生物化學(xué)細(xì)胞代謝與基因表達(dá)調(diào)控

1、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)電子傳遞電子傳遞（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(jìn)共同中間物進(jìn)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遞鏈傳遞電子傳遞鏈傳遞生成生成H2O，釋放，釋放出大量能量，其出大量能量，其中一部分通過磷中一部分通過磷酸化儲(chǔ)存在酸化儲(chǔ)存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本結(jié)構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單位單位 生物氧化的三個(gè)階段生物氧化的三

2、個(gè)階段細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)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

3、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)（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

4、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）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（

5、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）代謝調(diào)節(jié)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)有那么多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)有那么多復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)轉(zhuǎn)，必須有復(fù)雜的代謝途徑在運(yùn)轉(zhuǎn)，必

6、須有靈巧而嚴(yán)密靈巧而嚴(yán)密的調(diào)節(jié)機(jī)制，才能使代謝適應(yīng)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發(fā)育的需要。外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會(huì)導(dǎo)致代謝障礙調(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。在漫長的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進(jìn)化歷程中，機(jī)體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來越復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)機(jī)制也隨之更為復(fù)雜。生理功能越來越復(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)的四級水平：代謝調(diào)節(jié)的四級水平： 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

7、平調(diào)節(jié)一、酶水平的調(diào)節(jié)一、酶水平的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)（酶合成的調(diào)節(jié)（基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控）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）和反饋反饋（feedback ）是）是來自電子工程學(xué)的術(shù)語，前者的意思是來自電子工程學(xué)的術(shù)語，前者的意思是“輸入對輸出輸入對輸出的影響的影響”，后者的意思是，后者的意思是“輸出對輸入的影響輸出對輸入的影響”，這，這里分別借用來說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)里分別借用來說明底物和代謝產(chǎn)物對代謝過程的調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)作用是通過酶的作用。這種調(diào)節(jié)作用是通過酶的變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。來實(shí)現(xiàn)

8、的。前饋和反饋激活前饋和反饋激活反饋抑制反饋抑制反饋激活和前饋激活示意圖反饋激活和前饋激活示意圖A B C D FAB G CDEE+例例1:1:糖代謝途徑中丙酮酸積累激活丙酮酸羧化酶，例糖代謝途徑中丙酮酸積累激活丙酮酸羧化酶，例2 2：乙酰乙酰CoACoA的積的積累激活累激活PEPPEP羧化酶羧化酶酶酶的的反反饋饋激激活活葡萄糖葡萄糖草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶乙酰乙酰CoA活化活化磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸擰檬酸擰檬酸-酮戊二酸酮戊二酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 由代謝終產(chǎn)物作為變構(gòu)劑來抑制在此產(chǎn)由代謝終產(chǎn)物作為變構(gòu)劑來抑制在此產(chǎn)物合成過程中某一酶（通常為限速酶）活性的

9、物合成過程中某一酶（通常為限速酶）活性的作用，稱為反饋抑制。這是一種負(fù)反饋機(jī)制，作用，稱為反饋抑制。這是一種負(fù)反饋機(jī)制，多數(shù)情況下控制合成代謝。多數(shù)情況下控制合成代謝。類型：類型：順序反饋抑制順序反饋抑制 協(xié)同反饋抑制協(xié)同反饋抑制 累積反饋抑制累積反饋抑制 同工酶反饋抑制同工酶反饋抑制順序反饋抑制示意圖順序反饋抑制示意圖ABGFJDCH-E1E3E2芳香族氨基酸合成的順序反饋調(diào)節(jié)芳香族氨基酸合成的順序反饋調(diào)節(jié)協(xié)同調(diào)節(jié)示意圖協(xié)同調(diào)節(jié)示意圖ABGFJDCH-E1E3E2-賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)同工酶反饋抑制示意圖同工酶反饋抑制示意圖ABGFJDCH-E1E2E3E

10、4幾種氨基酸的同工酶反饋調(diào)節(jié)幾種氨基酸的同工酶反饋調(diào)節(jié)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)中中心心活性活性中心中心酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催化下，可以共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)，這種方式稱為酶的共價(jià)修飾（調(diào)節(jié)，這種方式稱為酶的共價(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?；?去去乙酰化，腺苷酰化乙?；?，腺苷?；?去腺苷酰化，尿

