物质代谢途径的关系与调控.ppt

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1、第二篇第二篇 代谢篇代谢篇第第1111章章 物质代谢途经物质代谢途经 的相互关系与调控的相互关系与调控 11.1 11.1 11.1 11.1 物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系物质代谢的相互关系 一、糖类代谢、脂类代谢、蛋白质代谢、核酸代谢的相互关系一、糖类代谢、脂类代谢、蛋白质代谢、核酸代谢的相互关系一、糖类代谢、脂类代谢、蛋白质代谢、核酸代谢的相互关系一、糖类代谢、脂类代谢、蛋白质代谢、核酸代谢的相互关系 糖代谢为蛋白质的合成提供糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：碳源和能源：如糖分解过程中可如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生循环产

2、生 酮戊二酸和草酰乙酸，酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。如：多数蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经糖原异生糖原异生作用可生成糖，这类作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。氨基酸称为生糖氨基酸。糖代谢与蛋白质代谢的关系糖代谢与蛋白质代谢的关系 脂类分解过程中产生较多的能量，可作

3、为体内贮藏能量的物脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体内贮藏能量的物质。质。脂类与蛋白质之间可以相互转化：脂类与蛋白质之间可以相互转化：脂类分子中的甘油脂类分子中的甘油 丙酮酸丙酮酸 脂肪酸脂肪酸草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质脂类代谢与蛋白质代谢的关系脂类代谢与蛋白质代谢的关系乙酰辅酶乙酰辅酶A A 氧化氧化TCATCA循环循环草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸 苹果酸苹果酸 氨基酸氨基酸琥珀酸琥珀酸乙醛酸循环乙醛酸循环甘油甘油生酮氨基酸生酮氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸乙酰乙酸脂肪酸脂肪酸丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A丙二酸单酰丙二酸单酰辅酶辅酶A A脂

4、肪脂肪 糖与脂类物质也能相互转变：糖与脂类物质也能相互转变：磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙酮酸丙酮酸甘油甘油乙酰辅酶乙酰辅酶A A脂肪酸脂肪酸脂类脂类甘油甘油 甘油磷酸甘油磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖糖脂肪酸脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A琥珀酸琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸 氧化氧化乙醛酸循环乙醛酸循环TCATCACOCO2 2+H+H2 2O O糖代谢与脂类代谢的关系糖代谢与脂类代谢的关系糖糖核酸核酸核苷酸核苷酸ATPATPUTPUTPCTPCTPGTPGTP能量和磷酸基团的供应能量和磷酸基团的供应单糖的转变和多糖的合成单糖的转变和多糖的合成参与卵磷脂的合成参与卵磷脂的合成给蛋白质合成提供能

5、量给蛋白质合成提供能量AMP辅酶、组氨酸等Gly、Asp、Gln嘌呤、嘧啶嘌呤、嘧啶蛋白酶蛋白酶核苷酸、核酸的合成核苷酸、核酸的合成蛋白因子蛋白因子核苷酸、核酸的合成核苷酸、核酸的合成核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系二、代谢的调节控制二、代谢的调节控制二、代谢的调节控制二、代谢的调节控制 高等动物就有高等动物就有高等动物就有高等动物就有4 4个水平上的调节方式：个水平上的调节方式：个水平上的调节方式：个水平上的调节方式：酶水平、细胞水平、激素水平和神经水平酶水平、细胞水平、激素水平和神经水平酶水平、细胞水平、激素水平和神经水平酶水平、细胞水平、激素水平和

6、神经水平。对简单的单细胞生物，只能通过酶水平和细胞水平来调节细胞内的代谢。对简单的单细胞生物，只能通过酶水平和细胞水平来调节细胞内的代谢。对简单的单细胞生物，只能通过酶水平和细胞水平来调节细胞内的代谢。对简单的单细胞生物，只能通过酶水平和细胞水平来调节细胞内的代谢。在动物和植物体内，则出现激素调节机制，能使不同组织细胞内的代谢彼在动物和植物体内，则出现激素调节机制，能使不同组织细胞内的代谢彼在动物和植物体内，则出现激素调节机制，能使不同组织细胞内的代谢彼在动物和植物体内，则出现激素调节机制，能使不同组织细胞内的代谢彼此协调。在高等动物则有完善的神经系统和传感器官，能感知周围环境的此协调。在高等

7、动物则有完善的神经系统和传感器官，能感知周围环境的此协调。在高等动物则有完善的神经系统和传感器官，能感知周围环境的此协调。在高等动物则有完善的神经系统和传感器官，能感知周围环境的变化，并通过神经传递至大脑，大脑对得到的信息进行分析处理后发出指变化，并通过神经传递至大脑，大脑对得到的信息进行分析处理后发出指变化，并通过神经传递至大脑，大脑对得到的信息进行分析处理后发出指变化，并通过神经传递至大脑，大脑对得到的信息进行分析处理后发出指令至相应的细胞或激素分泌系统，从而进一步控制细胞内的代谢反应。神令至相应的细胞或激素分泌系统，从而进一步控制细胞内的代谢反应。神令至相应的细胞或激素分泌系统，从而进一

