第三十九章細(xì)胞代謝與基因表達(dá)調(diào)控

第一節(jié)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)

1、糖代謝與脂類(lèi)代謝的相互關(guān)系2、糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系3、脂類(lèi)代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系4、核酸與糖、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系一、代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡(luò)目前一頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)糖代謝與脂類(lèi)代謝的相互聯(lián)系

糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解從頭合成脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循環(huán)-氧化糖異生TCA目前二頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系延胡索酸琥珀酸蘋(píng)果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物目前三頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖→→α-酮酸氨基酸蛋白質(zhì)

NH3蛋白質(zhì)氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）目前四頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)脂類(lèi)代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系

脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）目前五頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)核酸與糖、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系

核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。

核酸是細(xì)胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細(xì)胞的成分和代謝類(lèi)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，而且需要酶和多種蛋白質(zhì)因子。各類(lèi)物質(zhì)代謝都離不開(kāi)具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。目前六頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)糖類(lèi)脂類(lèi)氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴(lài)氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋(píng)果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質(zhì)淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖目前七頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)1、細(xì)胞的能量狀態(tài)決定代謝的方向二、分解代謝和合成代謝的單向性

2、關(guān)鍵的調(diào)控步驟決定代謝的方向目前八頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)一、代謝調(diào)節(jié)的概念第二節(jié)酶活性調(diào)節(jié)二、酶水平的調(diào)節(jié)目前九頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)代謝調(diào)節(jié)生命是靠代謝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同時(shí)有那麼多復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)轉(zhuǎn)，必須有靈巧而嚴(yán)密的調(diào)節(jié)機(jī)制，才能使代謝適應(yīng)外界環(huán)境的變化與生物自身生長(zhǎng)發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會(huì)導(dǎo)致代謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來(lái)越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。代謝調(diào)節(jié)的四級(jí)水平：酶水平調(diào)節(jié)細(xì)胞水平調(diào)節(jié)激素水平調(diào)節(jié)神經(jīng)水平調(diào)節(jié)多細(xì)胞整體水平調(diào)節(jié)目前十頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)（一）、酶活性的調(diào)節(jié)

（二）、酶含量的調(diào)節(jié)二、酶水平的調(diào)節(jié)目前十一頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)1、酶促反應(yīng)的前饋和反饋（1）、反饋活化（2）、反饋抑制

一種運(yùn)動(dòng)效果對(duì)于這種運(yùn)動(dòng)的影響年就是反饋（feedback）。在酶促反應(yīng)中的產(chǎn)物或最終產(chǎn)物都能影響變構(gòu)酶的活性，以此來(lái)調(diào)節(jié)代謝的進(jìn)行，若促進(jìn)活化的為正反饋，反之為負(fù)反饋。酶促反應(yīng)的前饋和反饋，以下重點(diǎn)介紹反饋目前十二頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)

由代謝產(chǎn)物作為變構(gòu)劑來(lái)活化在此產(chǎn)物合成過(guò)程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱(chēng)為反饋活化。反饋活化目前十三頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)

由代謝產(chǎn)物作為變構(gòu)劑來(lái)抑制在此產(chǎn)物合成過(guò)程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱(chēng)為反饋抑制。這是一種反饋機(jī)制，多數(shù)情況下控制合成代謝。反饋抑制目前十四頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前十五頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)2、、變構(gòu)調(diào)節(jié)（別構(gòu)調(diào)節(jié)）（1）變構(gòu)酶和變構(gòu)調(diào)節(jié)作用有些酶分子除了具有活性中心（結(jié)合部位和催化部位）外，還存在一個(gè)特殊的調(diào)控部位，即變構(gòu)中心。變構(gòu)中心雖然不是酶活性中心的組成部分，但它可以與某些化合物（稱(chēng)為變構(gòu)劑）發(fā)生非共價(jià)結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象的改變，對(duì)酶起到激活或抑制的作用。這類(lèi)酶通常稱(chēng)為變構(gòu)酶，由于變構(gòu)劑與變構(gòu)中心的結(jié)合而引起酶活性改變的現(xiàn)象則稱(chēng)為變構(gòu)調(diào)節(jié)作用。目前十六頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前已知的變構(gòu)酶均為寡聚酶，含兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基，一般分子量較大，而且具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。大多數(shù)由變構(gòu)酶催化的反應(yīng)不遵守米氏方程，由變構(gòu)劑所引起的抑制作用也不服從典型的競(jìng)爭(zhēng)性或非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的數(shù)量關(guān)系。目前十七頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)代謝物別構(gòu)中心活性中心目前十八頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)

酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催化下，可以共價(jià)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(chēng)為酶的共價(jià)修飾（Covalentmoldification）。目前已知有六種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷?；?，尿苷?；?去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。3、共價(jià)修飾

