重組質(zhì)粒為什么不能控制宿主細(xì)胞的代謝合成？不能控制的話，導(dǎo)入有什

熱心網(wǎng)友：合成代謝（又稱為同化作用）是一系列合成型代謝進(jìn)程（即利用分解代謝所釋放的能量來合成復(fù)雜分子）的總稱。一般而言，用于組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜分子都是從小且簡單的前體一步一步地構(gòu)建而來。合成代謝包括三個(gè)基本階段：首先生成前體分子，如氨基酸、單糖、類異戊二烯和核苷酸；其次，利用ATP水解所提供的能量，這些分子被激活而形成活性形式；最后，它們被組裝成復(fù)雜的分子，如蛋白質(zhì)、多糖、脂類和核酸。不同的生物體所需要合成的各類復(fù)雜分子也互不相同。自養(yǎng)生物，如植物，可以在細(xì)胞中利用簡單的小分子，如二氧化碳和水，來合成復(fù)雜的有機(jī)分子如多糖和蛋白質(zhì)。異養(yǎng)生物則需要更復(fù)雜的物質(zhì)來源，如單糖和氨基酸，來生產(chǎn)對應(yīng)的復(fù)雜分子。生物體還可以根據(jù)它們所獲得的能量來源的不同而被細(xì)分為：獲取光能的光能自養(yǎng)生物和光能異養(yǎng)生物，以及從無機(jī)物氧化過程或的能量的化能自養(yǎng)生物和化能異養(yǎng)生物。植物細(xì)胞（其周圍環(huán)繞的為紫色的細(xì)胞壁）中充滿了光合作用的“工廠”──葉綠體（綠色）。光合作用是利用陽光、二氧化碳（CO2）和水來合成糖類并釋放出氧氣的過程。這一過程利用光合反應(yīng)中心所產(chǎn)生的ATP和NADPH將CO2轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸，并繼續(xù)將3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化為生物體所需的葡萄糖，因此該過程被稱為碳固定。碳固定反應(yīng)作為卡爾文-本森循環(huán)的一部分，由RuBisCO酶來進(jìn)行催化。[發(fā)生在植物中的光合作用分為三種：C3碳固定、C4碳固定和CAM光合作用。這些光合作用種類之間的差異在于當(dāng)二氧化碳進(jìn)入卡爾文循環(huán)的途徑不同：C3型植物可以直接對CO2進(jìn)行固定；而C4和CAM型則先將CO2合并到其他化合物上，這是對強(qiáng)光照和干旱環(huán)境的一種適應(yīng)。在光合型原核生物中，碳固定的機(jī)制只見差異性更大。例如，二氧化碳可以經(jīng)由卡爾文-本森循環(huán)（一種反式檸檬酸循環(huán)）[或者乙酰輔酶A的羧化作用而被固定。此外，原核的化能自養(yǎng)菌也可以通過卡爾文-本森循環(huán)來固定CO2，但卻使用來自無機(jī)化合物的能量來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。糖類的合成代謝中，簡單的有機(jī)酸可以被轉(zhuǎn)化為單糖（如葡萄糖），然后單糖再聚合在一起形成多糖（如淀粉）。從包括丙酮酸鹽、乳酸鹽、甘油、3-磷酸甘油酸和氨基酸在內(nèi)的化合物來生成葡萄糖的過程被稱為糖異生。糖異生將丙酮酸鹽通過一系列的中間物轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸，其中的許多中間物可以與糖酵解過程共享。然而，糖異生過程不是簡單的糖酵解過程的逆反應(yīng)，其中多個(gè)步驟是由不在糖酵解中發(fā)揮作用的酶來催化的。這樣就使得葡萄糖的合成和分解可以被分別調(diào)控，以防止這兩個(gè)途徑進(jìn)入無效循環(huán)（futilecycle）。雖然脂肪是通用的儲存能量的方式，但在脊椎動(dòng)物，如人類中，儲存的脂肪酸不能通過糖異生作用而被轉(zhuǎn)化為葡萄糖，因?yàn)檫@些生物體無法將乙酰輔酶A轉(zhuǎn)變?yōu)楸猁}（植物具有必要的酶，而動(dòng)物則沒有）。