生物化學第十二章

1、第十二章第十二章 物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 細胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡細胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡第二節(jié)第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)思考思考第三節(jié)第三節(jié) 基因表達調(diào)控基因表達調(diào)控一、代謝途徑交叉一、代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡形成網(wǎng)絡二、分解代謝和合成代謝的二、分解代謝和合成代謝的單向性單向性三、三、ATPATP是通用的能量載體是通用的能量載體四、四、NADPHNADPH 以還原力形式攜帶能量以還原力形式攜帶能量五、代謝的五、代謝的基本要略基本要略1 1、糖代謝與脂類代謝的相互關系糖代謝與脂類代謝的相互關系2 2、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系3 3、脂類代謝與蛋白

2、質(zhì)代謝的相互聯(lián)系脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系4 4、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系糖糖類類脂脂類類氨氨基基酸酸和和核核苷苷酸酸之之間間的的代代謝謝聯(lián)聯(lián)系系PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸絲氨酰絲氨酰蘇氨酸蘇氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸膽固醇膽固醇亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸異亮氨酸異亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙

3、酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨蘇氨酸蘇氨酸纈氨酸纈氨酸琥珀酰琥珀酰CoA蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨組氨酸組氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二單酰丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解從頭合成從頭合成脂肪甘油甘油磷酸

4、二羥丙酮磷酸二羥丙酮糖代謝糖代謝脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán) -氧化氧化糖異生糖異生TCA糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) NH3蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸（生糖氨基酸）脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪（生酮氨基酸）（生酮氨基酸） 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如核苷酸的

5、一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。 核酸是細胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細核酸是細胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細胞的成分和代謝類型胞的成分和代謝類型 核酸生物合成需要糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要核酸生物合成需要糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要酶和多種蛋白質(zhì)因子。酶和多種蛋白質(zhì)因子。 各類物質(zhì)代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如各類物質(zhì)代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是是能量的能量的“通貨通貨”，此外，此外UTP參與多糖的合成，參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成參與磷脂合成，G

6、TP參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。脂肪代謝和糖代謝的關系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)乙醛酸乙醛酸循環(huán)循環(huán)甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微植物或微生物生物糖分解和糖異生途徑中糖分解和糖異生途徑中相對獨立的單向反應相對獨立的單向反應 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸

7、甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖果糖激酶激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酯酶磷酸酯酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 草酰乙酸草酰乙酸PEP羧激酶羧激酶ATPATP攜帶能量由能源傳遞給細胞的攜帶能量由能源傳遞給細胞的需能過程需能過程ATPATPADP+PiADP+Pi太陽能太陽能化學能化學能生物合成生物合成細胞運動細胞運動膜運輸膜運輸通過通過NADPHNADPH循環(huán)將還原力由分解代謝循環(huán)將還原力由分解代謝轉(zhuǎn)移給生物合成反應轉(zhuǎn)移給生物合

8、成反應NADPH+HNADPH+H+ +NADPNADP+ +分解代謝分解代謝還原性有機物還原性有機物還原性生物合成反應還原性生物合成反應氧化物氧化物還原性生物還原性生物合成產(chǎn)物合成產(chǎn)物氧化前體氧化前體 代謝的基本要略代謝的基本要略 代謝的基本要略在于代謝的基本要略在于形成形成ATP、還原力和構(gòu)造單元、還原力和構(gòu)造單元以用以用于生物合成。于生物合成。 由由ATP、還原力和構(gòu)造單元可合成各類生物分、還原力和構(gòu)造單元可合成各類生物分子，并進而裝配成生物不同層次的結(jié)構(gòu)。生物合成和生物形子，并進而裝配成生物不同層次的結(jié)構(gòu)。生物合成和生物形態(tài)建成是一個耗能和增加有序結(jié)構(gòu)的過程，需要由態(tài)建成是一個耗能和增

9、加有序結(jié)構(gòu)的過程，需要由物質(zhì)流物質(zhì)流、能量流和信息流來支持。能量流和信息流來支持。脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它單糖其它單糖三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)電子傳遞電子傳遞（氧化）（氧化）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中間產(chǎn)物（如中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等） 共同中間物進共同中間物進入三羧酸循環(huán)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞電子傳遞鏈傳遞生成生成H2O，釋放，釋放出大量能量，其出大量能量，其中一部分通過磷中一部分通過磷酸化儲存在酸化儲存在ATP中。中