目前十九頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)共價(jià)調(diào)節(jié)酶有如下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無(wú)催化活性）。正反兩個(gè)方向的互變均發(fā)生共價(jià)修飾反應(yīng)，并且都將引起酶活性的變化。激酶ATPADP磷酸化酶（無(wú)活性）磷酸化酶P（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾目前二十頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)（2）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)作用可以產(chǎn)生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象，所以具有信號(hào)放大效應(yīng)。例如腎上腺素引起糖原分解過(guò)程中的一系列磷酸化激活步驟，其結(jié)果將激素的信號(hào)被逐級(jí)放大了約300萬(wàn)倍。目前二十一頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)酶級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖意義：由于酶的共價(jià)修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少量信號(hào)分子（如激素）存在，即可通過(guò)加速這種酶促反應(yīng)，而使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶（無(wú)活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（無(wú)活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（無(wú)活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（無(wú)活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液腎上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456目前二十二頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)1、酶蛋白生物合成的誘導(dǎo)和阻遏2、色氨酸衰減作用目前二十三頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)（1）、酶的誘導(dǎo)生成作用——某種物質(zhì)（誘導(dǎo)物）能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)酶的生成。如大腸桿菌中β—半乳糖苷酶的合成。（2）酶的阻遏生成作用——某種物質(zhì)（阻遏物）能阻止細(xì)胞內(nèi)酶的生成。如大腸桿菌中色氨酸酶的合成。目前二十四頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)大腸桿菌培養(yǎng)過(guò)程中如果缺少乳糖，細(xì)胞中就不含任何可以代謝乳糖的酶。但是在培養(yǎng)基中加入乳糖后，大腸桿菌就能在幾分鐘內(nèi)合成出與乳糖水解有關(guān)的酶，使之能利用這種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在此過(guò)程中，乳糖起著誘導(dǎo)物作用。由乳糖誘導(dǎo)產(chǎn)生的與乳糖水解相關(guān)的三種酶：-半乳糖苷酶，-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶，被稱(chēng)為誘導(dǎo)酶。這三個(gè)酶蛋白是大腸桿菌DNA上的三個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成的。目前二十五頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)a、操縱子——基因表達(dá)的協(xié)同單位操縱子結(jié)構(gòu)基因（編碼蛋白質(zhì)，S）控制部位操縱基因（operator,O）啟動(dòng)子（premotor,P）b、大腸桿菌中β—半乳糖苷酶合成的機(jī)制原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制

操縱子學(xué)說(shuō)

目前二十六頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)

大

腸

桿

菌

中

β

半

乳

苷

酶

的

形

成

調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacamRNA阻遏蛋白（有活性）基因關(guān)閉啟動(dòng)子ORPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子ORmRNAZmRNAYmRNAa阻遏蛋白（無(wú)活性）基因表達(dá)mRNAA.有活性阻遏蛋白

B.有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑

乳糖阻遏蛋白（有活性）目前二十七頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)色氨酸操縱子（trpoperon）屬于阻遏型操縱子，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(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺乏色氨酸時(shí)，此操縱子開(kāi)放，而當(dāng)細(xì)胞內(nèi)合成的色氨酸過(guò)多時(shí)，此操縱子被關(guān)閉。

目前二十八頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制與乳糖操縱子類(lèi)似，但通常情況下，操縱子處于開(kāi)放狀態(tài)，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄。而當(dāng)色氨酸合成過(guò)多時(shí)，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，后者與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉。目前二十九頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)酶的阻遏合成機(jī)制A.無(wú)活性阻遏蛋白B.無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)阻遏蛋白(無(wú)活性)酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)代謝產(chǎn)物目前三十頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)色氨酸操縱子的調(diào)控還涉及轉(zhuǎn)錄衰減(attenuation)機(jī)制。即在色氨酸操縱子第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因與啟動(dòng)基因之間存在有一衰減區(qū)域，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)色氨酸酸濃度很高時(shí)，通過(guò)與轉(zhuǎn)錄相偶聯(lián)的翻譯過(guò)程，形成一個(gè)衰減子結(jié)構(gòu)，使RNA聚合酶從DNA上脫落，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止。目前三十一頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三十二頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)第三節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)對(duì)代謝途徑的分隔控制

細(xì)胞膜控制細(xì)胞與環(huán)境之間的物質(zhì)、能量和信息交換；核膜將細(xì)胞分為細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)兩部分，細(xì)胞核貯存遺傳信息，進(jìn)行基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的加工；胞液是細(xì)胞質(zhì)的連續(xù)水相部分，糖酵解、糖原異生、磷酸葡萄糖途徑，及糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸的生物合成主要在胞液中進(jìn)行，胞液中懸浮著細(xì)胞器和細(xì)胞骨架；粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成分泌性蛋白質(zhì)，光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成磷脂、糖脂、膽固醇，蛋白質(zhì)的糖基化在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的內(nèi)側(cè)進(jìn)行，通過(guò)運(yùn)輸泡與靶細(xì)胞器的膜融合后轉(zhuǎn)向膜的外側(cè)；高爾基體參與細(xì)胞合成物和吸收物的加工、濃縮、包裝、運(yùn)輸；溶酶體分解細(xì)胞的吞噬物和老化的細(xì)胞內(nèi)容物；線(xiàn)粒體中進(jìn)行檸檬酸循環(huán)、脂肪酸氧化、氨基酸分解、氧化磷酸化等產(chǎn)能反應(yīng)。目前三十三頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)酶定位的區(qū)域化線(xiàn)粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化細(xì)胞質(zhì):酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細(xì)胞核:核酸合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)合成;磷脂合成目前三十四頁(yè)\總數(shù)三十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)真核生物基因表達(dá)調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體mRNA降解物活性蛋白質(zhì)DNA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)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核細(xì)胞質(zhì)真核基因表達(dá)調(diào)控的五個(gè)水平

DNA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)翻譯水平調(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)控順式作用元件和反式作用因子