生化課件18物質(zhì)代謝及調(diào)節(jié)

第十八章物質(zhì)代謝的聯(lián)系及其調(diào)節(jié)第一節(jié)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)第三節(jié)基因表達(dá)調(diào)控思考

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細(xì)胞是生物體的結(jié)構(gòu)和功能單位，細(xì)胞代謝是一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。細(xì)胞代謝包括物質(zhì)代謝、能量代謝和信息代謝三個(gè)方面，生物機(jī)體的新陳代謝是一個(gè)完整統(tǒng)一的過(guò)程，并且存在復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制。第一節(jié)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)一、代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡(luò)二、分解代謝和合成代謝的單向性三、ATP是通用的能量載體四、NADPH

以還原力形式攜帶能量新陳代謝的概念及內(nèi)涵

小分子大分子合成代謝（同化作用）需要能量

釋放能量分解代謝（異化作用）大分子小分子物質(zhì)代謝能量代謝新陳代謝信息交換體外環(huán)境環(huán)境機(jī)體脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi

小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如乙酰CoA等）

共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位

生物氧化的三個(gè)階段NADPHO2H2O生物界能量傳遞及轉(zhuǎn)化總過(guò)程太陽(yáng)電子傳遞合成分解電子傳遞光合作用呼吸作用生命現(xiàn)象自養(yǎng)細(xì)胞異養(yǎng)細(xì)胞ATPADP(CH2O)+O2(CO2)+H2OATPADP（光能）（電能）（化學(xué)能）（化學(xué)能）（電能）（化學(xué)能）生物合成機(jī)械功主動(dòng)運(yùn)輸生物發(fā)光生物發(fā)電生物發(fā)熱氧化磷酸化通過(guò)NADPH循環(huán)將還原力由分解代謝轉(zhuǎn)移給生物合成反應(yīng)NADPH+H+NADP+分解代謝還原性有機(jī)物還原性生物合成反應(yīng)氧化物還原性生物合成產(chǎn)物氧化前體磷酸戊糖途徑的兩個(gè)階段

2、非氧化分子重排階段

6

核酮糖-5-P

5

果糖-6-P

5

葡萄糖-6-P1、氧化脫羧階段

6

G-6-P

6

葡萄糖酸-6-P

6

核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6NDPH+6H+6CO26H2O脂肪酸生物合成的反應(yīng)歷程β-烯丁酰ACPCH3COCH2C0-SACP

丁酰ACPCH3CH(OH)CH2C0-SACP

CH3CH=CH2C0-SACPCH3CH2CH2C0-SACP

β-酮丁酰ACPβ-羥丁酰ACPCH3COCoACH3COACPHOOCCH3COACPHOOCCH3COCoACH3COCoACO2+ACPC2C2C2C2C2C2NADPH+H+NADP+NADP+NADPH+H+H2OCH3(CH2)14C0-SACP+CO2ACP還原酶還原酶脫水酶糖分解和糖異生途徑中相對(duì)獨(dú)立的單向反應(yīng)

二磷酸果糖磷酸酯酶

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2

磷酸烯醇丙酮酸2

丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2

草酰乙酸PEP羧激酶ATP攜帶能量由能源傳遞給細(xì)胞的需能過(guò)程ATPADP+Pi太陽(yáng)能化學(xué)能生物合成細(xì)胞運(yùn)動(dòng)膜運(yùn)輸ATP供能的方式:1、水解釋放自由能2、轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)ATP產(chǎn)生的方式:1、底物水平磷酸化2、電子傳遞水平磷酸化一、代謝途徑交叉形成網(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檸檬酸異檸檬酸蛋白質(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丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖-酮戊二酸琥珀酰CoA蘋(píng)果酸草酰乙酸延胡索酸琥珀酸三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)琥珀酸糖異生草酰乙酸乳酸或乙醇糖代謝主要途徑

葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途徑糖酵解（有氧）（無(wú)氧）三羧酸循環(huán)（有氧或無(wú)氧）糖異生乙醛酸循環(huán)糖原或淀粉糖代謝與脂類(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)

-氧化糖異生TCA乙醛酸循環(huán)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）（胞液）（線粒體）葡萄糖6-P-葡萄糖1-P-葡萄糖糖原6-P-果糖ATPADP1,6-二P-果糖PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)丙酮酸丙酮酸檸檬酸異檸檬酸

