物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系和調(diào)節(jié)控制(1)ppt課件

1、第十三章第十三章 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)和調(diào)理控制物質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)和調(diào)理控制第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)物質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)第二節(jié)第二節(jié) 代謝調(diào)理代謝調(diào)理一、代謝途徑交叉構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)一、代謝途徑交叉構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)二、分解代謝和合成代謝的單向性二、分解代謝和合成代謝的單向性三、三、ATPATP是通用的能量載體是通用的能量載體四、四、NADPH NADPH 以復(fù)原力方式攜帶能量以復(fù)原力方式攜帶能量五、代謝的根本要略五、代謝的根本要略1 1、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系、糖代謝與脂類代謝的相互關(guān)系2 2、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)3 3、脂類代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)、脂類代謝與

2、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)4 4、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)絡(luò)、核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)絡(luò)糖糖類類脂脂類類氨氨基基酸酸核核苷苷酸酸之之間間的的代代謝謝聯(lián)聯(lián)絡(luò)絡(luò)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酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷

3、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-磷酸甘磷酸甘油油脂肪脂肪有氧氧化有氧氧化酵解酵解從頭合成從頭合成脂肪甘油甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮糖代謝糖

4、代謝脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 (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)絡(luò)糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)絡(luò)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)絡(luò)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一些衍生物具重要生理功能如CoA、NAD+，NA

5、DP+，cAMP，cGMP。 核酸是細胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白核酸是細胞內(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質(zhì)的合成，影響細胞的成分和代謝類型 核酸生物合成需求糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)核酸生物合成需求糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參與，而且需求酶和多種蛋白質(zhì)因子。物參與，而且需求酶和多種蛋白質(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，如種核苷酸，如ATP是能量的是能量的“通貨，此外通貨，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，GTP參參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。與蛋白質(zhì)合成與糖異生作

6、用。脂肪代謝和糖代謝的關(guān)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三酰甘油三酰甘油脂肪酸脂肪酸 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響相對獨立的單向反響 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

7、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攜帶能量由能源傳送給細胞的攜帶能量由能源傳送給細胞的需能過程需能過程ATPATPADP+PiADP+Pi太陽能太陽能化學(xué)能化學(xué)能生物合成生物合成細胞運動細胞運動膜運輸膜運輸經(jīng)過經(jīng)過NADPHNADPH循環(huán)將復(fù)原力由分解代謝循環(huán)將復(fù)原力由分解代謝轉(zhuǎn)移給生物合成反響轉(zhuǎn)移給生物合成反響NADPH+H+NADPH+H+NADP+NADP+分解代謝分解代謝復(fù)原

8、性有機物復(fù)原性有機物復(fù)原性生物合成反響復(fù)原性生物合成反響氧化物氧化物復(fù)原性生物復(fù)原性生物合成產(chǎn)物合成產(chǎn)物氧化前體氧化前體 代謝的根本要略代謝的根本要略 代謝的根本要略在于代謝的根本要略在于:構(gòu)成構(gòu)成ATP、復(fù)原力和構(gòu)造單、復(fù)原力和構(gòu)造單元，以用于生物合成。元，以用于生物合成。 由由ATP、復(fù)原力和構(gòu)造單元、復(fù)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可合成各類生物分子，并進而裝配成生物不同層次的構(gòu)造。生物合成和生物形狀建成是一個耗能和添的構(gòu)造。生物合成和生物形狀建成是一個耗能和添加有序構(gòu)造的過程，需求由物質(zhì)流、能量流和信息加有序構(gòu)造的過程，需求由物質(zhì)流、能量流和信息流來支持。流

9、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)電子傳送電子傳送氧化氧化蛋白質(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送鏈傳送電子傳送鏈傳送生成生成H2O，釋放，釋放出大量能量，其出大量能量，其中一部分經(jīng)過磷中一部分經(jīng)過磷酸化儲存在酸化儲存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成根本構(gòu)造成根本構(gòu)造單位單位生物氧化的三個階段生物氧化的三個階段NA

