大連理工大學(xué)生物化學(xué)課件--細(xì)胞代謝與基因表達(dá)調(diào)控PPT

1、1細(xì)胞代謝細(xì)胞代謝 與與 基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控2糖分解代謝糖分解代謝 糖酵解：葡萄糖糖酵解：葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 6384 己糖進(jìn)入糖酵解：果糖己糖進(jìn)入糖酵解：果糖 6-磷酸磷酸果糖果糖 8589 半乳糖半乳糖 1-磷酸磷酸半乳糖半乳糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 甘露糖甘露糖 6-磷酸磷酸甘露糖甘露糖 6-磷酸磷酸果糖果糖 丙酮酸氧化脫羧：丙酮酸丙酮酸氧化脫羧：丙酮酸乙酰乙酰COA 9296 檸檬酸循環(huán)：乙酰檸檬酸循環(huán)：乙酰COA CO2 95112 氧化磷酸化：合成氧化磷酸化：合成ATP 114146 磷酸戊糖途徑：磷酸戊糖途徑：6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖核糖核糖-5-磷酸磷酸+NADPH

2、 147153 糖原分解：糖原糖原分解：糖原1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖血糖血糖 1761823糖合成代謝糖合成代謝 糖異生：糖酵解中間物、產(chǎn)物及糖異生：糖酵解中間物、產(chǎn)物及TCA中間物中間物葡萄糖葡萄糖 154158 葡萄糖葡萄糖-乳酸循環(huán)：乳酸循環(huán)：葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸葡萄糖葡萄糖 158 糖原合成：糖原合成：6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原糖原 183187 光合作用：光合作用： CO2+H2O 葡萄糖葡萄糖+O2 1972294脂肪的分解代謝脂肪的分解代謝 脂肪酸脂肪酸-氧化：脂肪酸氧化：脂肪酸乙酰乙酰COA 234239 酮體氧化：乙酰乙酸、酮體氧化：

3、乙酰乙酸、-羥丁酸羥丁酸乙酰乙酰COA CO2 245脂類合成代謝脂類合成代謝 脂肪酸合成：脂肪酸合成：乙酰乙酰COA 脂肪酸脂肪酸 257267 三脂酰甘油合成：三脂酰甘油合成：乙酰乙酰COA 脂肪酸脂肪酸 三脂酰甘油三脂酰甘油 267268 形成酮體：形成酮體：乙酰乙酰COA 乙酰乙酸、乙酰乙酸、-羥丁酸羥丁酸 244245 膽固醇及膽固醇酯合成：膽固醇及膽固醇酯合成：乙酰乙酰COA 膽固醇膽固醇膽固醇酯膽固醇酯 284 磷脂合成：脂肪酸磷脂合成：脂肪酸磷脂磷脂 2682785氨基酸核苷酸代謝氨基酸核苷酸代謝 氨基酸分解：氨基酸氨基酸分解：氨基酸乙酰乙酰COA，TCA中間物中間物 3033

4、29 氨基酸合成氨基酸合成 尿素循環(huán)：氨尿素循環(huán)：氨尿素尿素 340362 葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循環(huán)：丙氨酸丙氨酸循環(huán)：丙氨酸葡萄糖葡萄糖 310核苷酸代謝核苷酸代謝 核苷酸分解：嘌呤核苷酸分解：嘌呤尿酸；尿酸； 387391 嘧啶嘧啶氨、氨、CO2、- 丙氨酸、丙氨酸、-氨基異丁酸氨基異丁酸 核苷酸合成：核苷酸合成：氨基酸氨基酸嘌呤、嘧啶嘌呤、嘧啶 391403DNA復(fù)制、修復(fù)：復(fù)制、修復(fù)： 406 RNA合成及加工：合成及加工： 455蛋白質(zhì)合成及修飾：蛋白質(zhì)合成及修飾： 5176PEP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

5、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

6、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一、一、細(xì)細(xì)胞胞代代謝謝的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)7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脂肪甘油甘油磷酸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一、細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)一、細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)8脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系脂肪代謝和糖代謝的關(guān)系延胡索酸延胡索酸琥珀酸