10、。大分子降解大分子降解成基本結(jié)構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單位單位 生物氧化的三個階段生物氧化的三個階段NADPH生物系統(tǒng)中的能流生物系統(tǒng)中的能流（胞液）（胞液）（線粒體）（線粒體）（PEP）丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸（轉(zhuǎn)氨基作用）（轉(zhuǎn)氨基作用）糖的分解代謝和糖的分解代謝和糖異生的關系糖異生的關系一、一、代謝調(diào)節(jié)的概念代謝調(diào)節(jié)的概念二、二、酶水平的調(diào)節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)三、三、細胞結(jié)構(gòu)對代謝途徑的分隔控制調(diào)節(jié)細胞結(jié)構(gòu)對代謝途徑的分隔控制調(diào)節(jié)四、激素調(diào)節(jié)和跨膜信號轉(zhuǎn)導激素調(diào)節(jié)和跨膜信號轉(zhuǎn)導代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié) 生命是靠代謝的正常運轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同生命是靠代謝的正常運轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同時

11、有那麼多復雜的代謝途徑在運轉(zhuǎn)，必須有靈巧而嚴密的調(diào)時有那麼多復雜的代謝途徑在運轉(zhuǎn)，必須有靈巧而嚴密的調(diào)節(jié)機制，才能使代謝適應外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)節(jié)機制，才能使代謝適應外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會導致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會導致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進化歷程中，機體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理生命。在漫長的生物進化歷程中，機體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來越復雜，代謝調(diào)節(jié)機制也隨之更為復雜。功能越來越復雜，代謝調(diào)節(jié)機制也隨之更為復雜。代謝調(diào)節(jié)的四級水平：代謝調(diào)節(jié)的四級水平： 酶水平調(diào)節(jié)酶水平調(diào)節(jié) 細胞水平調(diào)節(jié)細胞水平調(diào)節(jié) 激素水平

12、調(diào)節(jié)激素水平調(diào)節(jié) 神經(jīng)水平調(diào)節(jié)神經(jīng)水平調(diào)節(jié)多細胞整體水平調(diào)節(jié)多細胞整體水平調(diào)節(jié)酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié) 前饋（前饋（feedforward ）和反饋（）和反饋（feedback ）是來自）是來自電子工程學的術語，前者的意思是電子工程學的術語，前者的意思是“輸入對輸出的影輸入對輸出的影響響”，后者的意思是，后者的意思是“輸出對輸入的影響輸出對輸入的影響”，這里分別，這里分別借用來說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)作用。這借用來說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)可能是正調(diào)控，也可能是負調(diào)控，其調(diào)節(jié)機理是種調(diào)節(jié)可能是正調(diào)控，也可能是負調(diào)控，其調(diào)節(jié)機理是通過酶的通過酶

13、的變構(gòu)效應變構(gòu)效應來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反饋反饋前饋前饋反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機制反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機制代謝物代謝物別別構(gòu)構(gòu)中中心心活性活性中心中心6-6-磷酸葡萄糖對糖原合成的前饋激活作用磷酸葡萄糖對糖原合成的前饋激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原糖原糖原 合成酶合成酶ATP ADP UTP UDPG 葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸羧羧化化酶酶乙酰乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸擰檬酸擰檬酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核酸核酸 氨甲酰

14、氨甲酰天冬氨酸天冬氨酸+磷酸烯醇式丙酮酸羧磷酸烯醇式丙酮酸羧化反應的調(diào)節(jié)控制化反應的調(diào)節(jié)控制氨基酸合成的反饋調(diào)控氨基酸合成的反饋調(diào)控反硝化作用反硝化作用氧化亞氮氧化亞氮氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸分支酸分支酸脫氧庚酮糖酸脫氧庚酮糖酸-7-磷酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸赤蘚糖赤蘚糖-4-磷酸磷酸脫氫奎尼酸脫氫奎尼酸莽草酸莽草酸谷氨酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 預苯酸預苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛高絲氨酸高絲氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸細胞能量狀態(tài)指標細胞能量狀