10、DPH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(guān)系糖異生的關(guān)系一、代謝調(diào)理的概念一、代謝調(diào)理的概念二、酶程度的調(diào)理二、酶程度的調(diào)理三、細胞構(gòu)造對代謝途徑的分隔控制調(diào)理三、細胞構(gòu)造對代謝途徑的分隔控制調(diào)理四、激素調(diào)理和跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)四、激素調(diào)理和跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)代謝的調(diào)理代謝的調(diào)理代謝調(diào)理的四級程度：代謝調(diào)理的四級程度： 酶程度調(diào)理酶程度調(diào)理 細胞程度調(diào)理細胞程度調(diào)理 激素程度調(diào)理激素程度調(diào)理 神經(jīng)程度調(diào)理神經(jīng)程度調(diào)理多細胞整體程度調(diào)理多細胞整體程度調(diào)理酶活性的前饋和反響調(diào)理酶活性的前饋和

11、反響調(diào)理 前饋feedforward 和反響feedback 是來自電子工程學(xué)的術(shù)語，前者的意思是“輸入對輸出的影響，后者的意思是“輸出對輸入的影響，這里分別借用來闡明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)理作用。這種調(diào)理能夠是正調(diào)控，也能夠是負調(diào)控，其調(diào)理機理是經(jīng)過酶的變構(gòu)效應(yīng)來實現(xiàn)的。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反響反響前饋前饋反響調(diào)理中酶活性調(diào)理的機制反響調(diào)理中酶活性調(diào)理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 U

12、DPG 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響的調(diào)理控制化反響的調(diào)理控制 氨基酸合成的反響調(diào)控氨基酸合成的反響調(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

13、式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 預(yù)苯酸預(yù)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ATP+NH4+ADP+Pi葡萄糖胺葡萄糖胺-6-磷酸磷酸糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)理糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)理丙酮酸丙酮酸 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+P

14、i ATPADP+Pi ATP NADH O2ATP ADP+PiATP ADP+PiAMP + ATP 2ADP AMP + ATP 2ADP PiPiPiPi 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級聯(lián)絡(luò)統(tǒng)級聯(lián)絡(luò)統(tǒng)調(diào)控調(diào)控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

15、性腺苷酸環(huán)化酶活性2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激、蛋白激酶無活性酶無活性蛋白激酶活性蛋白激酶活性4、磷酸化酶激、磷酸化酶激酶無活性酶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、糖原原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸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)肌體的需求

16、由一系列的調(diào)糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需求由一系列的調(diào)控機制進展調(diào)控，其限速酶分別為糖原磷酸化酶和糖原控機制進展調(diào)控，其限速酶分別為糖原磷酸化酶和糖原合成酶。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共價修飾合成酶。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共價修飾的調(diào)理及變構(gòu)效應(yīng)的調(diào)理。二種酶磷酸化及去磷酸化的的調(diào)理及變構(gòu)效應(yīng)的調(diào)理。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式類似，但其效果相反。方式類似，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

17、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;呼吸鏈呼吸鏈電子傳送電子傳送;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)合成蛋白質(zhì)合成;磷脂合成磷脂合成動動物物細細胞胞構(gòu)構(gòu)造造和和代代謝謝途途徑徑1 1、含氮激素作用方式、含氮激素作用方式2 2、甾醇類激素作用方式、甾醇類激素作用方式甾甾醇醇類類激激素素作作用用原原理理表表示示圖圖肽類激素經(jīng)過肽類激素經(jīng)過cAMP-蛋白激酶調(diào)理代謝表示圖蛋白激酶調(diào)理代謝表示圖 ATP cA

18、MP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用改動細胞的生理過程改動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蛋白蛋白糖糖酵酵解解和和葡葡萄萄糖糖異異生生的的關(guān)關(guān)系系胞液胞液線粒體線粒體葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-P-甘油醛甘油醛 -酮戊二酸酮戊二酸乳酸乳酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸TCA循環(huán)循環(huán)乙酰乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸3-P-

19、甘油甘油甘油甘油ABC1C2A G-6-P磷酸酯酶磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶羧激酶 第三節(jié)第三節(jié) 基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控 一個基因指的是編碼蛋白質(zhì)多肽鏈和功能一個基因指的是編碼蛋白質(zhì)多肽鏈和功能RNA的的DNA某些病毒基由于某些病毒基由于RNA，基因表達就是遺傳信息被轉(zhuǎn)錄，基因表達就是遺傳信息被轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。和翻譯的過程。 基因表達的調(diào)控可以在不同程度，例如轉(zhuǎn)錄程度，或基因表達的調(diào)控可以在不同程度，例如轉(zhuǎn)錄程度，或翻譯程度上進展。翻譯程度上進展。 原核生物的基因調(diào)控主要是在轉(zhuǎn)錄程度上進展，由于原核生物的基因調(diào)控主要是在轉(zhuǎn)錄程