7、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葡萄糖葡萄糖9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）10脂類代謝與蛋白質(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)系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羥丙酮磷酸

8、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）11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)胞的成分和代謝類型；細(xì)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因子；要酶和多種蛋白因子；各類物質(zhì)代謝都離不開(kāi)具高能磷酸鍵的各種核苷酸，如各類物質(zhì)代謝都離不開(kāi)具高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能量的是能量的“通貨通貨

9、”，UTP參與多糖的合成，參與多糖的合成，CTP參與磷脂合參與磷脂合成，成，GTP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；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+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。12分解代謝和合成分解代謝和合成代謝的單向性代謝的單向性 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖激酶果糖激酶二磷酸果

10、糖磷酸酯酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 2 草酰乙酸草酰乙酸PEPPEP羧激酶羧激酶13ATP 和和 NADPH14細(xì)胞能量狀態(tài)指標(biāo)細(xì)胞能量狀態(tài)指標(biāo)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=15由由ATP攜帶能量傳遞給細(xì)胞的需能過(guò)程攜帶能量傳遞給細(xì)胞的需能過(guò)程ATPADP+Pi太陽(yáng)能太陽(yáng)能化學(xué)能化學(xué)能生物合成生物合成細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)膜運(yùn)輸膜運(yùn)輸16肌肉使用肌肉使用 ATP 做功做功17肌肉使用肌肉使用 ATP 做功做功1

11、8腦利用腦利用 ATP 產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)19通過(guò)通過(guò)NADPH循環(huán)將還原力由分解代謝轉(zhuǎn)移循環(huán)將還原力由分解代謝轉(zhuǎn)移給生物合成反應(yīng)給生物合成反應(yīng)NADPH+H+NADP+分解代謝分解代謝還原性有機(jī)物還原性有機(jī)物還原性生物合成反應(yīng)還原性生物合成反應(yīng)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20 代謝的基本要略代謝的基本要略代謝的基本要略在于形成代謝的基本要略在于形成ATP、還原力和構(gòu)造、還原力和構(gòu)造單元單元以用于生物合成各類生物分子，進(jìn)而裝配以用于生物合成各類生物分子，進(jìn)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)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(gè)耗

12、能和增加有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程，需要建成是一個(gè)耗能和增加有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程，需要由由物質(zhì)流、能量流和信息流物質(zhì)流、能量流和信息流來(lái)支持。來(lái)支持。21代謝調(diào)節(jié)的四級(jí)水平：代謝調(diào)節(jié)的四級(jí)水平： 酶水平調(diào)節(jié)酶水平調(diào)節(jié) 細(xì)胞水平調(diào)節(jié)細(xì)胞水平調(diào)節(jié) 激素水平調(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(xì)胞整體水平調(diào)節(jié)多細(xì)胞整體水平調(diào)節(jié) 生命有限的空間內(nèi)，同時(shí)有復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)生命有限的空間內(nèi)，同時(shí)有復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)轉(zhuǎn)，因此必須有靈巧而嚴(yán)密的調(diào)節(jié)機(jī)制，才能使代謝轉(zhuǎn)，因此必須有靈巧而嚴(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。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。 漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化歷程中

13、，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生漫長(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)制也隨之變?yōu)閺?fù)雜。理功能越來(lái)越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之變?yōu)閺?fù)雜。22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(lái)自電子工程）是來(lái)自電子工程學(xué)的術(shù)語(yǔ)，前者的意思是學(xué)的術(shù)語(yǔ)，前者的意思是“輸入對(duì)輸出的影響輸入對(duì)輸出的影響”，后者的意思是，后者的意思是“輸出對(duì)輸入的影響輸出對(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)，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，代謝過(guò)程的調(diào)節(jié)

14、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)。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)。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反饋反饋前饋前饋23反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制反饋調(diào)節(jié)中酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制代謝物代謝物別別構(gòu)構(gòu)中中心心活活性性中中心心246-磷酸葡萄糖對(duì)糖原合成的前饋激活作用磷酸葡萄糖對(duì)糖原合成的前饋激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原糖原糖原 合成酶合成酶ATP ADP UTP UDPG 25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