15、態(tài)指標能荷能荷= ATP+0.5ADPATP+ADP+AMPATPATP ADPATP系統(tǒng)質(zhì)量作用比系統(tǒng)質(zhì)量作用比=糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)丙酮酸丙酮酸 G細胞液細胞液檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰CoA檸檬酸檸檬酸草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸 線粒體線粒體 G-6-P F-6-P F-1.6-2P 磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶 PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP NADH O2ATPATP ADP+PiADP+PiAMP + ATP 2ADPAMP + ATP 2ADP PiPiPiPi

16、PEP 羧激酶羧激酶+-+- 己糖激酶己糖激酶 丙酮酸丙酮酸脫氫酶脫氫酶 檸檬酸檸檬酸合成酶合成酶 -酮戊二酸酮戊二酸 脫氫酶脫氫酶酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價結(jié)合或脫去，引起酶分子構(gòu)象的改變，使其活性得到調(diào)節(jié)，結(jié)合或脫去，引起酶分子構(gòu)象的改變，使其活性得到調(diào)節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾（這種方式稱為酶的共價修飾（Covalent moldificationCovalent moldification ）。目）。目前已知有六種修飾方式：前已知有六種修飾方式：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙?；チ姿峄阴；?去乙去乙酰化，腺苷酰化酰化

17、，腺苷酰化/去腺苷?；?，尿苷?；ハ佘挣；?，尿苷?；?去尿苷?；兹ツ蜍挣；?，甲基化基化/去甲基化，氧化去甲基化，氧化（S-S）/還原還原(2SH)。激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶 b（無活性）（無活性）磷酸化酶磷酸化酶a P（有活性）（有活性）磷酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價修飾例：糖原磷酸化酶的共價修飾共價修飾共價修飾酶酶級聯(lián)系統(tǒng)級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖調(diào)控示意圖意義意義：由于由于酶的共價修飾酶的共價修飾反應是酶促反反應是酶促反應，只要有少應，只要有少量信號分子量信號分子（如激素）存（如激素）存在，即可通過在，即可通過加速這種酶促加速這種酶促反應，而使大反應，而使大量

18、的另一種酶量的另一種酶發(fā)生化學修飾，發(fā)生化學修飾，從而獲得放大從而獲得放大效應。這種調(diào)效應。這種調(diào)節(jié)方式快速、節(jié)方式快速、效率極高。效率極高。腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化腺苷酸環(huán)化酶（無活性）酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶蛋白激酶（無活性）（無活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（無活性）（無活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（無活性）（無活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸

19、葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456cAMP激活蛋白激活蛋白激酶的作用機理激酶的作用機理糖原合成酶和糖原磷酸化酶的調(diào)控糖原合成酶和糖原磷酸化酶的調(diào)控 糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需要由一系列的調(diào)控機制進行調(diào)控，其糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需要由一系列的調(diào)控機制進行調(diào)控，其限速酶分別為糖原限速酶分別為糖原磷酸化酶磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共價修飾的調(diào)節(jié)及變構(gòu)效應的調(diào)節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，的共

20、價修飾的調(diào)節(jié)及變構(gòu)效應的調(diào)節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。但其效果相反。糖原合成酶糖原合成酶 a ( 有活性有活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b ( 無活性無活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 無活性無活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)PP酶酶定定位位的的區(qū)區(qū)域域化化線粒體線粒體:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循環(huán)酸循環(huán); -氧化氧化;呼吸鏈電呼吸鏈電子傳遞子傳遞;氧化磷酸化氧化磷酸化細胞質(zhì)細胞質(zhì):酵解酵解;磷磷戊糖途徑戊糖途徑;糖原糖原合成合成;脂肪酸合脂肪酸合成成;細胞核細胞核:核酸合成核酸合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成

21、蛋白質(zhì)合成;磷脂合成磷脂合成動動物物細細胞胞結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和代代謝謝途途徑徑1 1、含氮激素含氮激素作用模式作用模式2 2、甾醇類激素作用模式甾醇類激素作用模式甾甾醇醇類類激激素素作作用用原原理理示示意意圖圖肽類激素通過肽類激素通過cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖 ATP cATP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用改變細胞的生理過程改變細胞的生理過程細胞膜細胞膜細胞膜細胞膜cR蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（無活性）c+RcATP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受體受體環(huán)化酶環(huán)化酶激素激素G蛋白蛋白一、一、原核和真核基因組原核和真核基因組二、二、原核生物酶合