8、步控制细胞内的代谢反应。神令至相应的细胞或激素分泌系统，从而进一步控制细胞内的代谢反应。神经水平的调节被认为是最高水平的调节。经水平的调节被认为是最高水平的调节。经水平的调节被认为是最高水平的调节。经水平的调节被认为是最高水平的调节。细胞水平调节是最基本的调节，是从单细胞生物到高等生物都具备的细胞水平调节是最基本的调节，是从单细胞生物到高等生物都具备的细胞水平调节是最基本的调节，是从单细胞生物到高等生物都具备的细胞水平调节是最基本的调节，是从单细胞生物到高等生物都具备的调节方式。细胞水平的调节涉及调节方式。细胞水平的调节涉及调节方式。细胞水平的调节涉及调节方式。细胞水平的调节涉及3 3个方面：

9、个方面：个方面：个方面：基因表达调控、酶活性调控和基因表达调控、酶活性调控和基因表达调控、酶活性调控和基因表达调控、酶活性调控和酶的区域化定位酶的区域化定位酶的区域化定位酶的区域化定位。（一）酶的区域化定位（一）酶的区域化定位（一）酶的区域化定位（一）酶的区域化定位细胞细胞细胞细胞器器器器酶酶酶酶 系系系系细胞核DNA复制、RNA的合成和加工的酶细胞质糖酵解、磷酸戊糖途径、糖原合成与分解、糖异生、脂肪酸的合成、氨基酸，核苷酸合成、蛋白质合成线粒体氧化磷酸化、三羧酸循环、氧化、转氨基作用、谷氨酸脱氢酶、脂肪酸碳链延长、单胺氧化酶内质网蛋白质合成与加工、黏多糖、磷脂、糖脂、糖蛋白、胆固醇的合成质

10、膜ATP酶、腺苷酸环化酶等溶酶体水解酶类、氧化酶、过氧化物酶真核细胞内各代谢途径的酶定位真核细胞内各代谢途径的酶定位真核细胞内各代谢途径的酶定位真核细胞内各代谢途径的酶定位线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循环酸循环;-氧化氧化;呼吸链电呼吸链电子传递子传递;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷戊糖磷戊糖途径途径;糖原合成糖原合成;脂肪脂肪酸合成酸合成;细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网内质网:蛋白质蛋白质合成合成;磷脂合成磷脂合成（二）酶活性的调节（二）酶活性的调节（二）酶活性的调节（二）酶活性的调节 酶活性调节主要包括酶活性调节主要包括酶活性调节主要包括酶活性调节主

11、要包括酶原激活、共价修饰、变构调节及酶酶原激活、共价修饰、变构调节及酶酶原激活、共价修饰、变构调节及酶酶原激活、共价修饰、变构调节及酶的聚合与解聚调节的聚合与解聚调节的聚合与解聚调节的聚合与解聚调节等。等。等。等。1 1、酶原激活、酶原激活、酶原激活、酶原激活 酶原是对机体自身保护的一种酶形式，又是一种酶的贮存形式，多酶原是对机体自身保护的一种酶形式，又是一种酶的贮存形式，多酶原是对机体自身保护的一种酶形式，又是一种酶的贮存形式，多酶原是对机体自身保护的一种酶形式，又是一种酶的贮存形式，多见于动物进行食物消化的酶类，当机体代谢需要时，酶原被运输分泌见于动物进行食物消化的酶类，当机体代谢需要时，

12、酶原被运输分泌见于动物进行食物消化的酶类，当机体代谢需要时，酶原被运输分泌见于动物进行食物消化的酶类，当机体代谢需要时，酶原被运输分泌至适当的部位激活后发挥催化活性。至适当的部位激活后发挥催化活性。至适当的部位激活后发挥催化活性。至适当的部位激活后发挥催化活性。1 13 14 15 16 146 149 2451 13 14 15 16 146 149 2451 13 14 15 16 146 149 24514 15147 148Pro-CT-CT-CT A B CSSSSSSSS胰凝乳蛋白酶原的激活胰蛋白酶原的激活酶原激活遵循的原则酶原激活遵循的原则酶原激活遵循的原则酶原激活遵循的原则活化

13、过程涉及选择性的水解，活化过程涉及选择性的水解，活化过程涉及选择性的水解，活化过程涉及选择性的水解，在某些情况下只进行一次水解剪切。在某些情况下只进行一次水解剪切。在某些情况下只进行一次水解剪切。在某些情况下只进行一次水解剪切。多肽链产物可能分离，也可能保留在成熟的蛋白质中。多肽链产物可能分离，也可能保留在成熟的蛋白质中。多肽链产物可能分离，也可能保留在成熟的蛋白质中。多肽链产物可能分离，也可能保留在成熟的蛋白质中。此过程可能由于分子量的显著变化而引起注意。此过程可能由于分子量的显著变化而引起注意。此过程可能由于分子量的显著变化而引起注意。此过程可能由于分子量的显著变化而引起注意。选择性水解的