15、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+PEP羧化反應(yīng)羧化反應(yīng)的調(diào)節(jié)控制的調(diào)節(jié)控制26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PEP 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氨基酸合成的反饋調(diào)控氨基酸合

16、成的反饋調(diào)控27糖酵解與糖酵解與TCA循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)循環(huán)途徑的調(diào)節(jié)丙酮酸丙酮酸細(xì)胞液細(xì)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 ATP NADH O2ATP ADP+PiAMP + ATP 2ADP PiPi PEP 羧激酶羧激酶+-+- 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28 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)合或酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催

17、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)，這種方式稱為稱為酶的共價(jià)修飾（酶的共價(jià)修飾（Covalent moldification ）。）。 目前已知有六種修飾方式：目前已知有六種修飾方式：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙?；チ姿峄?，乙?；?去乙去乙?；佘挣；；佘挣；?去腺苷?；蜍挣；ハ佘挣；蜍挣；?去尿苷酰化，甲基化去尿苷酰化，甲基化/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(wú)活性）（無(wú)活性）磷酸化酶磷酸化酶a P（有活性）（有活性）磷

18、酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾例：糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾酶的共價(jià)修飾酶的共價(jià)修飾29磷酸化酶的共價(jià)修飾磷酸化酶的共價(jià)修飾30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(jī)制進(jìn)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，其限速酶分別為行調(diào)控，其限速酶分別為糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶。它們的活。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)。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。二種酶磷酸

19、化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。糖原合成酶糖原合成酶 a (無(wú)無(wú)活性活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b (有有活性活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 無(wú)活性無(wú)活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)PP31常見(jiàn)的共價(jià)修飾機(jī)制常見(jiàn)的共價(jià)修飾機(jī)制 32酶的共價(jià)修飾酶的共價(jià)修飾33酶的共價(jià)修飾與級(jí)聯(lián)放大酶的共價(jià)修飾與級(jí)聯(lián)放大34級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖控示意圖意義：由于酶的共價(jià)意義：由于酶的共價(jià)修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少量信號(hào)分子只要有少量信號(hào)分子（如激素）存在，即（如激素）存在，即可通過(guò)加速這種酶促可通過(guò)加速這種酶促反應(yīng)，

20、而使大量的另反應(yīng)，而使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效應(yīng)。從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、這種調(diào)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(wú)活性）酶（無(wú)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(wú)活性）（無(wú)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(wú)活性）（無(wú)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(wú)活性）（無(wú)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

21、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 ADP45635酶原與酶原激活酶原與酶原激活3637酶的功能：催化劑；調(diào)控代謝速度、酶的功能：催化劑；調(diào)控代謝速度、方向和途徑方向和途徑調(diào)控方式：調(diào)節(jié)酶活性；酶含量調(diào)控方式：調(diào)節(jié)酶活性；酶含量38酶活性的別構(gòu)調(diào)節(jié)酶活性的別構(gòu)調(diào)節(jié)39別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)40別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)41別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)42線粒體線粒體:丙酮酸氧丙酮酸氧化化;三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán); -氧化氧化;呼吸鏈電子呼吸鏈電子傳遞傳遞;氧化磷酸化氧化磷酸化細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì):酵解酵解;磷戊

22、糖途徑磷戊糖途徑;糖原合成糖原合成;脂脂肪酸合成肪酸合成;細(xì)胞核細(xì)胞核:核酸核酸合成合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白蛋白質(zhì)合成質(zhì)合成;磷脂磷脂合成合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)對(duì)代謝途徑的代謝途徑的分割控制分割控制43酶的區(qū)域化分布酶的區(qū)域化分布44膜結(jié)構(gòu)對(duì)代謝的調(diào)節(jié)膜結(jié)構(gòu)對(duì)代謝的調(diào)節(jié)45新陳代謝的組織分工新陳代謝的組織分工46肝臟中的糖代謝肝臟中的糖代謝47脂肪的貯存與動(dòng)員脂肪的貯存與動(dòng)員48肝臟中的脂肪酸代謝肝臟中的脂肪酸代謝49肝臟中的氨基酸代謝肝臟中的氨基酸代謝50氧、代謝物、激素血液中的運(yùn)輸氧、代謝物、激素血液中的運(yùn)輸51血糖濃度的調(diào)節(jié)血糖濃度的調(diào)節(jié)52饑餓狀態(tài)時(shí)的能量調(diào)節(jié)饑餓狀態(tài)時(shí)的能量調(diào)節(jié)53饑餓