因此，在長期饑餓后，脊椎動(dòng)物需要從脂肪酸來制造酮體來代替組織中的葡萄糖，因?yàn)橄衲X這樣的組織不能夠代謝脂肪酸。在其它生物體，如植物和細(xì)菌中，由于存在乙醛酸循環(huán)，可以跳過檸檬酸循環(huán)中的脫羧反應(yīng)，使得乙酰輔酶A可以被轉(zhuǎn)化為草酰乙酸鹽，而草酰乙酸鹽可以被用于葡萄糖的生產(chǎn)，因此解決了脊椎動(dòng)物中存在的這一代謝問題。多糖和聚糖是通過逐步加入單糖來合成的，加入單糖的過程是由糖基轉(zhuǎn)移酶將糖基從一個(gè)活化的糖-磷酸供體（如尿苷二磷酸葡萄糖）上轉(zhuǎn)移到作為受體的羥基（位于延長中的多糖鏈）上。由于糖環(huán)上的任一羥基都可以作為受體，因此多糖鏈可以是直鏈結(jié)構(gòu)，也可以含有多個(gè)支鏈。這些生成的多糖自身可以具有結(jié)構(gòu)或代謝功能，或者可以在寡糖鏈轉(zhuǎn)移酶的作用下被轉(zhuǎn)接到脂類和蛋白質(zhì)上（即糖基化作用）。脂肪酸、萜類化合物和類固醇類固醇代謝途徑的簡化圖。其中包括了中間物異戊烯焦磷酸（IPP）、二甲基烯丙焦磷酸酯（DMAPP）、焦磷酸香葉酯（GPP）和鯊烯。有一些中間物被省略。產(chǎn)物為羊毛甾醇。脂肪酸合成是一個(gè)將乙酰輔酶A多聚化并還原的過程。脂肪酸上的乙酰基鏈?zhǔn)峭ㄟ^一個(gè)反應(yīng)循環(huán)來延伸的，包括加入乙?；?、將其還原為乙醇和繼續(xù)還原為烷烴的過程。在脂肪酸的生物合成中發(fā)揮作用的酶可以被分為兩類：動(dòng)物和真菌中，所有的脂肪酸合成反應(yīng)由一個(gè)單一的多功能酶，I型脂肪酸合成酶來完成；[而在植物質(zhì)體和細(xì)菌中，有多個(gè)不同的酶分別催化每一個(gè)反應(yīng)，這些酶統(tǒng)稱為I型脂肪酸合成酶。萜烯和異戊二烯類化合物（包括類胡蘿卜素在內(nèi)）是脂類中的一個(gè)大家族，它們組成了植物天然化合物中的最大的一類。這些化合物是以異戊二烯為單位，聚合和修飾而成的；其中，異戊二烯是由具反應(yīng)活性的前體，異戊烯焦磷酸和二甲烯丙基焦磷酸提供的。[這兩個(gè)前體可以在不同的途徑中被合成。動(dòng)物和古菌利用甲瓦龍酸途徑來從乙酰輔酶A生產(chǎn)這兩個(gè)化合物；而植物和細(xì)菌則通過非甲瓦龍酸途徑利用丙酮酸和甘油醛-3-磷酸作為底物來生產(chǎn)它們。另一個(gè)利用這些活化的異戊二烯供體的重要反應(yīng)是類固醇的生物合成。其中，異戊二烯單位連接在一起聚成角鯊烯，然后折疊起來，經(jīng)過一個(gè)質(zhì)子引發(fā)的連續(xù)成環(huán)反應(yīng)得到羊毛脂甾醇。而羊毛脂甾醇能夠被繼續(xù)轉(zhuǎn)化為其他類固醇，如膽固醇和麥角甾醇。蛋白質(zhì)生物體之間合成20種基本氨基酸的能力各不相同。大多數(shù)的細(xì)菌和植物可以合成所有這20種氨基酸，而哺乳動(dòng)物只能合成10種非必需氨基酸。因此對于包括人在內(nèi)的哺乳動(dòng)物，獲取必需氨基酸的途徑只能是攝入富含這些氨基酸的食物。所有氨基酸都可以從糖酵解、檸檬酸循環(huán)或磷酸戊糖循環(huán)中的中間產(chǎn)物生成。其中，合成過程所需的氮由谷氨酸和谷氨酰胺來提供。氨基酸合成需要先有適當(dāng)?shù)摩粒嵝纬桑缓笸ㄟ^轉(zhuǎn)氨作用形成氨基酸。氨基酸是通過肽鍵連接在一起并進(jìn)一步形成蛋白質(zhì)。每種不同的蛋白質(zhì)都對應(yīng)著自己獨(dú)特的氨基酸序列（又被稱為一級結(jié)構(gòu)）。如同20多個(gè)字母就能排列組合成數(shù)以萬計(jì)的單詞一般，不同的氨基酸連接在一起能夠形成數(shù)量龐大的蛋白質(zhì)種類。