《2018年生物化学第十二章细胞代谢和基因表达调节-文档资料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018年生物化学第十二章细胞代谢和基因表达调节-文档资料.ppt（29页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、一、代谢途径交叉形成网络,第一节 细胞代谢的调节网络,细胞代谢调节的总原则和方略,糖、脂、蛋白质、核酸代谢之间的联系,P624,糖代谢与脂类代谢的相互联系,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,糖 -酮酸 非必需氨基酸 蛋白质,NH3,蛋白质 氨基酸 -酮酸 糖,（生糖氨基酸）,节首,氨基化,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂肪,甘油,磷酸二羟丙酮,脂肪酸,乙酰CoA,氨基酸碳架,非必需氨基酸,蛋白质,节首,TCA,核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,3.核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。,1.核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞
2、的成分和代谢类型,2.各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。,节首,4.核苷酸的生物合成需要糖代谢提供磷酸核糖，蛋白质代谢提供氨基酸。,5.核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。,二、分解和合成代谢的单向性 三、ATP是通用的能量载体 四、NADPH以还原力形式携带能量 用于还原性生物合成 五、代谢的要略 形成ATP、NADPH和结构单元用于生物合成,节首,下一页,一、细胞水平的代谢调节,二、激素水平的代谢调节,三、神经水平的代谢调节,第二节
3、代谢调节,代谢调节可在多个水平进行，如底物水平、酶水平等。,一、细胞水平的代谢调节,（一）代谢途径的区域化分隔与控制 细胞具有精细结构，真核细胞具有膜包围的细胞器。 因此代谢途径的有关酶类，常常组成酶系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构。 1.控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度； 2.控制物质运输 3.膜与酶可逆结合双关酶（HK，PFK等）,P630,真核细胞内某些酶的区域化分布,节首,P631,（二）酶活性的调节,1. 别构调节抑制或激活 2. 酶原激活 3. 酶的共价修饰调节,节首,（三）酶量的调节,1、酶生物合成的诱导和阻遏 （原核生物目前研究较深入） 操纵子学说 2、酶的降解,P626,二
4、、激素水平的代谢调节,激素的分类 1、氨基酸及其衍生物类激素：酪氨酸的代谢产物，如甲状腺素、肾上腺素 2、肽及蛋白质激素：胰岛素、降钙素等 3、固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素 4、脂肪酸衍生物类激素：前列腺素,三、神经水平的调节（高等动物）,P632,P638,一、基因表达,1.基因组(genome)：一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。,2. 基因表达(gene expression)：遗传信息的展现，即基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。 可按一定时间程序发生改变时序调节 可随内外环境条件变化而调整适应调节,第三节 基因表达的调节,（一）基因表达的概
5、念,P639,（二）基因表达的特点,1.时间特异性,多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。,2.空间特异性,基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。,在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性(spatial specificity)。,3.受内外环境条件的影响而变化,（三）基因表达的方式,按照对刺激的反应性，基因表达的方式分为：,1. 组成型表达（持家基因）,某些基因在个体的
6、几乎所有细胞中持续恒定表达，通常被称为管家基因或持家基因(housekeeping gene)。,管家基因较少受环境因素影响，在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小，这类基因表达被视为组成型表达(constitutive gene expression)。,2. 可诱导和可阻遏表达（可调基因）,（1）可诱导 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。如分解乳糖的基因。,（2）可阻遏 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低
7、的过程称为阻遏(repression)。如合成Trp的基因。,在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinate expression)，这种调节称为协调调节。,二、基因表达的多级调控,1.DNA水平,2.转录水平： 转录起始 、转录终止、转录后加工,蛋白质降解等,3.翻译水平,反义RNA、mRNA的二级结构与稳定性、翻译后加工修饰,第一个被阐明的操纵子大肠杆菌乳糖操纵子,基于乳糖对乳糖代谢酶的诱导现象： 大肠杆菌培养基中没有乳糖，则细胞内参与乳糖分解代谢的3种酶很少（ -半乳糖苷酶0.5-5个/cell）；一旦加入乳糖或其
8、类似物，则几分钟内酶分子数骤增（ -半乳糖苷酶5000个/cell，其它两种酶也大量增加）。,三、原核生物基因表达转录起始水平的调控,为什么加入底物，相应的分解代谢的酶才会合成？,经济原则,P,S1,S2,S3,启动子,O,Promoter,调控序列,结构基因,操纵子（operon）,结合RNA聚合酶,表达功能蛋白,?,操纵子（operon）:原核生物基因表达调控的基本单位，由一个或多个相关的结构基因、调控它们转录的操纵基因、调节基因和启动子序列组成。,操纵基因,Operator,I,调节基因,Regulator,表达调节蛋白,（一）大肠杆菌乳糖操纵子(lac operon)的结构,调控区,C
9、AP结合位点,I,P640,没有乳糖存在时,（二）乳糖操纵子阻遏蛋白的负调节,结构基因不能转录,有乳糖存在时,诱导物,构象改变,（三）乳糖操纵子CAP的正调节（P641）,葡萄糖效应：细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，优先利用G，只有在G耗尽后,经过一段停滞期才利用乳糖。 分解G的酶是组成型表达，G的降解物影响了分解其它糖的酶表达,称之为降解物阻遏。,调节基因的产物为环腺苷酸受体（CRP），也称为降解物基因活化蛋白（CAP），与cAMP结合后被活化，与操纵子上某部位结合使DNA链弯曲，促进RNA聚合酶与启动子的结合，从而cAMP-CRP能增强转录。,G分解代谢的降解物能抑制腺苷酸环化酶活
10、性并活化磷酸二酯酶，导致cAMP浓度降低，因而不能与CAP结合促进转录。,无葡萄糖时，cAMP浓度高,有葡萄糖时，cAMP浓度低,CAP（catobolite activator protein）降解物基因活化蛋白,cAMP,（四）正、负调控的协调调节,单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。,低乳糖时,高乳糖时,葡萄糖低 cAMP浓度高,葡萄糖高 cAMP浓度低,当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；,如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。,名词解释 操纵子 基因表达 简答题 1.简述代谢间的联系。 2.简述代谢调节的多级水平。 3.乳糖操纵子的负调控如何实现的？（思考）,