-酮戊二酸琥珀酸CO2蘋(píng)果酸草酰乙酸ADPATPHCO3-蘋(píng)果酸草酰乙酸GTPGDPCO2H2OPiPi谷氨酸（轉(zhuǎn)氨基作用）天冬氨酸丙氨酸H2OPi氨基酸代謝與糖異生途徑的關(guān)系

乙酰CoACO2ATP+CO2ADP（胞液）（線粒體）PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)丙酮酸檸檬酸異檸檬酸

-酮戊二酸琥珀酸CO2蘋(píng)果酸GTP蘋(píng)果酸草酰乙酸GTPGDPCO2谷氨酸丙氨酸NADHAA分解與糖代謝的關(guān)系

葡萄糖乙酰CoACO2草酰乙酸丙酮酸NADHFADH2NADH天冬氨酸ATPNADH+CO2NADH糖異生作用脂類(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）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。一、細(xì)胞結(jié)構(gòu)對(duì)代謝途徑的分隔控制調(diào)節(jié)二、酶水平的調(diào)節(jié)三、激素等信號(hào)分子調(diào)節(jié)第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)

生物機(jī)體的新陳代謝是一個(gè)完整統(tǒng)一的過(guò)程，并且存在復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制。生物機(jī)體的代謝調(diào)節(jié)在三個(gè)不同的水平上進(jìn)行，即酶水平調(diào)節(jié)，細(xì)胞水平調(diào)節(jié)，多細(xì)胞整體水平調(diào)節(jié)（激素水平、神經(jīng)水平調(diào)節(jié)），其中酶水平是最基本的調(diào)節(jié)方式。所有這些調(diào)節(jié)機(jī)制都是在基因產(chǎn)物蛋白質(zhì)（可能還有RNA）的作用下進(jìn)行的，也就是說(shuō)與基因表達(dá)有關(guān)。1、酶的別構(gòu)效應(yīng)(酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié))2、酶的共價(jià)修飾與級(jí)聯(lián)放大機(jī)制3、產(chǎn)能反應(yīng)與需能反應(yīng)的調(diào)節(jié)一、酶水平的調(diào)節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和酶的空間分布線粒體丙酮酸氧化三羧酸循環(huán)脂肪酸-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DNA復(fù)制RNA合成和加工內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)合成磷脂合成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)對(duì)代謝途徑的分隔控制調(diào)節(jié)

控制跨膜離子濃度梯度梯度和電化梯度

控制細(xì)胞和細(xì)胞器物質(zhì)運(yùn)輸

內(nèi)膜系統(tǒng)對(duì)代謝途徑的分隔作用

膜與酶的可逆結(jié)合酶活性的前饋和反饋調(diào)節(jié)

前饋（feedforward）和反饋（feedback）是來(lái)自電子工程學(xué)的術(shù)語(yǔ)，前者的意思是“輸入對(duì)輸出的影響”，后者的意思是“輸出對(duì)輸入的影響”，這里分別借用來(lái)說(shuō)明底物和代謝產(chǎn)物對(duì)代謝過(guò)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(fù)調(diào)控，其調(diào)節(jié)機(jī)理是通過(guò)酶的變構(gòu)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。S0SnS2S1E0E1En-1或+—或+—反饋前饋反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制代謝物別構(gòu)中心活性中心6-磷酸葡萄糖對(duì)糖原合成的前饋激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原合成酶ATPADP

UTPUDPG

葡萄糖丙酮酸羧化酶乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖草酰乙酸

-酮戊二酸擰檬酸天冬氨酸氨基酸蛋白質(zhì)嘧啶核苷酸核酸

氨甲酰天冬氨酸——+++磷酸烯醇式丙酮酸羧化反應(yīng)的調(diào)節(jié)控制氨基酸合成的反饋調(diào)控反硝化作用氧化亞氮氨甲酰磷酸分支酸脫氧庚酮糖酸-7-磷酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸赤蘚糖-4-磷酸脫氫奎尼酸莽草酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸

+預(yù)苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛高絲氨酸氨基苯甲酸

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?；蜍挣；?去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。激酶ATPADP磷酸化酶b（無(wú)活性）磷酸化酶aP（有活性）磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾共價(jià)修飾