氨基酸通過連接到對應(yīng)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）分子上形成氨酰tRNA而被激活，然后才可以被連接在一起。這種氨酰tRNA前體是通過一個(gè)ATP依賴的反應(yīng)（將tRNA與正確的氨基酸相連接）來合成，該反應(yīng)由氨酰tRNA合成酶進(jìn)行催化。[然后，以信使RNA中的序列信息為指導(dǎo)，帶有正確氨基酸的氨酰tRNA分子就可以結(jié)合到核糖體的對應(yīng)位置，在核糖體的作用下將氨基酸連接到正在延長的蛋白質(zhì)鏈上。核苷酸核苷酸是由氨基酸、二氧化碳以及甲酸來合成的。由于其合成途徑需要消耗大量的代謝能量，大多數(shù)的生物體內(nèi)都有有效的系統(tǒng)來進(jìn)行核苷酸補(bǔ)救。嘌呤是以核苷（即堿基連接上核糖）為基礎(chǔ)合成的。腺嘌呤和鳥嘌呤是由前體核苷分子肌苷單磷酸（即次黃苷酸）衍生而來，而次黃苷酸則是由來自甘氨酸、谷氨酰胺和谷氨酰胺的原子以及從輔酶四氫葉酸鹽上轉(zhuǎn)移來的甲酸基來合成的。嘧啶是由堿基乳清酸鹽合成的，乳清酸鹽則由谷氨酰胺和谷氨酰胺轉(zhuǎn)化而來。異型生物質(zhì)代謝和氧化還原代謝所有的生物體如果持續(xù)攝入非食物類物質(zhì)而沒有相應(yīng)的代謝途徑，這些物質(zhì)就會在細(xì)胞中積累并造成危害。這些存在于機(jī)體內(nèi)可能造成損害的物質(zhì)被稱為異型生物質(zhì)（xenobiotic）。[異型生物質(zhì)包括合成藥物、天然毒藥和抗生素，所幸的是它們可以在一系列異型生物質(zhì)代謝酶的作用下被去毒化。在人體中，細(xì)胞色素-P450氧化酶、尿苷二磷酸葡醛酸轉(zhuǎn)移酶（UDP-glucuronosyltransferases）和谷胱苷肽轉(zhuǎn)移酶（glutathioneS-transferase）都屬于這類酶。這一酶系統(tǒng)的功能發(fā)揮有三個(gè)階段：首先氧化異型生物質(zhì)，然后在該物質(zhì)分子上連接一個(gè)水溶性基團(tuán)，最后修飾過的含水溶性基團(tuán)的異型生物質(zhì)被運(yùn)出細(xì)胞（在多細(xì)胞生物體中，還可以被進(jìn)一步代謝并被排出體外）。在生態(tài)學(xué)中，這些反應(yīng)對于污染物的微生物降解和污染土壤（特別是石油污染）的生物修復(fù)具有極為重要的作用。許多這樣的微生物反應(yīng)在多細(xì)胞生物體中也同樣存在，但由于微生物種類的多樣性使得它們能夠代謝的物質(zhì)比多細(xì)胞生物體要廣泛的多，它們甚至可以降解包括有機(jī)氯在內(nèi)的持久性有機(jī)污染物。在需氧生物中還存在氧化應(yīng)激的問題。其中，需要對包括氧化磷酸化和蛋白質(zhì)折疊中二硫鍵形成所產(chǎn)生的活性氧（如過氧化氫）進(jìn)行處理。[這些能夠損害機(jī)體的氧化活性物質(zhì)由抗氧化代謝物（如谷胱甘肽）和相關(guān)酶（如過氧化氫酶和辣根過氧化物酶）來清除。生物體的熱力學(xué)生物體也必須遵守?zé)崃W(xué)定律（描述功和熱之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系）。熱力學(xué)第二定律指出，在任何封閉系統(tǒng)中，熵值總是趨向于增加。雖然生物體的高度復(fù)雜性看起來似乎與這一定律相反，但生物體實(shí)際上是開放系統(tǒng)，能夠與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換；因此，生命系統(tǒng)不是處于平衡之中，而是表現(xiàn)為耗散結(jié)構(gòu)來維持它們的高度復(fù)雜性，同時(shí)增加周圍環(huán)境的熵值。[細(xì)胞中的代謝則是通過將分解代謝的自發(fā)過程和合成代謝的非自發(fā)過程偶聯(lián)來達(dá)到保持復(fù)雜性的目的。用熱力學(xué)來解釋，代謝實(shí)際上就是通過制造無序來保持有序。