第15章细胞代谢与基因表达调控课件.ppt

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1、第15章细胞代谢与基因表达调控第1页，此课件共39页哦 细细胞胞是是生生物物机机体体的的结结构构和和功功能能单单位位，细细胞胞代代谢谢是是一一切切生生命命活活动动的的基基础础。细细胞胞代代谢谢包包括括物物质质代代谢谢、能能量量代代谢谢和和信信息息代代谢谢。物物质质变变化化总总伴伴随随能能量量变变化化，而而能能量量变变化化又又表表现现出出其其组组织织结结构构相相对对无无序序和和有有序序的的变变更更。活活细细胞胞不不断断与与外外界界交交换换物物质质，摄摄取取能能量量，以以构建和维持其复杂的组织结构。构建和维持其复杂的组织结构。生生物物机机体体的的新新陈陈代代谢谢是是个个完完整整统统一一的的过过程程

2、，并并存存在在复复杂杂的的调调节节机机制制。代代谢谢调调节节可可分分为为3个个层层面面：分分子子水水平平调调节节、细细胞胞水水平平调调节节和和多多细细胞胞整整体体水水平平调调节节。这这些些调节都与基因表达调控有关。调节都与基因表达调控有关。第2页，此课件共39页哦一一 细胞代谢的调节网络细胞代谢的调节网络1 代谢途经交叉形成网络代谢途经交叉形成网络 细细胞胞代代谢谢的的原原则则是是将将各各类类物物质质分分别别纳纳入入各各自自的的共共同同代代谢谢途途经经，以以少少数数种种类类的的反反应应转转化化种种类类繁繁多多的的分分子子。不不同同的的代代谢谢途途经经可可通通过过交交叉叉点点上上关关键键的的中中

3、间间代代谢谢物物而而相相互互作作用用和和相互转化。相互转化。糖糖、脂脂、蛋蛋白白质质和和核核酸酸在在代代谢谢过过程程中中，彼彼此此影影响响、互互相相转转化化和和相相互互制制约约。TCA循循环环是是各各种种物物质质的的共共同同代代谢谢途途径径，是是相相互互联联系系的的枢枢纽纽。丙丙酮酮酸酸、乙乙酰酰CoA、-酮酮戊戊二二酸酸、草酰乙酸草酰乙酸等是各种物质相互转化的关键中间代谢物。等是各种物质相互转化的关键中间代谢物。第3页，此课件共39页哦草酰乙酸草酰乙酸蛋白质蛋白质-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸丙氨酸丙氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半光

4、氨酸半光氨酸磷酸核糖磷酸核糖核苷酸核苷酸脂肪脂肪脂肪酸脂肪酸甘油甘油乙酰乙酰CoA多糖多糖葡萄糖葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙酮酸丙酮酸核酸核酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸TCA循环循环蛋白质、脂肪、糖、核酸的代谢关系蛋白质、脂肪、糖、核酸的代谢关系第4页，此课件共39页哦2 细胞内各种代谢之间的联系细胞内各种代谢之间的联系细胞内的代谢根据其生理意义可为细胞内的代谢根据其生理意义可为3类代谢体系：类代谢体系：1)碳碳源源分分解解体体系系 包包括括糖糖类类，脂脂类类，氨氨基基酸酸碳碳架架等等物物质质的的分分解解代代谢谢。目目的的在在于于获获得得生生物物能能量量，产产生生5-磷磷酸酸核核酮酮

5、糖糖、a a-酮酮戊戊二二酸酸、丙丙酮酮酸酸、乙乙酰酰CoA等等代代谢谢中中间间产产物。物。2)素素材材型型生生物物合合成成体体系系 包包括括1-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖，氨氨基基酸酸，核核苷苷酸酸等等低低分分子子素素材材物物质质的的生生物物合合成成，以以及及辅辅酶酶等等小小分分子生理活性物质的生物合成。子生理活性物质的生物合成。3)生生物物大大分分子子合合成成体体系系 包包括括蛋蛋白白质质、核核酸酸、多多糖糖和和类类脂复合物等生物大分子的合成。脂复合物等生物大分子的合成。第5页，此课件共39页哦 不不同同代代谢谢体体系系的的各各种种代代谢谢途途径径错错综综复复杂杂，互互相相联联系系、互互相相制制

6、约约、协协调调统统一一。碳碳源源分分解解体体系系为为素素材材型型生生物物合合成成和和生生物物大大分分子子合合成成提提供供原原材材料料和和能能量量；素素材材型型合合成成体体系系为为生生物物大大分分子子合合成成提提供供单单体体分分子子；生生物物大大分分子子的的合合成成体体系系则则为为前前二二类类体体系系提提供供酶酶、膜膜、核核酸酸等等功功能能性性物物质质和和结结构构性性物物质质。细细胞胞能能根根据据环环境境条条件件及及其其生生理理条条件件的的变变化化，调节各种代谢途径的速率，以维持代谢的平衡。调节各种代谢途径的速率，以维持代谢的平衡。代代谢谢调调节节是是生生物物体体根根据据环环境境条条件件的的变变