23、狀態(tài)時(shí)的能量調(diào)節(jié)饑餓狀態(tài)時(shí)的能量調(diào)節(jié)54饑餓狀態(tài)時(shí)的能量調(diào)節(jié)饑餓狀態(tài)時(shí)的能量調(diào)節(jié)55甾醇類激素作用原理示意圖甾醇類激素作用原理示意圖56肽類激素通過(guò)肽類激素通過(guò)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 cAMP+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(xì)胞的生理過(guò)程改變細(xì)胞的生理過(guò)程細(xì)胞膜細(xì)胞膜細(xì)胞膜細(xì)胞膜cR蛋白激酶（無(wú)活性）蛋白激酶（無(wú)活性）c+RcAMP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57物質(zhì)代謝的激素調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的激素調(diào)節(jié)58物質(zhì)代謝的激素調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的激素調(diào)節(jié)59調(diào)節(jié)代謝的信息分子調(diào)節(jié)代謝的信息分子60信號(hào)

24、受體的種類信號(hào)受體的種類61物質(zhì)代謝的激素調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的激素調(diào)節(jié)62蛋白質(zhì)的定位和壽命蛋白質(zhì)的定位和壽命631、原核和真核基因組、原核和真核基因組2、原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制、原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制3、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控64基因基因(gene)概念的發(fā)展概念的發(fā)展1866年年 Mender建立遺傳兩大定律，提出遺傳因子的概念建立遺傳兩大定律，提出遺傳因子的概念1903年年 Sutton & Boveri 提出遺傳因子位于染色體上提出遺傳因子位于染色體上1909年年 Johansen 提出基因概念，取代遺傳因子提出基因概念，取代遺傳因子1910年年

25、Morgen 建立基因假說(shuō)，確認(rèn)基因是確定性狀的功能單位建立基因假說(shuō)，確認(rèn)基因是確定性狀的功能單位1941年年 Beadle 提出一個(gè)基因一個(gè)酶學(xué)說(shuō)提出一個(gè)基因一個(gè)酶學(xué)說(shuō)1944年年 Avery 首次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)首次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)DNA是遺傳信息的載體是遺傳信息的載體1953年年 Watson & Crick 確定確定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步確定了基雙螺旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步確定了基 因的本質(zhì)因的本質(zhì)1957年年 Benzer 提出順?lè)醋犹岢鲰樂(lè)醋?cistron)學(xué)說(shuō)，認(rèn)為基因是分子的一學(xué)說(shuō)，認(rèn)為基因是分子的一 段序列，負(fù)責(zé)遺傳信息的傳遞段序列，負(fù)責(zé)遺傳信息的傳遞70年代年代 發(fā)現(xiàn)基因包括有遺傳效

26、應(yīng)的外顯子發(fā)現(xiàn)基因包括有遺傳效應(yīng)的外顯子(intron)和無(wú)效應(yīng)的內(nèi)和無(wú)效應(yīng)的內(nèi) 含子含子(extron)65原核生物基因組的特點(diǎn)原核生物基因組的特點(diǎn)1、基因組小，單復(fù)制子，、基因組小，單復(fù)制子，DNA分子上大部分是編碼蛋白質(zhì)的基因，因此多數(shù)為分子上大部分是編碼蛋白質(zhì)的基因，因此多數(shù)為單拷貝或僅有少量重復(fù)；單拷貝或僅有少量重復(fù)；2、功能相同的基因常串聯(lián)在一起，轉(zhuǎn)錄在同一個(gè)、功能相同的基因常串聯(lián)在一起，轉(zhuǎn)錄在同一個(gè)mRNA 中（多順?lè)醋樱?；中（多順?lè)醋樱?、有基因重疊，以此增加信息容量。、有基因重疊，以此增加信息容量。真核生物基因組的特點(diǎn)真核生物基因組的特點(diǎn)1、基因組大，有多個(gè)復(fù)制子；、基因組