調(diào)控機(jī)制由于生物體的外界環(huán)境處于不斷的變化之中，因此代謝反應(yīng)必須能夠被精確的調(diào)控，以保持細(xì)胞內(nèi)各組分的穩(wěn)定，即體內(nèi)平衡。[代謝調(diào)控也使得生物體能夠?qū)ν饨缧盘柈a(chǎn)生反饋并能夠與其周圍環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。其中，兩個(gè)緊密聯(lián)系的概念對于了解代謝途徑的調(diào)控機(jī)制非常重要：其一，一個(gè)酶在代謝途徑中的調(diào)節(jié)就是它的酶活性是如何根據(jù)信號來增加或降低的；其二，由這個(gè)酶所施加的控制即是它的活性的變化對于代謝途徑整體速率（途徑的通量）的影響。例如，一個(gè)酶可以在活性上發(fā)生很大的變化（比如被高度調(diào)控），但如果這些變化對于其所在的代謝途徑的通量基本沒有影響，那么這個(gè)酶就不能夠?qū)τ谶@一途徑發(fā)揮控制作用。代謝調(diào)控可分為多個(gè)層次。在自身調(diào)節(jié)中，代謝途徑可以自調(diào)節(jié)以對底物或產(chǎn)物水平的變化做出反應(yīng)；例如，產(chǎn)物量降低可以引起途徑通量的增加，從而使產(chǎn)物量得到補(bǔ)償。這種類型的調(diào)節(jié)包含對于途徑中多個(gè)酶的活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)。多細(xì)胞生物中，細(xì)胞在接收到來自其他細(xì)胞的信號后作出反應(yīng)來改變它的代謝情況，而這就屬于外部調(diào)控。這些信號通常是通過可溶性分子（“信使”）來傳遞的，如激素和生長因子，它們能夠特異性地與細(xì)胞表面特定的受體分子結(jié)合。在與受體結(jié)合之后，信號就會通過第二信使系統(tǒng)被傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，此過程中通常含有蛋白質(zhì)的磷酸化。由胰島素調(diào)節(jié)的葡萄糖代謝是一個(gè)研究得比較透徹的外部調(diào)控的例子。[機(jī)體合成胰島素是用于對血液中葡萄糖水平的升高做出反應(yīng)。胰島素與細(xì)胞表面的胰島素受體結(jié)合，然后激活一系列蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)，使細(xì)胞能夠攝入葡萄糖并將其轉(zhuǎn)化為能量儲存分子，如脂肪酸和糖原。糖原的代謝是由磷酸化酶和糖原合成酶來控制的，前者可以降解糖原，而后者可以合成糖原。這些酶是相互調(diào)控的：磷酸化作用可以抑制糖原合成酶的活性，卻激活磷酸化酶的活性。胰島素通過激活蛋白磷酸酶而降低酶的磷酸化，從而使糖原得以合成。進(jìn)化進(jìn)化樹顯示所有來自生物三域中的生物體有著共同的祖先。細(xì)菌顯示為藍(lán)色，真核生物顯示為紅色，而古菌顯示為綠色。一些生物門的相對位置也都在進(jìn)化樹周圍標(biāo)示出來如前所述，代謝的中心途徑，如糖酵解和三羧酸循環(huán)，存在于三域中的所有生物體中，也曾存在于“最后的共同祖先”中。[共同祖先細(xì)胞是原核生物，并且很可能是一種具有廣泛的氨基酸、糖類和脂類代謝的產(chǎn)甲烷菌。這些古老的代謝途徑之所以沒有進(jìn)一步進(jìn)化，其原因可能是途徑中的反應(yīng)對于特定的代謝問題已經(jīng)是一個(gè)優(yōu)化的解決法，可以以很少的步驟達(dá)而到很高的效率。第一個(gè)基于酶的代謝途徑（現(xiàn)在可能已經(jīng)成為嘌呤核苷酸代謝中的一部分）和之前的代謝途徑是原始的RNA世界的組成部分。研究者們提出了多種模型來描述新的代謝途徑是如何進(jìn)化而來的：如添加新的酶到一個(gè)較短的原始途徑，或是復(fù)制而后分化整個(gè)途徑，并將已存在的酶和它們的復(fù)合體帶入新的反應(yīng)途徑中。