14、主要后果是新构象的形成，尤其是酶活性部位的形成。选择性水解的主要后果是新构象的形成，尤其是酶活性部位的形成。选择性水解的主要后果是新构象的形成，尤其是酶活性部位的形成。选择性水解的主要后果是新构象的形成，尤其是酶活性部位的形成。2 2、酶的反馈调节、酶的反馈调节、酶的反馈调节、酶的反馈调节 生物体内的反馈调节：生物体内的反馈调节：生物体内的反馈调节：生物体内的反馈调节：是指反应系统中的产物或终产物对反是指反应系统中的产物或终产物对反是指反应系统中的产物或终产物对反是指反应系统中的产物或终产物对反应系列前面酶的影响作用。应系列前面酶的影响作用。应系列前面酶的影响作用。应系列前面酶的影响作用。反馈

15、调节反馈调节反馈调节反馈调节反馈抑制反馈抑制反馈抑制反馈抑制：多存在于合成代谢反应中。多存在于合成代谢反应中。多存在于合成代谢反应中。多存在于合成代谢反应中。前馈激活前馈激活前馈激活前馈激活：主要存在于分解代谢反应中。主要存在于分解代谢反应中。主要存在于分解代谢反应中。主要存在于分解代谢反应中。（1 1）反馈抑制）反馈抑制）反馈抑制）反馈抑制 反馈抑制反馈抑制反馈抑制反馈抑制是指在序列反应中终产物对反应序列前头的酶是指在序列反应中终产物对反应序列前头的酶是指在序列反应中终产物对反应序列前头的酶是指在序列反应中终产物对反应序列前头的酶的抑制作用，从而使整个代谢反应速度降低，降低或抑制终产物的抑制

16、作用，从而使整个代谢反应速度降低，降低或抑制终产物的抑制作用，从而使整个代谢反应速度降低，降低或抑制终产物的抑制作用，从而使整个代谢反应速度降低，降低或抑制终产物生成速度。生成速度。生成速度。生成速度。受反馈抑制的酶一般为受反馈抑制的酶一般为受反馈抑制的酶一般为受反馈抑制的酶一般为别构酶别构酶别构酶别构酶。单价反馈抑制单价反馈抑制单价反馈抑制单价反馈抑制 在不分支的线性代谢途径中，一种末端产物就能起到反馈抑制在不分支的线性代谢途径中，一种末端产物就能起到反馈抑制在不分支的线性代谢途径中，一种末端产物就能起到反馈抑制在不分支的线性代谢途径中，一种末端产物就能起到反馈抑制作用，称作用，称作用，称作

17、用，称单价反馈抑制单价反馈抑制单价反馈抑制单价反馈抑制。二价或多价反馈抑制二价或多价反馈抑制二价或多价反馈抑制二价或多价反馈抑制 在分支代谢途径中，会出现几个本端产物，限速酶活性可受两种在分支代谢途径中，会出现几个本端产物，限速酶活性可受两种在分支代谢途径中，会出现几个本端产物，限速酶活性可受两种在分支代谢途径中，会出现几个本端产物，限速酶活性可受两种或两种以上末端产物的抑制，这种情况称为或两种以上末端产物的抑制，这种情况称为或两种以上末端产物的抑制，这种情况称为或两种以上末端产物的抑制，这种情况称为二价或多价反馈抑制二价或多价反馈抑制二价或多价反馈抑制二价或多价反馈抑制。主要有主要有主要有主

18、要有4 4 4 4种抑制机理种抑制机理种抑制机理种抑制机理 ：顺序反馈抑制、协同反馈抑制、累积反馈顺序反馈抑制、协同反馈抑制、累积反馈顺序反馈抑制、协同反馈抑制、累积反馈顺序反馈抑制、协同反馈抑制、累积反馈抑制、同工酶反馈抑制。抑制、同工酶反馈抑制。抑制、同工酶反馈抑制。抑制、同工酶反馈抑制。（2 2）前馈激活）前馈激活）前馈激活）前馈激活 前馈激活前馈激活前馈激活前馈激活是指在一序列反应中，前面的代谢物对后面的酶的激活作用，结果促进是指在一序列反应中，前面的代谢物对后面的酶的激活作用，结果促进是指在一序列反应中，前面的代谢物对后面的酶的激活作用，结果促进是指在一序列反应中，前面的代谢物对后面

19、的酶的激活作用，结果促进了代谢反应的进行。了代谢反应的进行。了代谢反应的进行。了代谢反应的进行。葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖6 6-磷酸磷酸磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖1 1-磷酸磷酸磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖UTPppiUTP-GUTP-G糖原糖原糖原糖原糖原合成酶糖原合成酶糖原合成酶糖原合成酶 6一磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活 S0SnS2S1E0E1En-1或或+反馈反馈或或+前馈前馈3 3、酶分子解离与聚合调节、酶分子解离与聚合调节、酶分子解离与聚合调节、酶分子解离与聚合调节 一些寡聚酶通过亚基的聚合与解聚而表现出催化活性的不同，从一些寡聚酶通过亚基的聚合与解聚而表现出催化活性