20、度上進展，由于他們的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程可同時進展。他們的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程可同時進展。 真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程在時間和空間上都被分隔真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程在時間和空間上都被分隔開，而且轉(zhuǎn)錄和翻譯后都要經(jīng)過復(fù)雜的加工過程，所以其開，而且轉(zhuǎn)錄和翻譯后都要經(jīng)過復(fù)雜的加工過程，所以其基因調(diào)控在不同程度都需求進展調(diào)控?；蛘{(diào)控在不同程度都需求進展調(diào)控。基因表達的調(diào)理可以發(fā)生在不同程度上：基因表達的調(diào)理可以發(fā)生在不同程度上：轉(zhuǎn)錄程度：從轉(zhuǎn)錄程度：從DNADNA模板上把信息轉(zhuǎn)錄到模板上把信息轉(zhuǎn)錄到RNARNA上。在環(huán)上。在環(huán)境信號分子的影響下。這是在質(zhì)、量和時間程序上境信號分子的影響下。這是在質(zhì)、量和時間程序上

21、的調(diào)理。的調(diào)理。翻譯程度：將翻譯程度：將mRNAmRNA的三聯(lián)體密碼轉(zhuǎn)變成氨基酸順序。的三聯(lián)體密碼轉(zhuǎn)變成氨基酸順序。即蛋白質(zhì)合成程度上的調(diào)理。即蛋白質(zhì)合成程度上的調(diào)理。加工程度：包括加工程度：包括RNARNA和蛋白質(zhì)合成后的加工、修飾、和蛋白質(zhì)合成后的加工、修飾、轉(zhuǎn)變成有活性的構(gòu)成。轉(zhuǎn)變成有活性的構(gòu)成。蛋白質(zhì)活性的調(diào)理：包括別構(gòu)調(diào)理和共價修飾調(diào)理蛋白質(zhì)活性的調(diào)理：包括別構(gòu)調(diào)理和共價修飾調(diào)理 在上述幾個方面的調(diào)理中，轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)理是在上述幾個方面的調(diào)理中，轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)理是最關(guān)鍵的。由于細胞功能的艱苦調(diào)整，不涉及轉(zhuǎn)錄最關(guān)鍵的。由于細胞功能的艱苦調(diào)整，不涉及轉(zhuǎn)錄就不能實現(xiàn)。基因表達的控制主要是指轉(zhuǎn)錄

22、程度的就不能實現(xiàn)?；虮磉_的控制主要是指轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)理，尤其是在原核生物中，翻譯和加工的問題比調(diào)理，尤其是在原核生物中，翻譯和加工的問題比較簡單，轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)控就更為突出。較簡單，轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)控就更為突出。 根據(jù)細菌酶的合成對環(huán)境的反響不同，酶的合成可分為兩種類根據(jù)細菌酶的合成對環(huán)境的反響不同，酶的合成可分為兩種類型：組成酶和順應(yīng)酶。順應(yīng)酶可分為誘導(dǎo)酶和阻遏酶。型：組成酶和順應(yīng)酶。順應(yīng)酶可分為誘導(dǎo)酶和阻遏酶。 1961 1961年，法國科學(xué)家年，法國科學(xué)家JacobJacob和和MonodMonod根據(jù)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏的根據(jù)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏的景象，提出了支配子景象，提出了支配子operon

23、operon模型。支配子是指編碼一特定代謝模型。支配子是指編碼一特定代謝途徑酶的構(gòu)造基因和控制這些基因轉(zhuǎn)錄的控制順序所構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄單途徑酶的構(gòu)造基因和控制這些基因轉(zhuǎn)錄的控制順序所構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄單位。這樣的轉(zhuǎn)錄單位在原核生物中即稱為支配子。位。這樣的轉(zhuǎn)錄單位在原核生物中即稱為支配子。一乳糖支配子一乳糖支配子lac operonlac operon是酶誘導(dǎo)合成的例子是酶誘導(dǎo)合成的例子1.1.乳糖支配子的組織構(gòu)造乳糖支配子的組織構(gòu)造構(gòu)造基因：構(gòu)造基因：Z Z基因基因編碼編碼半乳糖苷酶。半乳糖苷酶。 Y Y基因基因編碼半乳糖苷透過酶編碼半乳糖苷透過酶 A A基因基因編碼硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；妇幋a硫代半乳糖苷