27、大，有多個(gè)復(fù)制子；mRNA 為單順?lè)醋?；為單順?lè)醋樱?、有大量重復(fù)序列，根據(jù)重復(fù)次數(shù)可分為：、有大量重復(fù)序列，根據(jù)重復(fù)次數(shù)可分為： 單拷貝序列，主要編碼蛋白質(zhì)，數(shù)量多，但含量少單拷貝序列，主要編碼蛋白質(zhì)，數(shù)量多，但含量少 中度重復(fù)序列，可重復(fù)幾十到幾千次，編碼中度重復(fù)序列，可重復(fù)幾十到幾千次，編碼tRNA、rRNA和表達(dá)量大的蛋白質(zhì)和表達(dá)量大的蛋白質(zhì) 高度重復(fù)序列，可重復(fù)幾百萬(wàn)次，不編碼，有高度變異性，可作指紋圖譜分析高度重復(fù)序列，可重復(fù)幾百萬(wàn)次，不編碼，有高度變異性，可作指紋圖譜分析3、有斷裂基因，即基因中有外顯子區(qū)和內(nèi)含子區(qū)，轉(zhuǎn)錄后經(jīng)剪切去掉內(nèi)含子后、有斷裂基因，即基因中有外顯子區(qū)和內(nèi)含子

28、區(qū)，轉(zhuǎn)錄后經(jīng)剪切去掉內(nèi)含子后 才成為可翻譯的才成為可翻譯的mRNA模板或功能模板或功能rRNA。4、DNA上有多數(shù)不編碼序列，在基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用。上有多數(shù)不編碼序列，在基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用。66原核生物的基因表達(dá)調(diào)控原核生物的基因表達(dá)調(diào)控67 操縱子操縱子原核基因表達(dá)的協(xié)同單位原核基因表達(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(dòng)子（啟動(dòng)子（premotor, P） 酶誘導(dǎo)和阻遏的操縱子模型酶誘導(dǎo)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原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制

29、原核生物酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制操縱子學(xué)說(shuō)操縱子學(xué)說(shuō)681961年，法國(guó)科學(xué)家莫諾（年，法國(guó)科學(xué)家莫諾（JLMonod，1910-1976）與雅可布）與雅可布（FJacob）發(fā)表）發(fā)表“蛋白質(zhì)合成中的遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制蛋白質(zhì)合成中的遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制”一文，提出一文，提出操縱子學(xué)說(shuō)，開(kāi)創(chuàng)了基因調(diào)控的研究。操縱子學(xué)說(shuō)，開(kāi)創(chuàng)了基因調(diào)控的研究。1965年，莫諾與雅可布榮獲諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。年，莫諾與雅可布榮獲諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。60年代中期，在操縱子中還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)開(kāi)關(guān)基因，稱為年代中期，在操縱子中還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)開(kāi)關(guān)基因，稱為啟動(dòng)啟動(dòng)基因（基因（promoter）。）。 啟動(dòng)基因位于操縱基因之前，二啟動(dòng)基因位

30、于操縱基因之前，二者緊密相鄰。者緊密相鄰。啟動(dòng)基因由環(huán)腺苷啟動(dòng)基因由環(huán)腺苷酸（酸（cAMP）啟動(dòng)，而）啟動(dòng)，而cAMP能能被葡萄糖所抑制。這樣，葡萄糖被葡萄糖所抑制。這樣，葡萄糖便通過(guò)抑制便通過(guò)抑制cAMP而間接抑制啟而間接抑制啟動(dòng)基因，使結(jié)構(gòu)基因失活，停止動(dòng)基因，使結(jié)構(gòu)基因失活，停止合成半乳糖苷酶。合成半乳糖苷酶。6970酶酶的的誘誘導(dǎo)導(dǎo)和和阻阻遏遏操操縱縱子子模模型型B.有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.無(wú)活性阻遏蛋白無(wú)活性阻遏蛋白D.無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因操縱基因啟動(dòng)基因啟動(dòng)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