20、的不同，从一些寡聚酶通过亚基的聚合与解聚而表现出催化活性的不同，从一些寡聚酶通过亚基的聚合与解聚而表现出催化活性的不同，从而起到调节代谢的作用。而起到调节代谢的作用。而起到调节代谢的作用。而起到调节代谢的作用。如碱性磷酸酶的两个亚基聚合时表现催化活性，而亚基离解时则发如碱性磷酸酶的两个亚基聚合时表现催化活性，而亚基离解时则发如碱性磷酸酶的两个亚基聚合时表现催化活性，而亚基离解时则发如碱性磷酸酶的两个亚基聚合时表现催化活性，而亚基离解时则发生构象变化而不表现活性。又如乙酸生构象变化而不表现活性。又如乙酸生构象变化而不表现活性。又如乙酸生构象变化而不表现活性。又如乙酸CoACoA羧化酶在有柠檬酸盐

21、存在时羧化酶在有柠檬酸盐存在时羧化酶在有柠檬酸盐存在时羧化酶在有柠檬酸盐存在时，其，其，其，其2020个单体聚集，表现出催化活性，当去除柠檬酸盐或加入丙二个单体聚集，表现出催化活性，当去除柠檬酸盐或加入丙二个单体聚集，表现出催化活性，当去除柠檬酸盐或加入丙二个单体聚集，表现出催化活性，当去除柠檬酸盐或加入丙二酰酰酰酰CoACoA和软脂酸和软脂酸和软脂酸和软脂酸CoACoA时，则引起单体解聚，表现出活力的下降。还有时，则引起单体解聚，表现出活力的下降。还有时，则引起单体解聚，表现出活力的下降。还有时，则引起单体解聚，表现出活力的下降。还有一些酶，单体聚集时不表现活力，而解聚时则表现活力，如一些酶

22、，单体聚集时不表现活力，而解聚时则表现活力，如一些酶，单体聚集时不表现活力，而解聚时则表现活力，如一些酶，单体聚集时不表现活力，而解聚时则表现活力，如cAMPcAMP与与与与蛋白激酶的调节亚基结合后，使构象改变而解离出催化亚基表现催化蛋白激酶的调节亚基结合后，使构象改变而解离出催化亚基表现催化蛋白激酶的调节亚基结合后，使构象改变而解离出催化亚基表现催化蛋白激酶的调节亚基结合后，使构象改变而解离出催化亚基表现催化活性，当催化亚基与调节亚基聚集时，则无催化活性。活性，当催化亚基与调节亚基聚集时，则无催化活性。活性，当催化亚基与调节亚基聚集时，则无催化活性。活性，当催化亚基与调节亚基聚集时，则无催化

23、活性。4 4、共价修饰与级联放大、共价修饰与级联放大、共价修饰与级联放大、共价修饰与级联放大共价修饰共价修饰共价修饰共价修饰有些酶分子肽链上的某些基团，通过共价联结或脱有些酶分子肽链上的某些基团，通过共价联结或脱有些酶分子肽链上的某些基团，通过共价联结或脱有些酶分子肽链上的某些基团，通过共价联结或脱去一个基团从而改变酶的活性，基团的联结或脱去是通过另外的去一个基团从而改变酶的活性，基团的联结或脱去是通过另外的去一个基团从而改变酶的活性，基团的联结或脱去是通过另外的去一个基团从而改变酶的活性，基团的联结或脱去是通过另外的酶的催化而实现的，酶活性的这种调节方式称为共价修饰酶的催化而实现的，酶活性的

24、这种调节方式称为共价修饰酶的催化而实现的，酶活性的这种调节方式称为共价修饰酶的催化而实现的，酶活性的这种调节方式称为共价修饰 。常见的修饰方式有以下几种：常见的修饰方式有以下几种：常见的修饰方式有以下几种：常见的修饰方式有以下几种：磷酸化磷酸化磷酸化磷酸化/去磷酸化、乙酰化去磷酸化、乙酰化去磷酸化、乙酰化去磷酸化、乙酰化/去乙酰化、腺苷酰化去乙酰化、腺苷酰化去乙酰化、腺苷酰化去乙酰化、腺苷酰化/去腺苷酰化、去腺苷酰化、去腺苷酰化、去腺苷酰化、尿苷酰化去尿苷酰化、甲基化尿苷酰化去尿苷酰化、甲基化尿苷酰化去尿苷酰化、甲基化尿苷酰化去尿苷酰化、甲基化/去甲基化去甲基化去甲基化去甲基化。级级级级联联联

25、联系系系系统统统统 5 5、辅因子的调节、辅因子的调节、辅因子的调节、辅因子的调节 (1)(1)能荷的调节能荷的调节能荷的调节能荷的调节 能荷能荷能荷能荷是指细胞内是指细胞内是指细胞内是指细胞内 ATP ATP、ADP ADP、AMP AMP相对浓度关系，相对浓度关系，相对浓度关系，相对浓度关系，它们的相对含量影响糖酵解和三羧循环中关键酶的活性。能荷同样它们的相对含量影响糖酵解和三羧循环中关键酶的活性。能荷同样它们的相对含量影响糖酵解和三羧循环中关键酶的活性。能荷同样它们的相对含量影响糖酵解和三羧循环中关键酶的活性。能荷同样可以调节能量代谢反应氧化磷酸化的强度。可以调节能量代谢反应氧化磷酸化的