24、轉(zhuǎn)乙?；钢浠蛑浠騩peratoroperator: :是阻遏蛋白結(jié)合部位。是阻遏蛋白結(jié)合部位。啟動基因又稱啟動子，啟動基因又稱啟動子，promoterpromoter: :是是RNARNA聚合酶結(jié)合的部位。聚合酶結(jié)合的部位。支配子支配子(operon)的構(gòu)造與功能的構(gòu)造與功能Inhibitor genePS1S2S3啟動子啟動子構(gòu)造基因構(gòu)造基因1，2，3.O支配基因支配基因PromoterOperator geneStructure gene調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)構(gòu)造基因構(gòu)造基因 支配子支配子表達阻表達阻遏蛋白遏蛋白 結(jié)合結(jié)合RNA聚合酶聚合酶 結(jié)合阻遏蛋白表達功能蛋白表達功能蛋白?I阻遏物基

25、因阻遏物基因Jacob和和Monod在對大腸桿菌乳糖發(fā)酵過程中酶的生物合成研討時，在對大腸桿菌乳糖發(fā)酵過程中酶的生物合成研討時，討論了基因表達調(diào)控機制，并提出了乳糖支配子模型。討論了基因表達調(diào)控機制，并提出了乳糖支配子模型。支配子：由一個啟動子共轉(zhuǎn)錄的幾個不同基因組成的轉(zhuǎn)錄單位，支配子：由一個啟動子共轉(zhuǎn)錄的幾個不同基因組成的轉(zhuǎn)錄單位，即由啟動子序列、支配基因和受支配基因調(diào)控的一個或多個相關(guān)即由啟動子序列、支配基因和受支配基因調(diào)控的一個或多個相關(guān)基因構(gòu)造基因組成的基因表達單位。支配子模型可以很好闡基因構(gòu)造基因組成的基因表達單位。支配子模型可以很好闡明原核生物基因表達的調(diào)控機制。明原核生物基因表達

26、的調(diào)控機制。調(diào)理物基因調(diào)理物基因控制控制部位部位幾個相關(guān)基因構(gòu)造基因幾個相關(guān)基因構(gòu)造基因支配子的普通構(gòu)造支配子的普通構(gòu)造大腸桿菌乳糖支配子大腸桿菌乳糖支配子 大腸桿菌乳糖支配子包括依次陳列的啟動子、支大腸桿菌乳糖支配子包括依次陳列的啟動子、支配基因和三個構(gòu)造基因。構(gòu)造基因配基因和三個構(gòu)造基因。構(gòu)造基因 Z 編碼分解乳糖的編碼分解乳糖的-半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、Y 編碼吸收乳糖的編碼吸收乳糖的-半乳糖苷透性酶、半乳糖苷透性酶、 a 編碼編碼-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶。半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶。O代表支配基因，代表支配基因，i 代表調(diào)理基因，代表調(diào)理基因，P 代表啟動子。假設(shè)進展轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄代表啟動子。假設(shè)

27、進展轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是一條多順反子產(chǎn)物是一條多順反子mRNA。 大腸桿菌可以利用乳糖作為它的獨一碳源，但需大腸桿菌可以利用乳糖作為它的獨一碳源，但需求合成代謝乳糖的三個酶：求合成代謝乳糖的三個酶： -半乳糖苷酶降解乳糖半乳糖苷酶降解乳糖生成半乳糖和葡萄糖、生成半乳糖和葡萄糖、-半乳糖苷透性酶使乳糖半乳糖苷透性酶使乳糖進入細胞內(nèi)、進入細胞內(nèi)、 -半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖代半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶半乳糖代謝時需求的酶。這三個酶都是乳糖存在時誘導(dǎo)生成謝時需求的酶。這三個酶都是乳糖存在時誘導(dǎo)生成的酶。的酶。乳糖支配子乳糖支配子 當細胞中沒有乳糖或其他誘導(dǎo)物時，調(diào)理物基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄、當細胞中沒有乳糖或其他誘導(dǎo)物