7、化化和和生生理理活活动动的的需需要要，对对代代谢谢反反应应速速度度进进行行调调节节和和对对代代谢谢途途径径方方向向加加以以控控制制的的机能。机能。第6页，此课件共39页哦二二 酶活性的调节酶活性的调节 细细胞胞中中各各种种不不同同的的代代谢谢途途径径都都是是由由一一系系列列酶酶催催化化的的连连续续反反应应所所组组成成的的代代谢谢反反应应链链。酶酶的的功功能能首首先先是是负负责责催催化化代代谢谢途途径径中中特特定定的的反反应应；第第二二是是作作为为调调节节代代谢谢的的速速度度和方向的调控元件。和方向的调控元件。酶酶调调节节的的方方式式有有2种种：激激活活或或抑抑制制细细胞胞内内已已有有的的酶酶分

8、分子子和和催催化化活活性性；影影响响酶酶分分子子的的合合成成或或降降解解以以改改变变细细胞内酶分子的数量。胞内酶分子的数量。第7页，此课件共39页哦1 酶促反应的前馈和反馈酶促反应的前馈和反馈 1)前前馈馈 代代谢谢底底物物对对代代谢谢反反应应具具有有促促进进作作用用。前前馈馈是是指指代代谢谢底底物物或或代代谢谢途途经经中中早早期期的的中中间间产产物物，对对催催化化途途经经中中后后面面某某步步反反应应的的酶酶活活性性的的影影响响，而而改改变变整整个个代代谢谢途途经经的的速速度度。如如底底物物(或或中中间间产产物物)浓浓度度增增高高，使使酶酶激激活活，代代谢谢速速度度加加快快，称称为为正正前前馈

9、馈。如如1,6-二二磷磷酸酸果果糖糖对对磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸羧羧化化酶酶的的激激活活作作用用为为正正前前馈馈作作用用。正正前前馈馈常常见见于于分分解解代代谢谢途经。途经。如如果果底底物物浓浓度度增增高高，抑抑制制酶酶活活性性，使使代代谢谢速速度度减减慢慢，称称为为负负前前馈馈。如如高高浓浓度度的的乙乙酰酰辅辅酶酶A是是乙乙酰酰辅辅酶酶A羧羧化化酶酶的的变构抑制剂。变构抑制剂。第8页，此课件共39页哦 2)反反馈馈 代代谢谢途途经经的的终终产产物物(或或中中间间产产物物)对对关关键键酶酶的的活活性性影影响响称称为为反反馈馈。如如果果终终产产物物浓浓度度增增高高，激激活活关关键键酶酶活

10、活性性，使使代代谢谢途途经经的的反反应应速速度度加加快快，称称为为正正反反馈馈。如如果果终终产产物物的的积积累累抑抑制制关关键键酶酶活活性性，使使代代谢谢途途经经的的反反应应速速度度减减慢，称为慢，称为负反馈负反馈(反馈抑制作用反馈抑制作用)。细细胞胞内内的的反反馈馈调调节节中中，负负反反馈馈常常见见，正正反反馈馈不不多多见见。有有些些正正反反馈馈常常与与另另一一负负反反馈馈相相偶偶联联。如如草草酰酰乙酸对乙酰乙酸对乙酰CoA氧化进行正反馈调控。氧化进行正反馈调控。第9页，此课件共39页哦2 产能反应与需能反应的调节产能反应与需能反应的调节 细细胞胞内内许许多多代代谢谢反反应应受受能能量量状状

11、态态的的调调节节。产产能能反反应应与与ADP的的磷磷酸酸化化相相偶偶联联，需需能能反反应应与与ATP高高能能磷磷酸酸键键的的水水解解相相偶偶联联。ATP和和ADP是是许许多多调调节节酶酶的的变变构构效效应应物物。细细胞胞内内腺腺苷苷酸酸体体系系：ATP、ADP、AMP，是是接接受受、贮贮存存和和供供应应生生物物能能量量的的主主要要体体系系。细细胞胞中中贮贮存存能能量量的的多多少少用用腺腺苷苷酸酸存存在在形形式式的的比比例例表表示示。现现用用能能荷荷来来表表达达细细胞胞的的能能量量状状态态，涵涵义义为为：细细胞胞内内总总的的腺腺苷苷酸酸系系统统(即即ATP、ADP、AMP之之和和)所负载的高能磷