26、强度。可以调节能量代谢反应氧化磷酸化的强度。可以调节能量代谢反应氧化磷酸化的强度。(2)NAD (2)NAD+NADHNADH对代谢的调节对代谢的调节对代谢的调节对代谢的调节 NAD NAD+和和和和NADHNADH在细胞内参与能量代谢和氧化还原反应。在细胞内参与能量代谢和氧化还原反应。在细胞内参与能量代谢和氧化还原反应。在细胞内参与能量代谢和氧化还原反应。NAD NAD+NADHNADH的比值变化可影响代谢速度。的比值变化可影响代谢速度。的比值变化可影响代谢速度。的比值变化可影响代谢速度。三、基因表达调控三、基因表达调控三、基因表达调控三、基因表达调控 对于基因编码产物蛋白质分子来说，至少有

27、以下几个环节可调对于基因编码产物蛋白质分子来说，至少有以下几个环节可调对于基因编码产物蛋白质分子来说，至少有以下几个环节可调对于基因编码产物蛋白质分子来说，至少有以下几个环节可调节蛋白质在细胞内的浓度：节蛋白质在细胞内的浓度：节蛋白质在细胞内的浓度：节蛋白质在细胞内的浓度：基因激活、转录起始、转录后加工、基因激活、转录起始、转录后加工、基因激活、转录起始、转录后加工、基因激活、转录起始、转录后加工、mRNAmRNA降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解等，任

28、等，任等，任等，任何一个环节的异常均会影响基因的表达水平。因此，基因表达调何一个环节的异常均会影响基因的表达水平。因此，基因表达调何一个环节的异常均会影响基因的表达水平。因此，基因表达调何一个环节的异常均会影响基因的表达水平。因此，基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件，其中控是在多级水平上进行的复杂事件，其中控是在多级水平上进行的复杂事件，其中控是在多级水平上进行的复杂事件，其中转录起始是最基本的基转录起始是最基本的基转录起始是最基本的基转录起始是最基本的基因表达控制点。因表达控制点。因表达控制点。因表达控制点。(一）原核生物的基因表达调控一）原核生物的基因表达调控一）原核生物的基因表达调

29、控一）原核生物的基因表达调控 20 20 20 20世纪初，发现酶的世纪初，发现酶的世纪初，发现酶的世纪初，发现酶的诱导现象和诱导酶、阻遏作用和阻遏酶诱导现象和诱导酶、阻遏作用和阻遏酶诱导现象和诱导酶、阻遏作用和阻遏酶诱导现象和诱导酶、阻遏作用和阻遏酶 。酶的诱导现象酶的诱导现象酶的诱导现象酶的诱导现象由于底物存在而导致作用于该底物的酶合成的现象称酶的诱导。由于底物存在而导致作用于该底物的酶合成的现象称酶的诱导。由于底物存在而导致作用于该底物的酶合成的现象称酶的诱导。由于底物存在而导致作用于该底物的酶合成的现象称酶的诱导。诱导酶诱导酶诱导酶诱导酶经诱导作用产生的酶称诱导酶。经诱导作用产生的酶称

30、诱导酶。经诱导作用产生的酶称诱导酶。经诱导作用产生的酶称诱导酶。阻遏作用、阻遏酶阻遏作用、阻遏酶阻遏作用、阻遏酶阻遏作用、阻遏酶 产物阻遏酶合成的现象称为阻遏作用，这种酶称为阻遏酶产物阻遏酶合成的现象称为阻遏作用，这种酶称为阻遏酶产物阻遏酶合成的现象称为阻遏作用，这种酶称为阻遏酶产物阻遏酶合成的现象称为阻遏作用，这种酶称为阻遏酶 。1961196119611961年，年，年，年，Monod Monod Monod Monod 和和和和 Jacob Jacob Jacob Jacob提出提出提出提出操纵子模型操纵子模型操纵子模型操纵子模型（operon model)operon model)op

31、eron model)operon model)，成功解释了酶的诱导与，成功解释了酶的诱导与，成功解释了酶的诱导与，成功解释了酶的诱导与阻遏。并于阻遏。并于阻遏。并于阻遏。并于1965196519651965年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。操纵子操纵子操纵子操纵子即为即为即为即为 DNA DNA DNA DNA上控制蛋白质合成的一个功能单位，它包括上控制蛋白质合成的一个功能单位，它包括上控制蛋白质合成的一个功能单位，它包括上控制蛋白质合成的一个功能单位，它包括结构基因结构基因结构基因结构基因和和和和一个蛋白质合成一个蛋白质合成一个蛋白质合成一个蛋白质合成控制部位