22、成調(diào)節(jié)的遺傳機制原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機制三、三、真核生物基因表達的調(diào)控真核生物基因表達的調(diào)控 基因基因（genegene）是指）是指DNADNA分子中的最小功分子中的最小功能單位。包括能單位。包括RNA(tRNArRNA(tRNAr、rRNArRNA) )和蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)編碼的結(jié)構(gòu)基因及無轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的調(diào)節(jié)基因。編碼的結(jié)構(gòu)基因及無轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的調(diào)節(jié)基因。 基因組（基因組（genomegenome）是指某一特定生物單）是指某一特定生物單倍體所含的全體基因。原核細胞的倍體所含的全體基因。原核細胞的“染色染色體體”DNADNA分子就包含了一個基因組；而在真分子就包含了一個基因組；而在真核細胞中則是指一套

23、單倍染色體的的全部核細胞中則是指一套單倍染色體的的全部基因?；颉Ｔ撕驼婧嘶蚪M原核和真核基因組基因基因(gene)概念的發(fā)展概念的發(fā)展原核生物基因組的特點原核生物基因組的特點真核生物基因組的特點真核生物基因組的特點 操縱子操縱子原核基因表達的協(xié)同單位原核基因表達的協(xié)同單位操縱子操縱子結(jié)構(gòu)基因（編碼蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)基因（編碼蛋白質(zhì)，S）控制部位控制部位操縱基因（操縱基因（operator, O）啟動子（啟動子（premotor, P） 酶誘導和阻遏的操縱子模型酶誘導和阻遏的操縱子模型 合成途徑操縱子的衰減作用合成途徑操縱子的衰減作用酶酶的的誘誘導導和和阻阻遏遏操操縱縱子子模模型型B.有活性阻遏蛋

24、白加誘導劑有活性阻遏蛋白加誘導劑A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.無活性阻遏蛋白無活性阻遏蛋白D.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因操縱基因啟動基因啟動基因調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因阻遏蛋白阻擋操縱基因結(jié)構(gòu)基因不表達結(jié)構(gòu)基因不表達誘導物誘導物誘導物與阻遏蛋白結(jié)合誘導物與阻遏蛋白結(jié)合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用到阻擋操縱基因的作用,結(jié)構(gòu)基因可以表達結(jié)構(gòu)基因可以表達酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合, 結(jié)構(gòu)基因可以表達結(jié)構(gòu)基因可以表達阻遏蛋白阻遏蛋白(

25、無活性無活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合,從而使阻遏蛋從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因白能夠阻擋操縱基因,結(jié)構(gòu)基因不表達結(jié)構(gòu)基因不表達代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物 典型的操縱子可分為典型的操縱子可分為控制區(qū)和信息區(qū)控制區(qū)和信息區(qū)兩部分。兩部分?？刂茀^(qū)由各種調(diào)控基因所組成，而信息區(qū)則控制區(qū)由各種調(diào)控基因所組成，而信息區(qū)則由若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成。由若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成。 調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)基基因因（Regulatory gene）為為阻阻抑抑蛋蛋白白編編碼碼基基因因 控控制制區(qū)區(qū) 啟啟動動基基因因（Prom oter）為為cAMP受受體體蛋蛋白白（CRP）和和RNA聚聚合

26、合酶酶結(jié)結(jié)合合區(qū)區(qū)。 操操縱縱基基因因（0perater）為為阻阻抑抑蛋蛋白白結(jié)結(jié)合合位位點點。 信信息息區(qū)區(qū)由由一一個個或或數(shù)數(shù)個個結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基基因因串串聯(lián)聯(lián)在在一一起起組組成成。 以原核生物以原核生物乳糖操縱子乳糖操縱子(Lac operon)為例，其為例，其控制區(qū)包括控制區(qū)包括調(diào)節(jié)基因（阻遏基因），啟動基調(diào)節(jié)基因（阻遏基因），啟動基因和操縱基因因和操縱基因；其信息區(qū)由；其信息區(qū)由-半乳糖苷酶基半乳糖苷酶基因（因（lacZ），通透酶基因（），通透酶基因（lacY）和乙?；福┖鸵阴；富颍ɑ颍╨acA）串聯(lián)在一起構(gòu)成。）串聯(lián)在一起構(gòu)成。 控制區(qū)控制區(qū)信息區(qū)信息區(qū)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因及其表