12、酸基数量。所负载的高能磷酸基数量。第10页，此课件共39页哦 正正常常情情况况下下，细细胞胞的的能能荷荷大大约约为为0.9，变变动动范范围围从从0.850.95。细细胞胞中中的的腺腺苷苷酸酸全全部部为为AMP形形式式，无无高高能能键键，能能荷荷为为零零；全全部部为为ATP状状态态，能能荷荷为为1；全全部部为为ADP形形式时，则能荷为式时，则能荷为1/2。能能荷荷对对能能源源物物质质的的分分解解代代谢谢起起着着重重要要的的调调节节作作用用。ATP可可视视为为糖糖、脂脂等等分分解解代代谢谢的的共共同同最最终终产产物物，对对糖糖、脂脂等等分分解解代代谢谢有有反反馈馈抑抑制制作作用用。对对糖糖、脂脂的

13、的合合成成代代谢谢及及所有需能反应有促进作用。所有需能反应有促进作用。第11页，此课件共39页哦3 酶的共价修饰与连续激活酶的共价修饰与连续激活 共共价价调调节节酶酶具具有有无无活活性性和和有有活活性性两两种种基基本本的的结结构构形形式式。这这两两种种结结构构形形式式是是通通过过其其他他酶酶的的催催化化作作用用，在在其其酶酶蛋蛋白白的的某某些些氨氨基基酸酸残残基基上上引引入入或或除除去去共共价价结结合合的的某某种种化化学学基基团团，从从而而发发生生分分子子共共价价结结构构和和构构象象的的变变化化，实实现现活活性性形形式式和和非非活活性性形形式式的的互互相相转转变变，借借以以调调控控代代谢谢的的

14、方方向向和和速速度度。在在高高等等生生物物体体内内常常常常接接受受神神经经系系统统以以及及激激素素的的指指令令，通通过过级级联联反反应应产产生生放放大大效效应应，使使酶酶活活调调节节迅迅速速、灵敏。灵敏。第12页，此课件共39页哦酶的共价修饰类型有：酶的共价修饰类型有：磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化 乙酰化乙酰化/去乙酰化去乙酰化 腺苷酸化腺苷酸化/去腺苷酸化去腺苷酸化 尿苷酸化尿苷酸化/去尿苷酸化去尿苷酸化 甲基化甲基化/去甲基化去甲基化 S-S/SH第13页，此课件共39页哦三三 细胞对代谢途经的分隔和控制细胞对代谢途经的分隔和控制 生生物物膜膜的的选选择择性性透透过过性性质质可可调调节节

15、细细胞胞内内代代谢谢物物质质的的浓浓度度，维维持持正正常常反反应应的的条条件件。在在真真核核细细胞胞中中不不同同代代谢谢途途径径的的酶酶系系分分别别集集中中在在不不同同的的膜膜结结构构中中，相相应应的的反反应应物物也也都都由由膜膜的的选选择择性性透透过过机机能能加加以以调调节节。原原核核细细胞胞没没有有细细胞胞器器的的分分化化，不不同同酶酶系系在在细细胞胞内内也也有有相相对对集集中中的的区区域域分分布布。细细胞胞的的膜膜结结构构起起着着代代谢谢定定位位和和控控制制反反应应条件的作用。条件的作用。细细胞胞的的膜膜结结构构既既增增加加了了代代谢谢反反应应在在细细胞胞内内的的秩秩序序，又又保保证证了

16、了反反应应所所需需的的条条件件。膜膜结结构构对对代代谢谢活活动动所所起起的的这种组织作用和调节效能称为结构效应。这种组织作用和调节效能称为结构效应。第14页，此课件共39页哦四四 细胞信号传递系统细胞信号传递系统1 激素和递质受体的信号转导系统激素和递质受体的信号转导系统 细细胞胞产产生生的的信信号号分分子子包包括括激激素素、神神经经递递质质和和调调节节肽肽等等，在在释释放放后后以以自自分分泌泌、旁旁分分泌泌和和内内分分泌泌等等3种种方方式式作作用用于于膜膜受受体体。自自分分泌泌的的信信号号分分子子作作用用于于分分泌泌细细胞胞自自身身，如如神神经经末末梢梢分分泌泌的的递递质质可可作作用用于于前

17、前突突触触膜膜的的递递质质受受体体。旁旁分分泌泌的的产产物物或或经经细细胞胞外外液液或或经经细细胞胞间间隙隙局局部部作作用用于于邻邻近近细细胞胞，如如神神经经组组织织和和内内脏脏器器官官分分泌泌的的调调节节肽肽。内内分分泌泌的的产产物物则则在在释释放放后后经经血血液液循循环环流流到到特特定定的的器器官官作作用用于于靶靶细胞受体。细胞受体。第15页，此课件共39页哦细胞质膜上化学信号分子的受体：细胞质膜上化学信号分子的受体：第第一一类类受受体体是是依依赖赖于于神神经经递递质质的的离离子子通通道道，或或称称配配体体门门控控离离子子通通道道，如如烟烟碱碱型型乙乙酰酰胆胆碱碱受受体体、-氨氨基基丁丁酸