糖原分解途徑酶的共價(jià)修飾調(diào)控及級(jí)聯(lián)放大系統(tǒng)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ATPADPATPADP腎上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖456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(jī)制進(jìn)行調(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(jià)修飾的調(diào)節(jié)及變構(gòu)效應(yīng)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。糖原合成酶a(有活性)糖原磷酸化酶b(無(wú)活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶b(無(wú)活性)糖原磷酸化酶a(有活性)PP激酶磷酸酯酶糖異生作用與糖酵解的協(xié)同調(diào)節(jié)

糖原(或淀粉)葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸6-磷酸果糖果糖-1，6-二磷酸3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2

1，3-二磷酸甘油酸2

3-磷酸甘油酸2

2-磷酸甘油酸2

磷酸烯醇丙酮酸2

丙酮酸葡萄糖

糖異生作用與糖酵解是兩條相反的途徑，為了避免能量的浪費(fèi)和途徑之間的相互干擾,總是一條途徑開(kāi)放而另外一條途徑關(guān)閉。兩條途徑的協(xié)同調(diào)控是通過(guò)糖酵解反應(yīng)歷程中三個(gè)部位的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

磷酸果糖激酶I丙酮酸激酶己糖激酶F-2,6-BP+丙酮酸羧化酶2

草酰乙酸PEP羧激酶果糖-1,6-二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶2，6-二磷酸果糖合成和降解的調(diào)控

磷酸果糖激酶II（去磷酸化后的酶）F-6-P低血糖果糖二磷酸酶II(磷酸化后的酶)P+—F-2,6-BPATPADPH2OPiATPADPPiH2O激酶磷酸酯酶果糖-1,6二磷酸對(duì)糖酵解和糖異生的協(xié)同調(diào)節(jié)機(jī)制磷酸果糖激酶I(PFK-1)2,6-二磷酸果糖(F2,6P2)6-磷酸果糖(F6P)1,6-二磷酸果糖(F1,6P2)果糖二磷酸酶II(FBPase-2)果糖二磷酸酶I(FBPase-1)ATPADPH2OPi磷酸果糖激酶II(PFK-2)ATPADPH2OPiP信號(hào)分子+ATPADPPiH2O+—不參加代謝反應(yīng)，作為強(qiáng)有力的別構(gòu)調(diào)節(jié)劑，介導(dǎo)激素對(duì)糖酵解和糖異生作用的調(diào)節(jié)。細(xì)胞能量狀態(tài)指標(biāo)

能荷=—————————

[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP][ATP][ATP][ADP]ATP系統(tǒng)質(zhì)量作用比=[NAD(P)H][NAD(P)+]氧化型和還原型脫氫酶輔酶濃度比：檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)CoASH檸檬酸順烏頭酸

－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸蘋(píng)果酸草酰乙酸1、底物的可用性調(diào)節(jié)

乙酰CoA

草酰乙酸

２、關(guān)鍵酶活性調(diào)節(jié)

檸檬酸合成酶

異檸檬酸脫氫酶

－酮戊二酸脫氫酶ADP+NADHATP-琥珀酰CoANADH-檸檬酸NADH

ATP-異檸檬酸糖酵解與三羧酸循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)丙酮酸

G細(xì)胞液檸檬酸乙酰CoA檸檬酸草酰乙酸-酮戊二酸乙酰CoA丙酮酸

線粒體

G-6-P

F-6-P

F-1.6-2P

磷酸果糖激酶

PEPADP+PiATPADP+PiATP

NADH

O2ATP

ADP+PiAMP+ATP2ADP

PiPi

PEP羧激酶+++---++----

己糖激酶

丙酮酸脫氫酶

檸檬酸合成酶-酮戊二酸脫氫酶呼吸鏈電子傳遞三、激素等信號(hào)分子調(diào)節(jié)1、胞間信號(hào)分子及跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)2、可溶性激素作用模式3、脂溶性激素作用模式第一信使和第二信使圖解

各種刺激

胞間信號(hào)（第一信使）

失活的信號(hào)分子

膜表面受體

cAMP或IP3、DG

（第二信使）酶活性通透性及其他生理反應(yīng)類(lèi)固醇激素、甲狀腺等激素釋放細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)胞內(nèi)受體基因表達(dá)調(diào)控甾醇類(lèi)激素作用原理示意圖肽類(lèi)激素通過(guò)cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖

ATP

cAMP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用改變細(xì)胞的生理過(guò)程細(xì)胞膜細(xì)胞膜cR蛋白激酶（無(wú)活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）受體環(huán)化酶激素G蛋白第二信使cAMP激活蛋白激酶的作用機(jī)理

激素對(duì)脂代謝的調(diào)節(jié)甘油三脂脂肪動(dòng)員激素（腎上腺素、生長(zhǎng)激素等）受體修飾受體腺苷酸環(huán)化酶（無(wú)活性）腺苷酸環(huán)化酶（有活性）ATPcAMP蛋白質(zhì)激酶(無(wú)活性)蛋白質(zhì)激酶(有活性)脂肪酸+甘油（第一信使）（第二信使）激素敏感性脂酶（無(wú)活性）激素敏感性脂酶-P

（有活性）ATPADP一、基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的原理二、原核基因表達(dá)調(diào)控的操縱子模型第三節(jié)基因表達(dá)的調(diào)控

蛋白質(zhì)參與并控制細(xì)胞的一切代謝活動(dòng)，而決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和時(shí)序的信息編碼在核酸分子中表現(xiàn)為特定的核苷酸序列，基因表達(dá)即是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄核翻譯過(guò)程。生物在生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中，遺傳信息的展現(xiàn)可能按一定時(shí)間程序發(fā)生改變（時(shí)序調(diào)節(jié)),而且隨著內(nèi)外環(huán)境的條件的變換加以調(diào)節(jié)（適應(yīng)調(diào)節(jié)）；也可以在不同水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)（多水平調(diào)節(jié)）。基因表達(dá)多水平調(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)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)基因表達(dá)調(diào)控的七個(gè)水平

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)

mRNA降解調(diào)節(jié)

翻譯后加工的調(diào)節(jié)

蛋白質(zhì)降解調(diào)節(jié)

蛋白質(zhì)投遞和降解調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)降解調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)投遞和降解調(diào)節(jié)最有效的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)一、RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子的順序二、轉(zhuǎn)錄起始接受DNA結(jié)合蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)三、調(diào)節(jié)蛋白能準(zhǔn)確地與DNA結(jié)合四、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用也具調(diào)節(jié)功能基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的原理基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的原理基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的基本分子機(jī)制就是通過(guò)大分子間的識(shí)別和結(jié)合來(lái)決定轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)或終止以及轉(zhuǎn)錄的速度。

可被RNA聚合酶結(jié)合并誘發(fā)轉(zhuǎn)錄起始的DNA序列稱(chēng)為啟動(dòng)子，轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)是靠RNA聚合酶和啟動(dòng)子的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不同啟動(dòng)子的核苷酸順序有著明顯的不同，因而影響它們和RNA聚合酶的親和力，結(jié)合親和力的不同又直接影響著轉(zhuǎn)錄起始的頻率。例：大腸桿菌啟動(dòng)子序列特征

RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子序列大腸桿菌啟動(dòng)子共有序列的功能××AGTCTTGACA××××××××××××××××××TAT××××××××××××××ATAAAT××××××AACTGT××××TTA××××××××××××××××Pribnow框-10-35識(shí)別區(qū)16-19bp5-9bp起點(diǎn)

至少有三種類(lèi)型的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄起始：

1）特殊蛋白質(zhì)因子(specificfactor)—改變RNA聚合酶對(duì)一個(gè)給定啟動(dòng)子的結(jié)合特異性，如大腸桿菌RNA聚合酶的亞基；２）阻遏蛋白(repressor)—結(jié)合于啟動(dòng)子，阻止RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的接近；３）激活子蛋白(activator)—結(jié)合于啟動(dòng)子附近，增強(qiáng)RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的結(jié)合。

轉(zhuǎn)錄起始接受DNA結(jié)合蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)的普遍模式負(fù)調(diào)節(jié)作用分子信號(hào)引起調(diào)節(jié)蛋白從DNA上解離正調(diào)節(jié)作用分子信號(hào)引起調(diào)節(jié)蛋白對(duì)DNA的結(jié)合轉(zhuǎn)錄(d)阻遏子分子信號(hào)不轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(b)不轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄(c)激活子增強(qiáng)子RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄不轉(zhuǎn)錄操縱基因啟動(dòng)子(a)不轉(zhuǎn)錄