31、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(dá)結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合誘導(dǎo)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(dá)結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)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(dá)結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)阻遏蛋白阻遏蛋白(無(wú)活性無(wú)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(dá)結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物71 操縱子的三個(gè)結(jié)構(gòu)基

32、因?yàn)椴倏v子的三個(gè)結(jié)構(gòu)基因?yàn)?-半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、 -半乳糖半乳糖苷通透酶和苷通透酶和 -半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶。半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶。 在無(wú)乳糖時(shí)，阻遏蛋白與在無(wú)乳糖時(shí)，阻遏蛋白與O區(qū)結(jié)合，阻止區(qū)結(jié)合，阻止RNA聚合聚合酶的轉(zhuǎn)錄酶的轉(zhuǎn)錄 在有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合后，改變了阻遏在有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合后，改變了阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)，使其不能與蛋白的結(jié)構(gòu)，使其不能與O區(qū)結(jié)合。區(qū)結(jié)合。乳糖操縱子乳糖操縱子72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（有活性）阻遏蛋白（有活性）基基 因因 關(guān)關(guān)

33、 閉閉啟啟動(dòng)動(dòng)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(dòng)動(dòng)子子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（無(wú)活性）（無(wú)活性） 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(dǎo)、乳糖酶的誘導(dǎo)乳糖乳糖 阻遏蛋白（有活性）阻遏蛋白（有活性）73色氨酸操縱子色氨酸操縱子 色氨酸操縱子有色氨酸操縱子有5個(gè)結(jié)構(gòu)基因個(gè)結(jié)構(gòu)基因 D、E基因：共產(chǎn)生鄰氨基苯甲酸合成酶基因：共產(chǎn)生鄰氨基苯甲酸合成酶 C基因：產(chǎn)物是吲哚甘油磷酸合成酶基因：產(chǎn)物是吲哚甘油磷酸合成酶 B、A基因：共同產(chǎn)物是色氨酸合成酶基因：共同產(chǎn)物是色氨酸合成酶 這些基因一

34、起轉(zhuǎn)錄翻譯后可進(jìn)行色氨酸的合成。這些基因一起轉(zhuǎn)錄翻譯后可進(jìn)行色氨酸的合成。 色氨酸合成僅限細(xì)菌。色氨酸合成僅限細(xì)菌。74大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用的可能機(jī)制大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用的可能機(jī)制111232233444核糖體核糖體轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄終止C.高濃度高濃度Trp使核糖體使核糖體到達(dá)到達(dá)2部位，部位，3與與4 堿基堿基配對(duì)，轉(zhuǎn)錄終止。配對(duì)，轉(zhuǎn)錄終止。A.游離游離mRNA中中1與與2以及以及3與與4堿基堿基配對(duì)。配對(duì)。B.低濃度低濃度Trp使核糖使核糖體停留在體停留在1部位，轉(zhuǎn)部位，轉(zhuǎn)錄得以完成。錄得以完成。75乳糖和色氨酸操縱子的共同點(diǎn)乳糖和色氨酸操縱子的共同點(diǎn) 以負(fù)調(diào)控方式為主：蛋