27、達產(chǎn)物乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因及其表達產(chǎn)物乳糖操縱子的誘導：乳糖操縱子的誘導：乳糖操縱子的阻遏：乳糖操縱子的阻遏：大大腸腸桿桿菌菌乳乳糖糖操操縱縱子子模模型型調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)基因基因操縱操縱基因基因乳糖結(jié)構(gòu)基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）基基 因因 關關 閉閉啟啟動動子子ORPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)基因基因操縱操縱基因基因乳糖結(jié)構(gòu)基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟啟動動子子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（無活性）（無活性） 基基 因因 表表達達mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)B、乳糖酶的誘導、乳糖酶的誘導 乳糖乳糖 阻遏

28、蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）乳糖操縱子的降解物阻遏乳糖操縱子的降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表達達CAP基因基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因TCGP(CAP)OCAP結(jié)結(jié)合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP -CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代謝產(chǎn)物謝產(chǎn)物腺苷酸腺苷酸環(huán)化酶環(huán)化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物與葡萄糖降解物與cAMP的關系的關系cAMP CGP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein） CAP：環(huán)腺苷酸受體蛋白（：

29、環(huán)腺苷酸受體蛋白（cycilic AMP receptor protein）降低降低cAMP濃度濃度使使CAP呈失活狀態(tài)呈失活狀態(tài)色氨酸操縱子的調(diào)控機制色氨酸操縱子的調(diào)控機制 色氨酸操縱子色氨酸操縱子（trp operon）屬于阻遏型）屬于阻遏型操縱子，主要參與調(diào)控一系列用于色氨酸操縱子，主要參與調(diào)控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的轉(zhuǎn)錄合成。當細胞內(nèi)合成代謝的酶蛋白的轉(zhuǎn)錄合成。當細胞內(nèi)缺乏色氨酸時，此操縱子開放，而當細胞缺乏色氨酸時，此操縱子開放，而當細胞內(nèi)合成的色氨酸過多時，此操縱子被關閉。內(nèi)合成的色氨酸過多時，此操縱子被關閉。 色氨酸操縱子的調(diào)控機制與乳糖操縱子類色氨酸操縱子的調(diào)控機制與

30、乳糖操縱子類似，但通常情況下，操縱子處于開放狀態(tài)，似，但通常情況下，操縱子處于開放狀態(tài)，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。 而當色氨酸合成過多時，色氨酸作為輔阻而當色氨酸合成過多時，色氨酸作為輔阻遏物與輔阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋白，遏物與輔阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關閉。后者與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關閉。 色氨酸啟動子色氨酸啟動子trptrpRP1O trpEtrpDP2trpCtrpBtrpAtrpR阻遏蛋白基因；阻遏蛋白基因；P1P2啟動子；啟動子；O操縱基因；操縱基因； 衰減子衰減子來自大腸桿菌的色氨酸操

31、縱子。來自大腸桿菌的色氨酸操縱子。色氨酸操色氨酸操縱子縱子trpRP1O trpEtrpDP2trpCtrpBtrpA鄰氨基苯甲鄰氨基苯甲 酸合成酶酸合成酶吲哚甘油吲哚甘油 硼酸合成酶硼酸合成酶色氨酸色氨酸 合成酶合成酶 鏈鏈 鏈鏈 分支酸分支酸鄰氨基鄰氨基 苯甲酸苯甲酸磷酸核糖基磷酸核糖基 鄰氨基苯甲酸鄰氨基苯甲酸CDRP吲哚甘吲哚甘 油油-磷酸磷酸色氨酸色氨酸阻遏物阻遏物轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄（P1P1是主要啟動子，是主要啟動子，P2P2的作用只有的作用只有3%3%。）。）沒有色氨酸時，阻遏蛋白不能與操縱基因沒有色氨酸時，阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合，能轉(zhuǎn)錄合成色氨酸所需要的酶。結(jié)合，能轉(zhuǎn)錄合成色氨酸所需