調(diào)節(jié)蛋白總是和特異的DNA順序結(jié)合，它們和靶序列的親和力要高出其他順序的104

106。大部分調(diào)節(jié)蛋白有獨(dú)立的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（domains），這些結(jié)構(gòu)域中含有與DNA直接特異性結(jié)合的亞基結(jié)構(gòu)。這類(lèi)亞結(jié)構(gòu)中常常含有一個(gè)或一組較小的可以辨認(rèn)的有特征性的超二級(jí)結(jié)構(gòu)，如“螺旋區(qū)-轉(zhuǎn)角-螺旋”(helix-turn-helix)和“鋅指”(ZineFinger)，因此把這些有特征性亞結(jié)構(gòu)叫作結(jié)構(gòu)模序(structuralmotif)。調(diào)節(jié)蛋白通過(guò)這些motif能識(shí)別DNA分子表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合位點(diǎn)往往含有逥文序列。調(diào)節(jié)蛋白能準(zhǔn)確地與DNA結(jié)合DNA堿基對(duì)在大溝中的功能基團(tuán)

大溝大溝DNA堿基對(duì)在大溝中的功能團(tuán)能被蛋白質(zhì)識(shí)別，以區(qū)分不同堿基對(duì)

小溝A=T大溝小溝G=C大溝小溝C=G小溝T=A大溝小溝谷氨酰胺(或天冬酰胺)

精氨酸

C=GT=ADNA與蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)氨基酸與堿基之間相互識(shí)別作用

蛋白質(zhì)螺旋區(qū)-轉(zhuǎn)角-螺旋可識(shí)別特定的DNA堿基序列

Lac阻遏子的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域四聚化的Lac阻遏子DNA鋅指（ZineFinger）基元Zn2+PheHisHisArgCysCysLeu鋅指基元中Cys和His殘基構(gòu)成結(jié)合鋅的位點(diǎn)鋅指與DNA的作用DNA鋅指

調(diào)節(jié)蛋白不僅含有與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，也含蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域。這些結(jié)構(gòu)域參與和RNA聚合酶以及其他調(diào)節(jié)蛋白，或同一個(gè)蛋白的其他亞基的互相作用。許多起基因激活作用的轉(zhuǎn)錄因子常以二聚體的形式與DNA結(jié)合，這些蛋白質(zhì)的一些結(jié)構(gòu)域用于二聚體的形成。和DNA結(jié)合結(jié)合結(jié)構(gòu)模序一樣，這些介導(dǎo)蛋白質(zhì)間相互作用的結(jié)構(gòu)模序(structuralmotif)也可以分成幾類(lèi)，兩個(gè)最重要的例子是“亮氨酸拉鏈”（leucinezipper）和“堿性螺旋區(qū)-環(huán)-螺旋”(basichelix-loop-helix)。蛋白與蛋白質(zhì)的相互作用的調(diào)節(jié)功能亮氨酸拉鏈（leucinezipper）基元

（兩條多肽鏈結(jié)合形成亮氨酸蛋白結(jié)合在一個(gè)回文的靶DNA序列上）回文的靶DNA序列亮氨酸拉鏈蛋白單體亮氨酸拉鏈蛋白單體螺旋區(qū)-環(huán)-螺旋（HLH）形成二聚體后和DNA的相互作用HLH同源二聚體螺旋螺旋環(huán)

原核基因表達(dá)的協(xié)同單位—操縱子操縱子結(jié)構(gòu)基因（編碼一組蛋白質(zhì)）控制部位操縱基因（operator,O）啟動(dòng)子（premotor,P）

乳糖(Lac)操縱子模型

阿拉伯糖操縱子模型

色氨酸操縱子模型原核生物基因表達(dá)的遺傳機(jī)制—操縱子學(xué)說(shuō)

操縱子和操縱子學(xué)說(shuō)

激活子結(jié)合位點(diǎn)阻遏子結(jié)合位點(diǎn)幾個(gè)基因以一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子ABC操縱基因調(diào)節(jié)順序