32、控制部位控制部位控制部位，后者由，后者由，后者由，后者由操纵基因（操纵基因（操纵基因（操纵基因（OOOO）和和和和启动子（启动子（启动子（启动子（P P P P）组成。结构基因表达一种或功能相关的几种组成。结构基因表达一种或功能相关的几种组成。结构基因表达一种或功能相关的几种组成。结构基因表达一种或功能相关的几种蛋白，控制部位一般位于结构基因上游，操纵子中的控制部位可接受调节基因产物的调节。蛋白，控制部位一般位于结构基因上游，操纵子中的控制部位可接受调节基因产物的调节。蛋白，控制部位一般位于结构基因上游，操纵子中的控制部位可接受调节基因产物的调节。蛋白，控制部位一般位于结构基因上游，操纵子中的

33、控制部位可接受调节基因产物的调节。ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因 1 1 1 1乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子 大肠杆菌乳糖操纵子由启动子、操纵基因和大肠杆菌乳糖操纵子由启动子、操纵基因和大肠杆菌乳糖操纵子由启动子、操纵基因和大肠杆菌乳糖操纵子由启动子、操纵基因和3 3 3 3个结构基因个结构基因个结构基因个结构基因Z Z Z Z、Y Y Y Y、A A A A组成。组成。组成。组成。Z Z Z Z基因基因基因基因编码编码编码编码 一半乳糖苷酶，一半乳糖苷酶，一半乳糖苷酶，一半乳糖苷酶，Y Y Y Y基因编码半乳糖苷透过酶，基因编码半乳糖苷透

34、过酶，基因编码半乳糖苷透过酶，基因编码半乳糖苷透过酶，A A A A基因编码基因编码基因编码基因编码-硫代半乳糖苷转乙硫代半乳糖苷转乙硫代半乳糖苷转乙硫代半乳糖苷转乙酰基酶酰基酶酰基酶酰基酶。ZYAPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白OmRNA蛋白质蛋白质阻遏蛋白的负性调控阻遏蛋白的负性调控乳糖操纵子模型：没有乳糖时，结构基因的表达乳糖操纵子模型：没有乳糖时，结构基因的表达被抑制被抑制。ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白乳糖操纵子模型：有乳糖时，结构基因的表达乳糖操纵子模型：有乳糖

35、时，结构基因的表达被诱导被诱导。mRNA半乳半乳糖苷酶糖苷酶半乳糖苷半乳糖苷透过酶透过酶半乳糖苷半乳糖苷转乙酰酶转乙酰酶 当当当当CAPCAP与与与与cAMPcAMP结合，形成结合，形成结合，形成结合，形成cAMP CAPcAMP CAP时，能结合于启动部位特定位点，引起时，能结合于启动部位特定位点，引起时，能结合于启动部位特定位点，引起时，能结合于启动部位特定位点，引起RNARNA聚合酶结合位点的聚合酶结合位点的聚合酶结合位点的聚合酶结合位点的DNADNA片段构片段构片段构片段构象变化，从而促进象变化，从而促进象变化，从而促进象变化，从而促进RNARNA聚合酶与启动子部位结合，促进转录的起始

36、，使结构基因编码的聚合酶与启动子部位结合，促进转录的起始，使结构基因编码的聚合酶与启动子部位结合，促进转录的起始，使结构基因编码的聚合酶与启动子部位结合，促进转录的起始，使结构基因编码的3 3种酶表达加快。这种调节蛋白复合种酶表达加快。这种调节蛋白复合种酶表达加快。这种调节蛋白复合种酶表达加快。这种调节蛋白复合物物物物cAMP cAMP CAPCAP结合于启动部位后促进酶合成的调节称正调控。结合于启动部位后促进酶合成的调节称正调控。结合于启动部位后促进酶合成的调节称正调控。结合于启动部位后促进酶合成的调节称正调控。乳糖操纵子的负性调节与乳糖操纵子的负性调节与乳糖操纵子的负性调节与乳糖操纵子的负

37、性调节与CAPCAPCAPCAP正调节两种机制协调合作。正调节两种机制协调合作。正调节两种机制协调合作。正调节两种机制协调合作。当细胞中不存在诱导物时，阻遏蛋白结合于操纵基因上，阻止启动子与当细胞中不存在诱导物时，阻遏蛋白结合于操纵基因上，阻止启动子与当细胞中不存在诱导物时，阻遏蛋白结合于操纵基因上，阻止启动子与当细胞中不存在诱导物时，阻遏蛋白结合于操纵基因上，阻止启动子与RNARNA聚合酶的结合，称为聚合酶的结合，称为聚合酶的结合，称为聚合酶的结合，称为操纵子的负调控操纵子的负调控操纵子的负调控操纵子的负调控或酶的阻遏。或酶的阻遏。或酶的阻遏。或酶的阻遏。大肠杆菌内可表达一种调节蛋白大肠杆菌

38、内可表达一种调节蛋白大肠杆菌内可表达一种调节蛋白大肠杆菌内可表达一种调节蛋白CAPCAP，称为，称为，称为，称为降解物基因活化蛋白（降解物基因活化蛋白（降解物基因活化蛋白（降解物基因活化蛋白（CAPCAP）。ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子：启动子：弱弱调节基因调节基因mRNA乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型-CAP的正性调控的正性调控活性活性CAP结合位点：可增加结合位点：可增加RNA聚合酶的转录活性聚合酶的转录活性调节蛋白调节蛋白mRNA半乳半乳糖苷酶糖苷酶 半乳糖苷半乳糖苷 透过酶透过酶 半乳糖苷半乳糖苷 转乙酰酶转乙酰酶 2 2 2 2色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子