28、時，調(diào)理物基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄、表達生成阻遏物，然后阻遏物特異與支配基因結(jié)合，阻止表達生成阻遏物，然后阻遏物特異與支配基因結(jié)合，阻止 z、y、a 基因的轉(zhuǎn)錄?；虻霓D(zhuǎn)錄。阻遏物阻遏物阻遏物與支配基因結(jié)合，阻遏物與支配基因結(jié)合，阻止阻止 z、y、a 基因轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄 當細胞中存在乳糖或其他誘導(dǎo)物時，誘導(dǎo)物與阻遏物結(jié)當細胞中存在乳糖或其他誘導(dǎo)物時，誘導(dǎo)物與阻遏物結(jié)合，使阻遏物構(gòu)象發(fā)生變化，從而使阻遏物不能與支配基因合，使阻遏物構(gòu)象發(fā)生變化，從而使阻遏物不能與支配基因結(jié)合。這種情況下，在結(jié)合。這種情況下，在RNA聚合酶催化下可以進展聚合酶催化下可以進展 z、y、a 基因的轉(zhuǎn)錄。基因的轉(zhuǎn)錄。誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物mRNA

29、阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時沒有乳糖存在時乳糖支配子的調(diào)理機制乳糖支配子的調(diào)理機制阻遏基因阻遏基因1. 阻遏蛋白的負性調(diào)理阻遏蛋白的負性調(diào)理mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 乳糖支配子的構(gòu)造乳糖支配子的構(gòu)造AYZOPI結(jié)構(gòu)基因透酶 半乳糖苷酶調(diào)控區(qū)操縱序列啟動序列CAP結(jié)合位點調(diào)節(jié)基因乙酰轉(zhuǎn)移酶 CAP叫做分解代謝物基因活化蛋白叫做分解代謝物基因活化蛋白CRP稱為稱為cAMP受體蛋白它能使受體蛋白它能使GC對變得不穩(wěn)定，可促對變得不穩(wěn)定，可促進進AT對分開，從而有

30、利于轉(zhuǎn)錄。但對分開，從而有利于轉(zhuǎn)錄。但CAP的活性受的活性受cAMP程度的調(diào)理。當程度的調(diào)理。當cAMP與與CAP結(jié)合后才干使結(jié)合后才干使CAP同啟動子的同啟動子的CAP結(jié)合部位結(jié)合。結(jié)合部位結(jié)合。CAMP的程度的程度受受Glucose的某種分解代謝物的影響的某種分解代謝物的影響,該代謝物可以抑該代謝物可以抑制細菌腺苷環(huán)化酶的活性，激活磷酸二酯酶的活性，制細菌腺苷環(huán)化酶的活性，激活磷酸二酯酶的活性，因此可以降低因此可以降低cAMP的濃度的濃度.所以當有所以當有Glucose存在時存在時,細胞內(nèi)的細胞內(nèi)的cAMP程度顯著下降。這樣程度顯著下降。這樣cAMPCAP的的濃度降低，不能促進濃度降低，不

31、能促進RNA聚合酶進展轉(zhuǎn)錄，也就抑聚合酶進展轉(zhuǎn)錄，也就抑制了酶的誘導(dǎo)合成。制了酶的誘導(dǎo)合成。 只需當以乳糖作為獨一碳源時，才不會存在只需當以乳糖作為獨一碳源時，才不會存在Glucose的分解代謝物阻遏的景象。這時，的分解代謝物阻遏的景象。這時，cAMPCAP的程度升高，在乳糖的誘導(dǎo)下即可合成與乳糖的程度升高，在乳糖的誘導(dǎo)下即可合成與乳糖代謝有關(guān)的酶。代謝有關(guān)的酶。 cAMP cAMPCAPCAP復(fù)合物系統(tǒng)是以復(fù)合物系統(tǒng)是以cAMPcAMP為信號的正調(diào)理系統(tǒng)。為信號的正調(diào)理系統(tǒng)。它對一切分解代謝物敏感的支配子包括它對一切分解代謝物敏感的支配子包括laclac和和ara-ara-operonope