原核細(xì)胞相關(guān)功能的結(jié)構(gòu)基因常連在一起成一個(gè)基因簇，這樣形成的一個(gè)包括啟動(dòng)子、操縱基因和結(jié)構(gòu)基因的基因表達(dá)調(diào)控單位，被稱(chēng)為操縱子。它們編碼同一個(gè)代謝途徑中的不同的酶。一個(gè)基因簇被串聯(lián)排列在染色體上一起轉(zhuǎn)錄，其轉(zhuǎn)錄起始由同一個(gè)啟動(dòng)子位點(diǎn)調(diào)節(jié)，通過(guò)同一個(gè)操縱基因控制，一開(kāi)俱開(kāi)，一閉俱閉，這就是原核細(xì)胞基因表達(dá)的操縱子學(xué)說(shuō)。酶的誘導(dǎo)和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑A.有活性阻遏蛋白D.無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動(dòng)基因調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因

阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)酶蛋白mRNAC.無(wú)活性阻遏蛋白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)物大腸桿菌中的乳糖代謝乳糖

異構(gòu)乳糖

乳糖

半乳糖

葡萄糖糖

半乳糖苷透過(guò)酶

乳糖

-半乳糖苷酶

-半乳糖苷酶

大腸桿菌乳

糖

操

縱

子

負(fù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

阻遏蛋白（無(wú)活性）

A、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)和阻遏

B、乳糖酶的誘導(dǎo)

乳糖

阻遏蛋白（有活性）調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PmRNA

阻遏蛋白（有活性）基因不表達(dá)啟動(dòng)子OR半乳糖苷透過(guò)酶-半乳糖苷酶P調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因OR半乳糖苷透過(guò)酶

半乳糖苷酶啟動(dòng)子mRNA基因表達(dá)酶蛋白mRNA大腸桿Lac阻遏蛋白

的結(jié)構(gòu)與功能操縱基因順序

Lac阻遏子結(jié)合于DNA的不連續(xù)片段

Lac阻遏子結(jié)合誘導(dǎo)物異丙基巰基半乳糖苷(IPGT)后引起構(gòu)象改變操縱基因結(jié)合阻遏子后形成DNA環(huán)

乳糖操縱子的強(qiáng)烈誘導(dǎo)既需要有乳糖存在以滅活阻遏子，又需要葡萄糖不存在或僅有低濃度，以增加cAMP濃度促進(jìn)與CAP的結(jié)合。乳糖和葡萄糖對(duì)Lac操縱子表達(dá)的聯(lián)合影響

低葡萄糖高cAMP

cAMP

RNA聚合酶CAPCAP位點(diǎn)

Lac阻遏子

Lac阻遏子

乳糖

乳糖

啟動(dòng)子

高葡萄糖低cAMP

cAMP和CAP參與許多操縱子的協(xié)同調(diào)節(jié)，這些操縱子主要編碼著負(fù)責(zé)第二類(lèi)糖（乳糖、阿拉伯糖等）代謝的酶。由共同調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)的操縱子網(wǎng)絡(luò)叫調(diào)節(jié)網(wǎng)。這種安排能使細(xì)胞內(nèi)幾百個(gè)基因?qū)Νh(huán)境改變做出協(xié)調(diào)的生理改變。這也是真核生物對(duì)散布的基因網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)節(jié)的基本原理。其他細(xì)菌調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)還有對(duì)溫度改變作出反應(yīng)的熱休克基因調(diào)節(jié)系統(tǒng)和對(duì)DNA損傷誘導(dǎo)的SOS反應(yīng)?；蛘{(diào)節(jié)網(wǎng)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)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)控的七個(gè)水平

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)

mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)降解調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)投遞和降解調(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

轉(zhuǎn)錄因子的相互作用控制轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)降解調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)投遞和降解調(diào)節(jié)問(wèn)答題1、為什么說(shuō)三羧酸循環(huán)是糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝的共同通路？2、舉例說(shuō)明核苷酸類(lèi)化合物在代謝中起的作用。3、試比較變構(gòu)調(diào)節(jié)與化學(xué)修飾調(diào)節(jié)作用的異同？4、試以大腸桿菌乳糖操縱子說(shuō)明酶合成的誘導(dǎo)和阻遏。5、寫(xiě)出天冬氨酸在體內(nèi)氧化生成CO2和H2O的主要?dú)v程，注明其中脫氫反應(yīng)的酶，并計(jì)算所產(chǎn)生的ATP數(shù)目。6、簡(jiǎn)述能荷調(diào)節(jié)對(duì)代謝的影響及其生物系意義