11、苷酰化去腺苷?；?，尿苷酰化/去尿苷?；?，去尿苷?；?，甲基化甲基化/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（無活性）（無活性）磷酸化酶磷酸化酶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(jià)修飾例：糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾共價(jià)修飾共價(jià)修飾級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖控示意圖意義意義：由于由于酶的共價(jià)修飾酶的共價(jià)修飾反應(yīng)是酶促反反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少應(yīng)，只要有少量信號分子量信號分子（如激素）存（如激素）存在，即可通過在，即可通過加速這種酶促加速這種酶促反應(yīng)，而使大反應(yīng)，而使大量的另一種酶量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，發(fā)

12、生化學(xué)修飾，從而獲得放大從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、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)化酶、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）（無活性）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（無活性）（無活性）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（無活性）（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、糖原、糖原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

13、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 ADP456（二）、基因表達(dá)的調(diào)控（二）、基因表達(dá)的調(diào)控DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制基因表達(dá)基因表達(dá)(gene expression)-基因轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。及翻譯的過程。rRNA、tRNA的合成屬于基因表達(dá)的合成屬于基因表達(dá)中心法則中心法則(the central dogma)：1 1、基因表達(dá)的、基因表達(dá)的時(shí)間性及適應(yīng)性時(shí)間性及適應(yīng)性 ( (temporal and spatial specificity)temporal and spatial specifi

14、city) （1 1）、時(shí)間特異性）、時(shí)間特異性(temporal specificity)(temporal specificity) 某一基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生某一基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生 Hb (hemoglobin) Hb (hemoglobin) 珠蛋白基因簇：珠蛋白基因簇： （胚胎型）（胚胎型） 、 珠蛋白基因簇：珠蛋白基因簇： （胚胎型）、（胚胎型）、 （胎兒（胎兒型）、型）、 2 22 2 2 22 2 2 22 2（2 2）、適應(yīng)性：）、適應(yīng)性： 適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖維持個(gè)體發(fā)育與分化維持個(gè)體發(fā)育與分化 基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)：基

15、因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)： 基因活化、基因活化、轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、轉(zhuǎn)錄后加工、 翻譯、翻譯后加工翻譯、翻譯后加工2 2、基因表達(dá)的方式、基因表達(dá)的方式 （1）、管家基因與奢侈基因）、管家基因與奢侈基因管家基因（管家基因（housekeeping gene）-在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。續(xù)表達(dá)的基因。 組成性基因表達(dá)組成性基因表達(dá)(constitutive gene expression)奢侈基因（奢侈基因（luxury gene）只在特只在特定的細(xì)胞類型中表達(dá)的基因定的細(xì)胞類型中表達(dá)的基因 （2）、誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)）、誘導(dǎo)和阻遏表達(dá) 誘導(dǎo)誘導(dǎo)（ind

16、uction）-可誘導(dǎo)基因可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境在特定環(huán)境信號刺激下表達(dá)增強(qiáng)的過程。信號刺激下表達(dá)增強(qiáng)的過程。 DNA損傷損傷 修復(fù)酶基因激活修復(fù)酶基因激活 乳糖乳糖 利用乳糖的三種酶表達(dá)利用乳糖的三種酶表達(dá) 阻遏阻遏（repression）-可阻遏基因可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過程水平降低的過程 色氨酸色氨酸 色氨酸合成酶系色氨酸合成酶系3 3、原核基因表達(dá)的調(diào)控、原核基因表達(dá)的調(diào)控 （1 1）、操縱子）、操縱子（1 1）操縱子）操縱子( (operon)operon)的提出的提出 大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源而生長繁殖，當(dāng)培養(yǎng)基中含有葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌

17、優(yōu)先利用葡萄糖，當(dāng)葡萄糖耗盡，細(xì)菌停止生長，經(jīng)過短時(shí)間的適應(yīng)，就能利用乳糖，細(xì)菌繼續(xù)呈指數(shù)式繁殖增長。乳糖對乳糖對半乳糖苷酶的合成有誘導(dǎo)作用。半乳糖苷酶的合成有誘導(dǎo)作用。葡萄糖對葡萄糖對半乳糖苷酶的合成有抑制作用。半乳糖苷酶的合成有抑制作用。 這種典型的這種典型的誘導(dǎo)現(xiàn)象誘導(dǎo)現(xiàn)象，是研究基因表達(dá)調(diào)，是研究基因表達(dá)調(diào)控極好的控極好的模型模型。針對大腸桿菌利用乳糖的適。針對大腸桿菌利用乳糖的適應(yīng)現(xiàn)象，法國的應(yīng)現(xiàn)象，法國的JocobJocob和和MonodMonod等人做了一系等人做了一系列遺傳學(xué)和生化學(xué)研究實(shí)驗(yàn)，于列遺傳學(xué)和生化學(xué)研究實(shí)驗(yàn)，于19611961年提出年提出乳糖操縱子（乳糖操縱子（la

18、clac operon operon）學(xué)說）學(xué)說。（2 2） 操縱子的基本組成操縱子的基本組成 下面就以乳糖操縱子為例子說明操縱子下面就以乳糖操縱子為例子說明操縱子的的最基本的組成元件最基本的組成元件（elementselements）。）。PS1S2S3啟動(dòng)子啟動(dòng)子OPromoter調(diào)控序列調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 操縱子（操縱子（operon） 結(jié)合結(jié)合RNARNA聚合酶聚合酶表達(dá)功能蛋白表達(dá)功能蛋白?11/50操縱子（操縱子（operon）:原核生物的轉(zhuǎn)錄單位原核生物的轉(zhuǎn)錄單位操縱基因操縱基因OperatorA A、結(jié)構(gòu)基因群、結(jié)構(gòu)基因群 操縱子中被調(diào)控的操縱子中被調(diào)控的編碼蛋白質(zhì)的基因

19、編碼蛋白質(zhì)的基因可稱為結(jié)構(gòu)基因可稱為結(jié)構(gòu)基因(structural gene, SG)(structural gene, SG)。一。一個(gè)操縱子中含有個(gè)操縱子中含有2 2個(gè)以上的結(jié)構(gòu)基因個(gè)以上的結(jié)構(gòu)基因，多的可，多的可達(dá)十幾個(gè)。達(dá)十幾個(gè)。 乳糖操縱子含有乳糖操縱子含有Z、Y和和A 等等3 3個(gè)結(jié)構(gòu)基因個(gè)結(jié)構(gòu)基因 lac Z 編碼 -半乳糖苷酶 lac Y 編碼 -半乳糖苷透性酶 lac A 編碼 -半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶 B、 啟動(dòng)子 啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter,(promoter, P P) )是指是指能被能被RNARNA聚合聚合酶識別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段酶識別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段

20、DNADNA序列序列。操縱子至少有一個(gè)啟動(dòng)子，一般在第一個(gè)結(jié)構(gòu)操縱子至少有一個(gè)啟動(dòng)子，一般在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因基因5 5側(cè)上游側(cè)上游，控制整個(gè)結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。，控制整個(gè)結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。C C、 操縱區(qū)操縱區(qū) 操縱區(qū)（操縱區(qū)（operatoroperator）是指能被）是指能被調(diào)控蛋調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段白特異性結(jié)合的一段DNADNA序列序列，常與啟動(dòng)子鄰，常與啟動(dòng)子鄰近或與啟動(dòng)子序列重疊，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在近或與啟動(dòng)子序列重疊，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在操縱子序列上，會(huì)影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)操縱子序列上，會(huì)影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)弱。弱。以乳糖操縱子中的操縱區(qū)為例，其操縱區(qū)以乳糖操縱子中的操縱區(qū)為例，其操

21、縱區(qū)（o o）序列位于啟動(dòng)子（）序列位于啟動(dòng)子（p p）與被調(diào)控的基因之）與被調(diào)控的基因之間，部分序列與啟動(dòng)子序列重疊。間，部分序列與啟動(dòng)子序列重疊。 D D、 調(diào)控基因調(diào)控基因 調(diào)控基因調(diào)控基因(regulatory gene)(regulatory gene)是是編碼能編碼能與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因。調(diào)控蛋白。調(diào)控蛋白有：有： 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressive protein)(repressive protein)：與操：與操縱區(qū)結(jié)合后能減弱或阻止其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)縱區(qū)結(jié)合后能減弱或阻止其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，其介導(dǎo)的調(diào)控方式為錄，其介導(dǎo)的調(diào)控方式為負(fù)調(diào)控