32、ron都有控制造用。在這里，乳糖利用酶的表達遭到都有控制造用。在這里，乳糖利用酶的表達遭到雙重控制，即以乳糖為誘導(dǎo)物的雙重控制，即以乳糖為誘導(dǎo)物的“精調(diào)以及以精調(diào)以及以cAMPcAMP為信為信號的號的“中調(diào)中調(diào)“控制?？刂?。 CAP CAP的正性調(diào)理的正性調(diào)理AYZOPI無葡萄糖，cAMP濃度高時CAPcAMPRNA pol 有葡萄糖，cAMP濃度低時AYZOPIRNA polCAPCAP的正性調(diào)理的正性調(diào)理: CAP蛋白是一個同二聚體，具有蛋白是一個同二聚體，具有DNA結(jié)合域和結(jié)合域和cAMP結(jié)合位點。當沒有葡萄糖存在時，由于結(jié)合位點。當沒有葡萄糖存在時，由于cAMP的濃度受葡萄糖代謝的調(diào)理

33、，的濃度受葡萄糖代謝的調(diào)理，cAMP濃度濃度表現(xiàn)為較高，這時表現(xiàn)為較高，這時cAMP與與CAP蛋白結(jié)合構(gòu)成蛋白結(jié)合構(gòu)成cAMP- CAP復(fù)合物。此復(fù)合物可結(jié)合劑復(fù)合物。此復(fù)合物可結(jié)合劑lac啟動啟動基因上游附近的基因上游附近的CAP位點上，從而可加強轉(zhuǎn)錄達位點上，從而可加強轉(zhuǎn)錄達50倍之多。倍之多。協(xié)調(diào)調(diào)理協(xié)調(diào)調(diào)理 當阻遏蛋白封鎖轉(zhuǎn)錄時，當阻遏蛋白封鎖轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系對該系統(tǒng)不能發(fā)揚作用；統(tǒng)不能發(fā)揚作用； 如無如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與存在，即使沒有阻遏蛋白與支配序列結(jié)合，支配子仍無轉(zhuǎn)錄活性。支配序列結(jié)合，支配子仍無轉(zhuǎn)錄活性。 單純?nèi)樘谴嬖跁r，細菌利用乳糖作碳源；單純?nèi)樘谴嬖跁r，細

34、菌利用乳糖作碳源； 假設(shè)有葡萄糖或葡萄糖假設(shè)有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時乳糖共同存在時 , 細菌首先利用葡萄糖。細菌首先利用葡萄糖。 葡萄糖對葡萄糖對 lac lac 支配子的阻遏作用稱分解代謝支配子的阻遏作用稱分解代謝阻遏阻遏catabolic repressioncatabolic repression。 OOOORNA pol無葡萄糖cAMP濃度高有葡萄糖cAMP濃度低有乳糖無乳糖RNA polRNA polRNA pol酸支配子的調(diào)理符合這種阻遏景象。酸支配子的調(diào)理符合這種阻遏景象。1. 1. 色氨酸支配子色氨酸支配子trp operontrp operon的組織構(gòu)造的組織構(gòu)造 構(gòu)

35、造基因構(gòu)造基因A.B.C.D.EA.B.C.D.E編碼從分支酸開場到編碼從分支酸開場到色氨酸合成的五種酶圖色氨酸合成的五種酶圖18-1818-18。trp Ltrp L編碼一個編碼一個前導(dǎo)肽。在前導(dǎo)肽。在trp Ltrp L中有一段順序稱為中有一段順序稱為attenuatorattenuator弱化基因或衰減子。此外，同樣存在支配基因弱化基因或衰減子。此外，同樣存在支配基因和啟動基因。和啟動基因。2. 2. 終產(chǎn)物終產(chǎn)物TrpTrp對對trp operontrp operon的調(diào)理的調(diào)理 Trp Trp作為一種輔阻遏物激活阻遏蛋白。當培育作為一種輔阻遏物激活阻遏蛋白。當培育基中含有豐富的基中含有豐富的TrpTrp或者它的合成過量時，即可激活或者它的合成過量時，即可激活阻遏蛋白阻遏蛋白trp Rtrp R的產(chǎn)