32、要的酶。k trpRP1O trpEtrpDP2trpCtrpBtrpA阻遏物阻遏物色氨酸色氨酸結(jié)合結(jié)合不轉(zhuǎn)錄不轉(zhuǎn)錄用于表達載體的用于表達載體的trp啟動子一般只包含啟動子一般只包含啟動基因、操縱基因、和部分啟動基因、操縱基因、和部分trpE基基因。因。P1O trpE目的基因目的基因有色氨酸時，阻遏蛋白與色氨酸結(jié)合后才有色氨酸時，阻遏蛋白與色氨酸結(jié)合后才能與操縱基因結(jié)合，從而阻止色氨酸合成能與操縱基因結(jié)合，從而阻止色氨酸合成酶類的轉(zhuǎn)錄。酶類的轉(zhuǎn)錄。大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用的可能機制大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用的可能機制Trp密碼子密碼子111232233444核糖體核糖體核糖體核糖體

33、轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止C.高濃度色氨酸使核高濃度色氨酸使核糖體到達糖體到達2部位，部位， 3與與4 堿基配對，轉(zhuǎn)錄堿基配對，轉(zhuǎn)錄終止。終止。A.游離游離mRNA中中1與與2以及以及3與與4堿基配對。堿基配對。B.低濃度色氨酸使核低濃度色氨酸使核糖體停留在糖體停留在1部位，部位，轉(zhuǎn)錄得以完成。轉(zhuǎn)錄得以完成。真核生物基因表達調(diào)控真核生物基因表達調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體蛋白質(zhì)前體mRNA降解物降解物活性蛋白質(zhì)活性蛋白質(zhì)DNA水平調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解降解調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)翻譯后加工翻譯后加工的調(diào)節(jié)

34、的調(diào)節(jié)核核細胞質(zhì)細胞質(zhì) 真核基因表達調(diào)控的五個水平真核基因表達調(diào)控的五個水平 DNA水平調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié) 翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié) 翻譯后加工的調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié) 真核基因調(diào)控主要是正調(diào)控真核基因調(diào)控主要是正調(diào)控 順式作用元件和反式作用因子順式作用元件和反式作用因子 轉(zhuǎn)錄因子的相互作用控制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄因子的相互作用控制轉(zhuǎn)錄(1) 順式作用元件：順式作用元件： 順式作用元件（順式作用元件（cis-acting element）又稱分）又稱分子內(nèi)作用元件，指存在于子內(nèi)作用元件，指存在于DNA分子上的一些分子上的一些與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關的特殊順序。

35、在真核生與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關的特殊順序。在真核生物中，與基因表達調(diào)控有關的順式作用元件物中，與基因表達調(diào)控有關的順式作用元件主要有主要有啟動子啟動子（promoter）、）、增強子增強子（enhancer）和）和沉默子沉默子（silencer）。）。 (2) 反式作用因子：反式作用因子： 反式作用因子（反式作用因子（trans-acting factor）又稱為分子間）又稱為分子間作用因子，指一些與基因表達調(diào)控有關的蛋白質(zhì)因作用因子，指一些與基因表達調(diào)控有關的蛋白質(zhì)因子。子。 反式作用因子與順式作用元件之間的共同作用，才反式作用因子與順式作用元件之間的共同作用，才能夠達到對特定基因進行調(diào)控的目的。能夠達到對特定基因進行調(diào)控的目的。 原核生物中的反式作用因子主要分為原核生物中的反式作用因子主要分為特異因子、激特異因子、激活蛋白和阻遏蛋白活蛋白和阻遏蛋白；而真核生物中的反式作用因子；而真核生物中的反式作用因子通常稱為通常稱為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子。 對各種轉(zhuǎn)錄因子對各種轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合功能域的研究發(fā)現(xiàn)一些帶共性的結(jié)結(jié)合功能域的研究發(fā)現(xiàn)一些帶共性的結(jié)構(gòu)，主要有：構(gòu)，主要有： (a)HTH和和HLH