胆固醇类激素的前体。
生物膜确定了细胞和细胞内的各个分立区域的外部边界。一个典型的生物膜是由脂和蛋白质组成的，同时在糖鞘脂和糖蛋白上带有少量的糖。生物膜是一个蛋白质镶嵌在脂双层基质中的流动镶嵌膜。两性脂，例如甘油磷脂和鞘脂自然地组装在双层膜中。脂在双层膜中的侧向扩散很快，但从一层向另一层的横向扩散（分子翻转）却非常慢。特殊脂在生物膜的里层和外层的分布是不对称的。
在低温状态下，脂双层是以有序的凝胶态存在的，这种状态下的脂酰链是伸展的。当升温时，脂双层经历一个相变，呈现出一种液晶态，脂酰链呈弯曲状态。Cis双键在脂酰链中制造出一个纽结，因此可以降低相变温度，增加膜的流动性。胆固醇通过破坏凝胶相脂和限制液晶相脂的运动调节膜的流动性。
大多数内在蛋白质横跨双层膜的疏水内部。而外周膜蛋白只是很松散地与膜表面相连。几乎所有的内在膜蛋白都含有跨越脂双层的α-螺旋片段。受体蛋白通常只具有单个α-螺旋区，而转运蛋白总是具有多个跨膜片段，片段中的氨基酸残基大多数是疏水的，也含有极性氨基酸。许多膜蛋白可以在膜中自由地侧向扩散。
脂双层是个有选择的通透性壁垒，大多数带电荷的分子都不能通透，但水和疏水性分子能自由地扩散通过。
离子扩散过膜的速度可以被某些离子载体极大地增强。特殊的转运蛋白、通道蛋白和膜孔蛋白参与离子和极性分子的跨膜转运。通道蛋白使得大量的特殊离子或小分子顺着浓度通道经中央孔快速地扩散。转运蛋白通过面向外和面向内构象之间的转换结合底物并把它转运过膜。
"被动转运是顺着浓度通道转运分子，不需要能量。主动转运是逆浓度梯度转运底物，需要供给能量。在原发主动转运中，能量是由ATP水解、光或电子传递直接提供的。第二级主动转运是被离子梯度驱动的；底物的""上坡""转运常和离子的""下坡""转运耦联。"
大的蛋白质分子转入或转运出细胞是分别通过胞吞或胞吐实现的，该过程涉及到脂囊泡的形成和融合。
 本 章 名 词 解 释
主动转运（active transport）:一种转运方式，通过该方式溶质特异结合于一个转运蛋白，然后被转运过膜，但与被动转运方式相反转运是逆着浓度梯度方向进行的，所以主动转运需要能量来驱动。在原发主动转运过程中，能源可以是光、ATP或电子传递。而第二级主动转运是在离子浓度梯度驱动下进行的。
协同运送(cotransport)：两种不同溶质跨膜的耦联转运。可以通过一个转运蛋白进行同一方向（同向转运）或反方向（反向转运）转运。
胞吞（作用）（endocytosis）：物质被质膜吞入并以膜衍生出的脂囊泡形式（物质在囊泡内）并被带入到细胞内的过程。
胞吐（作用）（exocytosis）：确定要分泌的物质被包裹在脂囊泡内，该囊泡与质膜融合，然后将物质释放到细胞外空间的过程。
被动转运（passive transport）：也称之易化扩散（facilitated diffusion）。是一种转运方式，通过该方式溶质特异结合于一个转运蛋白，然后被转运过膜，但转运是沿着浓度梯度下降方向进行，所以被动转运不需要能量支持。
通道蛋白（channel proteins）:是一种带有中央水相通道的内在膜蛋白，它可以使大小合适的离子和分子从膜的任一方向穿过膜。
通透系数（permeability coefficient）:是离子或小分子扩散过脂双层膜能力的一种量度。
"流体镶嵌模型(fluid mosaic model)：针对生物膜的结构提出的一种模型。在这个模型中，生物膜被描述成镶嵌有蛋白质的流体脂双层，脂双层在结构和功能上都表现出不对称性。有的蛋白质""镶""在脂双层表面，有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。另外脂和膜蛋白都可以进行横向扩散。"
外周膜蛋白（peripheral membrane proteins）：通过与膜脂的极性头部或内在膜蛋白的离子相互作用和形成氢键与膜的内、外表面弱结合的膜蛋白。膜蛋白一旦从膜上释放出来，通常都是水溶性的。
内在膜蛋白（integral membrane proteins）：插入脂双层的疏水核和完全跨越脂双层的膜蛋白。
生物膜（bioligical membrane）:镶嵌有蛋白质的脂双层，起着划分和分隔细胞和细胞器的作用。生物膜也是许多与能量转化和细胞内通讯有关的重要部位。