18、酸受受体体、谷谷氨氨酸酸受受体体等等，多多数数为为寡寡聚聚体体蛋蛋白白质质，并并含含有有受体亚基。受体亚基。第第二二类类受受体体与与膜膜上上信信号号转转导导蛋蛋白白(GTP结结合合蛋蛋白白或或G蛋蛋白白)相相偶偶联联，如如肾肾上上腺腺素素能能-受受体体、肾肾上上腺腺素素能能-受受体体、毒毒蕈蕈碱碱型型乙乙酰酰胆胆碱碱受受体体等等，多多为为单单链链多多肽肽。当当与与激激素素或或神神经经递递质质结结合合后后，经经G蛋蛋白白将将信信息息转转给给效效应应器器产产生生第第二二信信使使，才才能激活细胞内有关的酶系统。能激活细胞内有关的酶系统。第16页，此课件共39页哦 第第三三类类则则包包括括一一些些生生

19、长长因因子子的的受受体体，如如表表皮皮生生长长因因子子受受体体、血血小小板板衍衍生生的的生生长长因因子子受受体体、成成纤纤细细胞胞生生长长因因子子受受体体、胰胰岛岛素素受受体体等等。这这些些受受体体的的主主要要特特点点是是具具有有酪酪氨氨酸酸蛋蛋白白激激酶酶活活性性，或或能能结结合合具具有有酪酪氨氨酸酸蛋蛋白白激激酶酶活活性性的的蛋蛋白白质质。当当它它们们与与各各自自相相应应的的生生长长因因子子结结合合后后，该该酶酶活性即被激活。活性即被激活。激激素素对对代代谢谢的的调调节节主主要要有有两两个个特特点点：组组织织特特异异性性和和效效应应特特异异性性。即即一一种种激激素素只只作作用用于于一一定定

20、的的细细胞胞，一一种种激激素素只只产生一定的生理效应。产生一定的生理效应。第17页，此课件共39页哦2 细胞增殖的调节细胞增殖的调节 真真核核生生物物细细胞胞的的分分裂裂受受生生长长因因子子、数数量量众众多多的的细细胞胞因因子子和和各各种种环环境境因因素素的的影影响响和和调调节节。细细胞胞周周期期的的时时间间控控制制是是由由蛋蛋白白激激酶酶系系统统对对细细胞胞内内外外信信号号作作出出反反应应，以以改改变变其其活活性性而而实实现现的的。在在精精确确的的时时段段内内由由蛋蛋白白激激酶酶系系统统使使特特异异的的蛋蛋白白磷磷酸酸化化，从从而而协协调调细细胞胞代代谢谢活活动动和和基基因因表表达达，以以产

21、产生生一一定定顺顺序序的的细细胞胞分分裂裂周周期期。在在细细胞胞周周期期控控制制系系统统中中，依依赖赖于于周周期期蛋蛋白白的的蛋蛋白白激激酶酶(CDK)家家族族和和结结合合于于CDK并并活活化化其其激激酶活性的周期蛋白酶活性的周期蛋白(cyclin)家族最关键。家族最关键。第18页，此课件共39页哦 肿肿瘤瘤和和癌癌是是细细胞胞分分裂裂失失去去控控制制的的结结果果。正正常常情情况况下下，细细胞胞分分裂裂受受到到各各类类因因子子的的调调节节。生生长长因因子子使使休休止止细细胞胞进进入入分分裂裂周周期期，在在某某些些条条件件下下进进行行分分化化。一一旦旦控控制制细细胞胞增增殖的基因发生突变，即成为

22、癌基因。殖的基因发生突变，即成为癌基因。细细胞胞的的生生长长和和分分裂裂存存在在严严格格的的调调节节控控制制机机制制，有有多多种种监监测测系系统统阻阻止止细细胞胞的的过过分分增增殖殖或或对对失失控控细细胞胞发发动动程程序序性性死死亡亡(凋凋亡亡)。这这些些防防止止细细胞胞恶恶性性生生长长的的基基因因称称为为抑抑癌癌基基因因。肿肿瘤瘤和和癌癌的的形形成成，除除原原癌癌基基因因突突变变为为癌癌基基因因外外，还还需需抑抑癌基因发生突变而失活，是多个不正常基因作用的结果。癌基因发生突变而失活，是多个不正常基因作用的结果。第19页，此课件共39页哦3 门控离子通道和神经信号的传导门控离子通道和神经信号的