39、色氨酸操纵子 色氨酸操纵子属于酶合成阻遏型的操纵子，它包含色氨酸操纵子属于酶合成阻遏型的操纵子，它包含色氨酸操纵子属于酶合成阻遏型的操纵子，它包含色氨酸操纵子属于酶合成阻遏型的操纵子，它包含5 5 5 5个结构基因，个结构基因，个结构基因，个结构基因，编码邻编码邻编码邻编码邻氨基苯甲酸合酶、邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶、吲哚氨基苯甲酸合酶、邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶、吲哚氨基苯甲酸合酶、邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶、吲哚氨基苯甲酸合酶、邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶、吲哚-3-3-3-3-甘油磷酸合成酶、甘油磷酸合成酶、甘油磷酸合成酶、甘油磷酸合成酶、色氨酸合成酶的色氨酸合成酶的色氨酸合成酶的色氨酸合

40、成酶的 亚基和亚基和亚基和亚基和 亚基，亚基，亚基，亚基，这这这这5 5 5 5个基因分别以个基因分别以个基因分别以个基因分别以E E E E、D DD D、C C C C、B B B B、A A A A表示，在表示，在表示，在表示，在结构基因与操纵基因之间，有一个编码前导肽的结构基因与操纵基因之间，有一个编码前导肽的结构基因与操纵基因之间，有一个编码前导肽的结构基因与操纵基因之间，有一个编码前导肽的L L L L序列和衰减基因序列和衰减基因序列和衰减基因序列和衰减基因。色氨酸。色氨酸。色氨酸。色氨酸通过与阻遏蛋白结合而使无活性状态转为有活性状态，故称为通过与阻遏蛋白结合而使无活性状态转为有活

41、性状态，故称为通过与阻遏蛋白结合而使无活性状态转为有活性状态，故称为通过与阻遏蛋白结合而使无活性状态转为有活性状态，故称为辅阻遏物辅阻遏物辅阻遏物辅阻遏物。操纵子中的辅阻遏物一般是结构基因产生的酶合成反应的终产物或其结构操纵子中的辅阻遏物一般是结构基因产生的酶合成反应的终产物或其结构操纵子中的辅阻遏物一般是结构基因产生的酶合成反应的终产物或其结构操纵子中的辅阻遏物一般是结构基因产生的酶合成反应的终产物或其结构类似物。类似物。类似物。类似物。色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子 结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白色氨酸操纵子模型：色氨

42、酸操纵子模型：有色氨酸时有色氨酸时，结构基因的表达，结构基因的表达被抑制被抑制。mRNA蛋白质蛋白质ECAOPIBDL色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型：没有色氨酸时，没有色氨酸时，结构基因的表达结构基因的表达被诱导被诱导。色氨酸合成酶的色氨酸合成酶的色氨酸合成酶的色氨酸合成酶的 亚基和亚基和亚基和亚基和 亚基亚基亚基亚基ECAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白BDLmRNA酶酶C酶酶B酶酶A酶酶E酶酶D邻氨基苯邻氨基苯邻氨基苯邻氨基苯甲酸合酶甲酸合酶甲酸合酶甲酸合酶邻氨基苯甲酸磷邻氨基苯甲酸磷邻氨基苯甲酸磷邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶酸核

43、糖转移酶酸核糖转移酶酸核糖转移酶吲哚一吲哚一吲哚一吲哚一3 3一甘一甘一甘一甘油磷酸合成酶油磷酸合成酶油磷酸合成酶油磷酸合成酶色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型：衰减调控机制。衰减调控机制。F 162个碱基对组成操纵子的前导个碱基对组成操纵子的前导序列；序列；F 其中有编码其中有编码14个氨基酸短肽的个氨基酸短肽的ORF，序列中有两个相邻的色氨，序列中有两个相邻的色氨酸密码子；酸密码子；F 此此14个氨基酸短肽的个氨基酸短肽的ORF前有前有核糖体结合位点，表明该核糖体结合位点，表明该ORF可可被翻译。被翻译。色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型：衰减调控机制衰减调控机制 164个核准苷酸的前导序

44、列的后半段有个核准苷酸的前导序列的后半段有4组反向重复序列：组反向重复序列：1，2，3，4，其中，其中12，34，23之间均可形成发夹结构；之间均可形成发夹结构；第第4个反向重复序列后有个反向重复序列后有7个重复的个重复的U，因此，因此34之间形成的发夹结之间形成的发夹结构实际上是一个不信赖于因子的转录终止子；构实际上是一个不信赖于因子的转录终止子；如转录过程中如转录过程中34之间的发夹结构能够同时生成，则之间的发夹结构能够同时生成，则RNA聚合酶聚合酶就会停止转录而从就会停止转录而从mRNA上脱离下来。上脱离下来。色氨酸操纵子模型：色氨酸操纵子模型：衰减调控机制衰减调控机制大肠杆菌色氨酸操纵