[這些進(jìn)化機(jī)制中，哪一種更為重要目前還不清楚，但基因組研究顯示在同一個(gè)途徑中的酶可能具有一個(gè)共同“祖先”，這就提示許多途徑是通過一步接一步的演化方式利用已存在的反應(yīng)步驟來獲得新的功能。[另一種較為合理的模型來自于對代謝網(wǎng)絡(luò)中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的演化研究，其結(jié)果提示酶具有普適性，同樣的酶能夠在不同的代謝途徑中被利用并發(fā)揮相似的作用。這些利用的進(jìn)程就導(dǎo)致進(jìn)化，酶在途徑中以類似于馬賽克排列的方式進(jìn)行拼接。第三種可能性是代謝中的一些部分可以以“模塊”的方式存在，而模塊可以被用于不同的途徑并對不同的分子執(zhí)行相似的功能。在進(jìn)化出新的代謝途徑的同時(shí)，進(jìn)化也可能造成代謝功能的降低或喪失。例如，一些寄生物失去了對于生存非關(guān)鍵的代謝進(jìn)程，代之以直接從宿主體內(nèi)獲取氨基酸、核苷酸和糖類。類似的代謝能力退化的現(xiàn)象在一些內(nèi)共生生物體中也被觀察到。相關(guān)的研究分析擬南芥（Arabidopsisthaliana）中三羧酸循環(huán)的代謝網(wǎng)絡(luò)。酶和代謝物用紅色方塊來表示，它們之間的相互作用用黑線來表示。代謝的經(jīng)典研究方法是還原法，即對單個(gè)代謝途徑進(jìn)行研究。放射性示蹤是一個(gè)非常有用的研究手段，它通過定位放射性標(biāo)記的中間物和產(chǎn)物來追蹤代謝過程，從而可以在整個(gè)生物體、組織或細(xì)胞等不同水平上對代謝進(jìn)行研究。隨后，對催化這些化學(xué)反應(yīng)的酶進(jìn)行純化，并鑒定它們的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和對應(yīng)的抑制劑。另一種研究方法是在一個(gè)細(xì)胞或組織中鑒定代謝相關(guān)的小分子，其中所有的這些小分子被稱為一個(gè)代謝組（metabolome）。綜上，這些研究給出了單個(gè)代謝途徑的組成結(jié)構(gòu)和功能；但這些方法卻無法有效應(yīng)用于更為復(fù)雜的系統(tǒng)，如一個(gè)完整細(xì)胞中的所有代謝。細(xì)胞中代謝網(wǎng)絡(luò)（含有數(shù)千種不同的酶）的復(fù)雜性由右圖（圖中僅僅只含有43個(gè)蛋白質(zhì)和40個(gè)代謝物之間的相互作用）可知是極高的。但可以利用基因組數(shù)據(jù)來構(gòu)建完整的代謝化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)并生成更整體化的數(shù)學(xué)模型來解釋和預(yù)測各種代謝行為已經(jīng)成為可能。特別是將從經(jīng)典研究方法中所獲得的代謝途徑和代謝物的數(shù)據(jù)以及從蛋白質(zhì)組學(xué)和DNA微陣列研究中獲得的數(shù)據(jù)整合到這些數(shù)學(xué)模型中，則可以極大地完善這些模型。利用所有這些技術(shù)，一個(gè)人體代謝模型已經(jīng)被提出，這一模型將對未來的藥物和生物化學(xué)研究提供指導(dǎo)。代謝信息的一項(xiàng)主要的技術(shù)應(yīng)用是代謝工程。在代謝工程中，諸如酵母、植物和細(xì)菌等生物體被遺傳工程改造為生物技術(shù)中的高效工具，用于包括抗生素在內(nèi)的藥物或工業(yè)用化學(xué)品（如1,3-丙二醇和莽草酸）的生產(chǎn)。[[這些改造通常有助于降低產(chǎn)物合成中的能量消耗，增加產(chǎn)量和減少廢物的產(chǎn)生。

熱心網(wǎng)友：太復(fù)雜，控制不了，可以改變