23、传导 神神经经细细胞胞(神神经经元元)可可接接受受、处处理理和和传传导导信信号号。有有关关信信号号通通过过电电兴兴奋奋传传导导波波作作为为动动作作电电位位或或神神经经脉脉冲冲沿沿神神经经元元的的质质膜膜迅迅速速传传播播。神神经经元元的的电电信信号号依依赖赖于于离离子子通通过过膜膜通通道道引引起起的的膜膜电电位位变变化化。Na+-K+泵泵由由分分解解ATP获获得得的的能能量量不不断断排排出出Na+和和吸吸收收K+，使使细细胞胞内内Na+浓浓度度远远低低于于胞胞外外，K+浓浓度度则则远远高高于于胞胞外外，从从而而贮贮存存大大量量的的能能量量以以驱驱动动离离子子运运动动。静静息息电电位位接接近近于于

24、K+的的平平衡衡电电位位。动动作作电电位位是是由由电电位位门门控控离离子子通通道道(Na+通道通道)的暂时打开而产生的。的暂时打开而产生的。第20页，此课件共39页哦五五 基因表达的调节基因表达的调节 蛋蛋白白质质参参与与并并控控制制细细胞胞的的代代谢谢活活动动，决决定定蛋蛋白白质质合合成成的的结结构构信信息息和和时时序序信信息息编编码码在在核核酸酸分分子子中中。生生物物在在生生长长发发育育过过程程中中的的基基因因表表达达将将按按一一定定的的时时间间程程序序发发生生改改变变，并并随随内外环境的变化而加以调整。内外环境的变化而加以调整。基基因因表表达达的的调调节节可可在在不不同同水水平平上上进进

25、行行，在在转转录录水水平平或或在在翻翻译译水水平平。原原核核生生物物的的基基因因调调节节主主要要在在转转录录水水平平上上，以以负负调调节节为为主主。真真核核生生物物的的基基因因大大多多单单独独表表达达，以以正正调调节节为为主。主。第21页，此课件共39页哦1 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控1)1)操纵子模型操纵子模型1961年年Monod和和Jacob根根据据当当时时的的研研究究成成果果提提出出了了“操操纵子学说纵子学说”。两两类类基基因因 即即编编码码蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构基基因因和和对对结结构构基基因因转录起调节作用的调节基因。转录起调节作用的调节基因。基因协同表达

26、基因协同表达 即相关酶的合成速度协调一致。即相关酶的合成速度协调一致。操操纵纵子子是是原原核核细细胞胞基基因因表表达达系系统统的的功功能能单单位位，由由起起动动基基因因(P)，操纵基因，操纵基因(O)和多个结构基因组成。和多个结构基因组成。第22页，此课件共39页哦 起起动动基基因因是是RNA聚聚合合酶酶的的附附着着部部位位，操操纵纵基基因因是是调调控控RNA多多聚聚酶酶起起动动转转录录的的调调控控位位点点，结结构构基基因因转转录录成成多多顺顺反反子子的的mRNA，编编码码有有关关酶酶蛋蛋白白的的氨氨基基酸酸顺顺序序。操操纵纵基基因因不不被被转转录录和和翻翻译译，受受调调节节基基因因的的调调控

27、控。调调节节基基因因编编码码阻阻遏遏蛋蛋白白，与与操操纵纵基基因因结结合合，挡挡住住RNA多多聚聚酶酶的的去去路路，转录不能启动。转录不能启动。阻阻遏遏蛋蛋白白是是变变构构蛋蛋白白，分分子子表表面面至至少少有有两两个个配配基基结结合合部部位位，分分别别与与操操纵纵基基因因和和效效应应物物(诱诱导导物物或或辅辅阻阻遏遏物物)结结合合。在在不不同同类类型型的的操操纵纵子子中中，阻阻遏遏蛋蛋白白的的性性质质不不同同，而决定操纵子为而决定操纵子为诱导型诱导型还是还是阻遏型阻遏型。第23页，此课件共39页哦 诱诱导导型型操操纵纵子子是是分分解解代代谢谢途途径径的的操操纵纵子子，其其阻阻遏遏蛋蛋白白被被合

28、合成成之之后后就就有有活活性性，直直接接与与操操纵纵基基因因结结合合，在在没没有有代代谢谢底底物物时时，处处于于被被阻阻遏遏状状态态。阻阻遏遏型型操操纵纵子子是是合合成成代代谢谢途途径径的的操操纵纵子子，阻阻遏遏蛋蛋白白必必须须与与辅辅阻阻遏遏物物(终终产产物物)结结合合之之后，才变活化与操纵基因结合，阻止结构基因转录。后，才变活化与操纵基因结合，阻止结构基因转录。大大肠肠杆杆菌菌乳乳糖糖操操纵纵子子为为合合成成乳乳糖糖分分解解代代谢谢的的酶酶类类，由由启启动动基基因因P，操操纵纵基基因因O和和z、y、a三三个个结结构构基基因因组组成成。结结构构基基因因z编编码码水水解解乳乳糖糖的的-半半乳乳