45、子衰减机制大肠杆菌色氨酸操纵子衰减机制大肠杆菌色氨酸操纵子衰减机制大肠杆菌色氨酸操纵子衰减机制 (二）真核生物的基因表达调控二）真核生物的基因表达调控二）真核生物的基因表达调控二）真核生物的基因表达调控 1 1 1 1真核生物基因组结构特点真核生物基因组结构特点真核生物基因组结构特点真核生物基因组结构特点 （1 1 1 1）基因组结构庞大）基因组结构庞大）基因组结构庞大）基因组结构庞大 （2 2 2 2）单顺反子）单顺反子）单顺反子）单顺反子 （3 3 3 3）重复序列）重复序列）重复序列）重复序列 （4 4 4 4）基因的不连续性）基因的不连续性）基因的不连续性）基因的不连续性 2 2 2

46、2真核生物基因表达调控的特点真核生物基因表达调控的特点真核生物基因表达调控的特点真核生物基因表达调控的特点 活化的基因对核酸酶敏感，易被活化的基因对核酸酶敏感，易被活化的基因对核酸酶敏感，易被活化的基因对核酸酶敏感，易被DNase IDNase IDNase IDNase I作用。作用。作用。作用。基因活化时出现基因活化时出现基因活化时出现基因活化时出现DNADNADNADNA拓扑结构变化，拓扑结构变化，拓扑结构变化，拓扑结构变化，RNARNARNARNA聚合酶前方的转录聚合酶前方的转录聚合酶前方的转录聚合酶前方的转录区区区区DNADNADNADNA拓扑结构为正超螺旋，可促进组蛋白的释放；在拓

47、扑结构为正超螺旋，可促进组蛋白的释放；在拓扑结构为正超螺旋，可促进组蛋白的释放；在拓扑结构为正超螺旋，可促进组蛋白的释放；在RNARNARNARNA聚合酶后聚合酶后聚合酶后聚合酶后方的方的方的方的DNADNADNADNA则为负超螺旋，有利于核小体结构的再形成。则为负超螺旋，有利于核小体结构的再形成。则为负超螺旋，有利于核小体结构的再形成。则为负超螺旋，有利于核小体结构的再形成。处于转录活化状态的基因甲基化程度降低。处于转录活化状态的基因甲基化程度降低。处于转录活化状态的基因甲基化程度降低。处于转录活化状态的基因甲基化程度降低。组蛋白出现变化，如某些组蛋白含量和性质出现变化，还有组蛋白出现变化，

48、如某些组蛋白含量和性质出现变化，还有组蛋白出现变化，如某些组蛋白含量和性质出现变化，还有组蛋白出现变化，如某些组蛋白含量和性质出现变化，还有组蛋白被乙酰化、泛素化的修饰现象存在。组蛋白被乙酰化、泛素化的修饰现象存在。组蛋白被乙酰化、泛素化的修饰现象存在。组蛋白被乙酰化、泛素化的修饰现象存在。正调节起主导作用。正调节起主导作用。正调节起主导作用。正调节起主导作用。转录与翻译分隔于不同区间进行。转录过程在核内进行，翻转录与翻译分隔于不同区间进行。转录过程在核内进行，翻转录与翻译分隔于不同区间进行。转录过程在核内进行，翻转录与翻译分隔于不同区间进行。转录过程在核内进行，翻译则在校外进行。译则在校外进

49、行。译则在校外进行。译则在校外进行。转录后需进行剪接及修饰等加工过程。转录后需进行剪接及修饰等加工过程。转录后需进行剪接及修饰等加工过程。转录后需进行剪接及修饰等加工过程。3 3 3 3真核生物基因转录的激活调节真核生物基因转录的激活调节真核生物基因转录的激活调节真核生物基因转录的激活调节 （1 1 1 1）顺式作用元件）顺式作用元件）顺式作用元件）顺式作用元件真核生物基因中具有特定功能的一些保守的核苷酸序列称为真核生物基因中具有特定功能的一些保守的核苷酸序列称为真核生物基因中具有特定功能的一些保守的核苷酸序列称为真核生物基因中具有特定功能的一些保守的核苷酸序列称为顺式作用顺式作用顺式作用顺式

50、作用元件元件元件元件，如启动子、增强子及沉默子。，如启动子、增强子及沉默子。，如启动子、增强子及沉默子。，如启动子、增强子及沉默子。启动子启动子启动子启动子：真核生物基因启动子是：真核生物基因启动子是：真核生物基因启动子是：真核生物基因启动子是RNARNARNARNA聚合酶结合位点周围的一组聚合酶结合位点周围的一组聚合酶结合位点周围的一组聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件。启动子包括至少一个转录起始点和一个以上的功能组件。转录控制组件。启动子包括至少一个转录起始点和一个以上的功能组件。转录控制组件。启动子包括至少一个转录起始点和一个以上的功能组件。转录控制组件。启动子包括至少一个转录起始点和