35、白質(zhì)分子（阻遏物）對(duì)受調(diào)以負(fù)調(diào)控方式為主：蛋白質(zhì)分子（阻遏物）對(duì)受調(diào)控的區(qū)域起抑制作用?？氐膮^(qū)域起抑制作用。 由低分子物質(zhì)（底物或產(chǎn)物）影響蛋白質(zhì)對(duì)由低分子物質(zhì)（底物或產(chǎn)物）影響蛋白質(zhì)對(duì)DNA的的結(jié)合。結(jié)合。 結(jié)果：結(jié)果： 既滿足細(xì)胞生長(zhǎng)需求，又不無(wú)謂浪費(fèi)。既滿足細(xì)胞生長(zhǎng)需求，又不無(wú)謂浪費(fèi)。76乳糖和色氨酸操縱子的不同點(diǎn)乳糖和色氨酸操縱子的不同點(diǎn) 乳糖操縱子乳糖操縱子 色氨酸操縱子色氨酸操縱子 阻遏物阻遏物阻遏物阻遏物R基因基因R基因基因阻遏物阻遏物阻遏物阻遏物代謝物代謝物基因開(kāi)放基因開(kāi)放 基因關(guān)閉基因關(guān)閉77cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 在乳糖和葡萄糖都存在時(shí)，哪種糖被優(yōu)先利用？在乳糖和

36、葡萄糖都存在時(shí)，哪種糖被優(yōu)先利用？ 乳糖操縱子的啟動(dòng)子屬于弱啟動(dòng)子乳糖操縱子的啟動(dòng)子屬于弱啟動(dòng)子 正調(diào)控方式正調(diào)控方式 CAP：catabolite gene activator protein(分解代謝基分解代謝基因活化蛋白因活化蛋白)受受cAMP激活激活 cAMP-CAP復(fù)合物復(fù)合物：結(jié)合于：結(jié)合于DNA上游的上游的CAP位點(diǎn)，位點(diǎn)，促進(jìn)分解代謝基因表達(dá)促進(jìn)分解代謝基因表達(dá) CAP位點(diǎn)位點(diǎn)：位于：位于PO上游，屬正調(diào)控位點(diǎn)上游，屬正調(diào)控位點(diǎn)78cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 培養(yǎng)基中有葡萄糖時(shí)：葡萄糖代謝引起細(xì)胞內(nèi)培養(yǎng)基中有葡萄糖時(shí)：葡萄糖代謝引起細(xì)胞內(nèi)cAMP水平下降，乳糖操縱子基因關(guān)

37、閉。水平下降，乳糖操縱子基因關(guān)閉。 培養(yǎng)基中葡萄糖不足時(shí)：培養(yǎng)基中葡萄糖不足時(shí)： cAMP水平升高，水平升高， cAMP-CAP復(fù)合物生成，復(fù)合物生成， cAMP使使CAP變構(gòu)，而與變構(gòu)，而與CAP位位點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)乳糖操縱子基因的轉(zhuǎn)錄，以便細(xì)胞利點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)乳糖操縱子基因的轉(zhuǎn)錄，以便細(xì)胞利用乳糖。用乳糖。79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(dá)達(dá)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聚聚合酶合酶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

38、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(guān)系的關(guān)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（：環(huán)腺苷酸受體蛋白（cycilic AMP receptor protein,CRP）降低降低cAMP濃度濃度使使CAP呈失活狀態(tài)呈失活狀態(tài)80真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控 真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控更為復(fù)雜：真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控更為復(fù)雜： 總量大：總量大：30億億bp，10萬(wàn)基因萬(wàn)基因 分散在各染色體上，分散在各染色體上，23對(duì)染色體：定位對(duì)染色體：定位 大量的內(nèi)含子：比結(jié)構(gòu)基因多十?dāng)?shù)倍大量的內(nèi)含子：比結(jié)構(gòu)基因多十?dāng)?shù)倍 大量的重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)可達(dá)幾千大量的重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)可達(dá)幾千百萬(wàn)次百萬(wàn)次 更多的蛋白質(zhì)參與更多的蛋白質(zhì)參與 基因的多態(tài)性：不同的地域、人種、個(gè)體基因的多態(tài)性：不同的地域、人種、個(gè)體81基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件 TATA box：-30區(qū)區(qū) CAAT box 啟動(dòng)子啟動(dòng)子 GC box 上游活化序列：（上游活化序列：（USA） upstream activator sequence 應(yīng)答元件與可誘導(dǎo)因子：應(yīng)答元件與可