29、糖糖苷苷酶酶，y编编码码与与乳乳糖糖吸吸收收有有关关的的透透性性酶酶，a基基因因编编码码转转乙乙酰酰基基酶酶，此此反反应应的的生生理理功能尚不清楚。功能尚不清楚。第24页，此课件共39页哦大肠杆菌乳糖操纵子模型大肠杆菌乳糖操纵子模型iPOzya阻遏物亚阻遏物亚基基阻遏物四聚体阻遏物四聚体RNA聚合酶聚合酶转录转录mRNA翻译翻译阻遏物四聚体与操纵基阻遏物四聚体与操纵基因结合，因结合，RNA聚合酶不聚合酶不能转录结构基因能转录结构基因第25页，此课件共39页哦大肠杆菌乳糖操纵子的诱导机制大肠杆菌乳糖操纵子的诱导机制阻遏物阻遏物亚基亚基转录转录mRNA翻译翻译阻遏物阻遏物四聚体四聚体诱导物诱导物m

30、RNA半乳糖半乳糖苷酶苷酶透过酶透过酶转乙转乙酰酶酰酶iPOzyaCRPRNA聚合酶聚合酶第26页，此课件共39页哦2)2)降解物阻遏降解物阻遏 当当细细菌菌在在同同时时含含有有葡葡萄萄糖糖和和乳乳糖糖的的培培养养基基中中生生长长时时，优优先先利利用用葡葡萄萄糖糖，当当葡葡萄萄糖糖耗耗尽尽后后，细细菌菌才才能能利利用用乳乳糖糖。这这是是由由于于一一些些分分解解代代谢谢的的酶酶类类受受葡葡萄萄糖糖降降解解物物的的影影响响而而停停止止合合成成，称称为为降降解解物物阻阻遏遏。分分解解葡葡萄萄糖糖的的酶酶是是组组成成酶酶，有葡萄糖时不需分解其他糖的酶类。有葡萄糖时不需分解其他糖的酶类。调调节节基基因因

31、的的产产物物为为环环腺腺苷苷酸酸受受体体蛋蛋白白(CRP)，当当CRP与与cAMP结结合合后后被被活活化化，并并结结合合于于分分解解代代谢谢酶酶类类操操纵纵子子的的一一定定部部位位，促促进进转转录录。葡葡萄萄糖糖降降解解物物能能抑抑制制腺腺苷苷酸酸环环化化酶酶活活性性并并活活化化磷磷酸酸二二酯酯酶酶，降降低低cAMP浓浓度度，使使许许多多分分解解代代谢谢酶酶的的基因不能转录。基因不能转录。第27页，此课件共39页哦3)合成途经操纵子的衰减作用合成途经操纵子的衰减作用 生生物物合合成成途途经经的的操操纵纵子子通通常常借借助助阻阻遏遏作作用用来来调调节节相相关关酶酶类类的的合合成成。象象氨氨基基酸

32、酸、核核苷苷酸酸等等素素材材性性生生物物合合成成,是是细细胞胞内内需需要要持持续续进进行行的的代代谢谢活活动动。有有关关酶酶合合成成体体系系(阻阻遏遏型型操操纵纵子子)经常处于工作状态。经常处于工作状态。大大肠肠杆杆菌菌色色氨氨酸酸操操纵纵子子由由操操纵纵基基因因O、起起动动基基因因P和和5个个结结构构基基因因A、B、C、D、E 组组成成。在在远远离离操操纵纵子子处处的的调调节节基基因因R，编编码码4个个亚亚基基组组成成的的阻阻遏遏蛋蛋白白。当当细细胞胞中中缺缺色色氨氨酸酸时时，阻阻遏遏蛋蛋白白无无活活性性不不能能与与操操纵纵基基因因O结结合合，操操纵纵子子处处于于工工作作状状态态。当当细细胞

33、胞中中色色氨氨酸酸积积累累到到一一定定浓浓度度时时，作作为为辅辅阻阻遏遏物物使使阻阻遏遏蛋蛋白白变变构构成成活活性性构构象象，与与操操纵纵基基因因结结合合，停停止止转录。转录。第28页，此课件共39页哦 细细胞胞中中无无色色氨氨酸酸时时，阻阻遏遏蛋蛋白白无无活活性性，不不能能与与操操纵基因结合。纵基因结合。RNA聚合酶转录结构基因。聚合酶转录结构基因。色氨酸操纵子的阻遏机制色氨酸操纵子的阻遏机制酶蛋白酶蛋白mRNARNA聚合酶聚合酶POA B C D E阻遏蛋白阻遏蛋白 调节基因调节基因R第29页，此课件共39页哦 细细胞胞中中有有色色氨氨酸酸时时，激激活活阻阻遏遏蛋蛋白白并并与与操操纵纵基基

34、因因结结合合，RNA聚合酶不能转录结构基因。聚合酶不能转录结构基因。色色氨氨酸酸操操纵纵子子的的阻阻遏遏调调控控机机理理是是靠靠阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操纵纵基基因因结结合合产产生生的的位位阻阻效效应应，阻阻止止了了RNA聚聚合合酶酶的的转转录录，在在起起始始位位点点上上进进行行调调控控，是是以以代代谢谢终终产产物物作作为为调调节节因因子子阻遏酶合成的基本调节方式之一。阻遏酶合成的基本调节方式之一。阻遏蛋白阻遏蛋白辅阻遏物辅阻遏物(色氨酸色氨酸)活化阻遏物活化阻遏物第30页，此课件共39页哦 在在色色氨氨酸酸操操纵纵子子的的操操纵纵基基因因O与与第第一一个个结结构构基基因因E之之间间还还有有一一

35、段段由由162bp组组成成的的DNA序序列列，称称为为前前导导区区。野野生生型型大大肠肠杆杆菌菌色色氨氨酸酸操操纵纵子子在在转转录录开开始始后后，约约有有80%90%的的RNA多多聚聚酶酶在在没没有有到到达达结结构构基基因因之之前前就就在在前前导导区区停停止止了了，产产生生约约140个个核核苷苷酸酸的的RNA片片段段。前前导导区区某某些些碱碱基基缺缺失失突突变变株株，转转录录功功能能却却大大大大增增强强。前前导导区区具具有有终终止止或或减减弱弱转转录录功功能能的的调调节节机机制制，即即衰衰减减作作用用。使使转转录录产产生生衰衰减减作作用用的的结结构构基基础础是是衰衰减减子子。衰衰减减子子是是在

36、在结结构构基基因因之之前前，位于前导区内，能使转录终止的位于前导区内，能使转录终止的DNA序列。序列。第31页，此课件共39页哦2 真核生物基因表达的调节真核生物基因表达的调节 真真核核细细胞胞基基因因表表达达的的调调控控比比较较复复杂杂。真真核核细细胞胞的的基基因因不不组组成成操操纵纵子子，一一条条代代谢谢途途径径的的结结构构基基因因常常常常分分布布在在多多个个染染色色体体上上。即即使使几几个个结结构构基基因因连连接接在在一一起起并并受受同同一一调调节节基基因因产产物物的的调调控控，也也不不形形成成多多顺顺反反子子mRNA。真真核核基基因因表表达达过过程程中中的的转转录录和和翻翻译译在在空空

37、间间和和时时间间上上都都不不同同步步，各各自自独独立立，自自成成体体系系。真真核核基基因因表表达达可可在在转转录录前前，转转录录过过程程，转转录录后后加加工工，翻翻译译，翻翻译译后后加加工工等等多多种水平上进行调控。种水平上进行调控。第32页，此课件共39页哦 转转录录活活性性的的调调控控是是真真核核基基因因表表达达的的主主要要调调节节环环节节。激激素素可可诱诱发发某某些些基基因因的的表表达达，促促进进转转录录。真真核核细细胞胞DNA上上转转录录起起始始点点上上游游有有与与基基因因表表达达调调节节有有关关的的特特异异序序列列，称称为为顺顺式式作作用用元元件件，主主要要有有：启启动动子子、增增强

38、强子子和和沉沉默默子子。能能直直接接或或间间接接识识别别、结结合合转转录录上上游游DNA这这些些区区段段的的蛋蛋白白质质称称为为反反式式作作用用因因子子，又又称称转转录录因因子子(TF)，是是识识别别、结结合合顺顺式式作作用用元元件件的的特特异异蛋蛋白白质质。调调控控作作用用主主要要是是反反式式作作用用因因子子与与顺式作用元件结合后影响转录的起始。顺式作用元件结合后影响转录的起始。1)转录水平的调节转录水平的调节第33页，此课件共39页哦2)RNA加工和剪接的调节加工和剪接的调节加工和剪接的调节加工和剪接的调节 真真核核生生物物的的mRNA前前体体加加工工过过程程分分3个个步步骤骤：在在新新生

39、生的的mRNA前前体体5 端端加加一一个个甲甲基基化化的的鸟鸟苷苷酸酸(m7GpppN)帽帽子子。当当RNA聚聚合合酶酶转转录录至至终终止止信信号号处处由由特特异异的的内内切切酶酶将将RNA链链切切下下，然然后后在在3 端端加加上上一一段段多多聚聚腺腺苷苷酸酸(polyA)尾尾巴巴。将将mRNA前前体体的的内内含含子子切切去去，并并使使外外显显子子重重新新连接，称为剪接。连接，称为剪接。此此外外，mRNA内内部部还还可可发发生生甲甲基基化化，生生成成6-甲甲基基腺腺嘌嘌呤呤(m6A)；在某些特殊情况下；在某些特殊情况下mRNA还能改变序列还能改变序列(编辑编辑)。第34页，此课件共39页哦 m

40、RNA前前体体通通过过不不同同的的剪剪接接途途经经可可产产生生不不同同的的mRNA，经经翻翻译译后后得得到到不不同同的的蛋蛋白白质质，有有时时得得到到数数目目不不等等的的异异型型体体。异异型型体体的的产产生生是是由由于于剪剪接接点点的的改改变变所所致致。有有组组成成型型和和调调节节型型两两类类选选择择剪剪接接：组组成成型型选选择择剪剪接接同同时时产产生生各各种种异异型型体体蛋蛋白白；调调节节型型选选择择剪剪接接则则随随时时间间、条条件件、细细胞胞或或组组织织的的不不同而产生不同的产物。同而产生不同的产物。调调节节型型选选择择剪剪接接受受激激活活蛋蛋白白和和抑抑制制蛋蛋白白的的调调节节。剪剪接接

41、激激活活蛋蛋白白结结合合的的位位点点称称为为剪剪接接增增强强子子，抑抑制制蛋蛋白白结结合合的的位位点点称称为为剪剪接接沉沉默默子子。由由于于剪剪接接点点的的不不同同，加加上上不不同同的的编编辑辑和再编码，可得到不同的和再编码，可得到不同的mRNA。第35页，此课件共39页哦3)3)翻译水平的调节翻译水平的调节翻译水平的调节翻译水平的调节 真真核核生生物物在在翻翻译译水水平平上上的的调调节节，与与mRNA的的稳稳定定性性和和运运输输、有有选选择择性性的的翻翻译译有有关关。mRNA的的帽帽子子和和尾尾巴巴都都有有利利于于其其稳稳定定，mRNA在在完完成成加加帽帽、剪剪接接和和加加尾尾等等加加工工过

42、过程程后后才才被被载载体体蛋蛋白白运运到到细细胞胞质质。5 端端和和3 端端非非编编码码区区的的序序列列对对mRNA的的稳稳定定性性和和翻翻译译效效率率起起重重要要调调控控作作用用，有有些些mRNA寿寿命命很很短短，有有些些比较稳定。比较稳定。第36页，此课件共39页哦4)4)翻译后加工过程的调节翻译后加工过程的调节翻译后加工过程的调节翻译后加工过程的调节 多多肽肽链链合合成成后后需需经经过过一一系系列列加加工工与与折折叠叠才才能能成成为为有有活活性性的的蛋蛋白白质质。某某些些翻翻译译产产物物经经不不同同的的加加工工过过程程可可形形成不同的活性产物。成不同的活性产物。某某些些蛋蛋白白质质和和R

43、NA一一样样可可发发生生剪剪接接，即即有有些些序序列列在在相相应应核核酸酸中中存存在在，但但在在蛋蛋白白质质中中不不存存在在。在在成成熟熟蛋蛋白白质质中中保保留留的的序序列列称称为为外外显显肽肽，在在剪剪接接中中除除去去的的序序列列称称为为内内含含肽肽。许许多多内内含含肽肽有有两两个个特特殊殊功功能能：催催化化自自身身的的剪剪接接和和靶向核酸内切酶。靶向核酸内切酶。第37页，此课件共39页哦5)5)蛋白质降解的调节蛋白质降解的调节 泛泛素素是是由由76个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成，广广泛泛存存在在于于真真核核生生物物，在在进进化化上上高高度度保保守守，不不同同物物种种间间最最多多只只有有3

44、个个残残基基的的差差别别。一一个个泛泛素素分分子子的的C端端羧羧基基可可与与另另一一泛泛素素分分子子Lys48的的-氨氨基基连连接接，从从而而串串联联形形成成长长链链。单单个个至至23个个泛泛素素分分子子连连在在蛋蛋白白质质底底物物上上，给给出出的的待待降降解解信信号号较较弱弱，4个个以以上上泛泛素素链链可可给给出出较较强强的的信信号号。带带有有泛泛素素标标记记的的蛋白质即被蛋白酶体所消化。蛋白质即被蛋白酶体所消化。第38页，此课件共39页哦提 要细细胞胞代代谢谢包包括括物物质质代代谢谢、能能量量代代谢谢和和信信息息代代谢谢3个个方方面面。生生物物体体内内的的新新陈陈代代谢谢是是一一个个完完整整统统一一的的过过程程。各代谢之间相互联系、彼此协调。各代谢之间相互联系、彼此协调。细胞内的代谢，根据其生理意义可分为细胞内的代谢，根据其生理意义可分为3类：类：碳源分解体系碳源分解体系 素材型生物合成体系素材型生物合成体系 生物大分子合成体系生物大分子合成体系第39页，此课件共39页哦