22、負(fù)調(diào)控 激活蛋白激活蛋白(activating protein)(activating protein)：與操縱：與操縱區(qū)結(jié)合后能區(qū)結(jié)合后能增強(qiáng)或起動(dòng)增強(qiáng)或起動(dòng)其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，所介導(dǎo)的調(diào)控方式為所介導(dǎo)的調(diào)控方式為正調(diào)控正調(diào)控 例如在乳糖操縱子中，調(diào)控基因例如在乳糖操縱子中，調(diào)控基因lacI 位于位于Plac鄰近，編碼產(chǎn)生調(diào)控蛋白鄰近，編碼產(chǎn)生調(diào)控蛋白R。 在環(huán)境沒有乳糖存在的情況下，在環(huán)境沒有乳糖存在的情況下，R能特異性能特異性與操縱區(qū)與操縱區(qū)緊密結(jié)合，從而阻止利用乳糖的酶緊密結(jié)合，從而阻止利用乳糖的酶類基因的轉(zhuǎn)錄，所以類基因的轉(zhuǎn)錄，所以R是乳糖操縱子的阻遏蛋是乳糖操縱子的

23、阻遏蛋白白； 當(dāng)環(huán)境中有足夠的乳糖時(shí)，乳糖與當(dāng)環(huán)境中有足夠的乳糖時(shí)，乳糖與R結(jié)合，結(jié)合，失去與操縱區(qū)特異性緊密結(jié)合的能力，從而解失去與操縱區(qū)特異性緊密結(jié)合的能力，從而解除了阻遏蛋白的作用，使其后的基因有轉(zhuǎn)錄的除了阻遏蛋白的作用，使其后的基因有轉(zhuǎn)錄的可能?？赡?。 在這過程中乳糖就是誘導(dǎo)劑，與在這過程中乳糖就是誘導(dǎo)劑，與R結(jié)合起到結(jié)合起到去阻遏作用，誘導(dǎo)了利用乳糖的酶類基因轉(zhuǎn)錄去阻遏作用，誘導(dǎo)了利用乳糖的酶類基因轉(zhuǎn)錄開放。開放。 許多調(diào)控蛋白都是許多調(diào)控蛋白都是變構(gòu)蛋白變構(gòu)蛋白（allosteric protein），通過與上述類似的方式與效應(yīng)物結(jié)合改變），通過與上述類似的方式與效應(yīng)物結(jié)合改變空間

24、構(gòu)像，從而改變活性，起到調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的空間構(gòu)像，從而改變活性，起到調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的作用。作用。E、終止子、終止子 終止子（終止子（terminator，T）是）是給予給予RNA聚聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號的合酶轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列序列。在一個(gè)操縱。在一個(gè)操縱子中至少在結(jié)構(gòu)基因群最后一個(gè)基因的后面有子中至少在結(jié)構(gòu)基因群最后一個(gè)基因的后面有一個(gè)終止子。一個(gè)終止子。以上以上5種元件種元件是每一個(gè)操縱子是每一個(gè)操縱子必定含有必定含有的的。其中啟動(dòng)子、操縱區(qū)位于緊鄰結(jié)構(gòu)基。其中啟動(dòng)子、操縱區(qū)位于緊鄰結(jié)構(gòu)基因群的上游，終止子在結(jié)構(gòu)基因群之后。因群的上游，終止子在結(jié)構(gòu)基因群之后。（2 2）乳糖操縱子的表達(dá)

25、調(diào)控乳糖操縱子的表達(dá)調(diào)控 阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控 當(dāng)大腸桿菌在當(dāng)大腸桿菌在沒有乳糖沒有乳糖的環(huán)境中生存時(shí)，的環(huán)境中生存時(shí)，lac操縱操縱子處于子處于阻遏狀態(tài)阻遏狀態(tài)。調(diào)節(jié)基因在其自身的啟動(dòng)子。調(diào)節(jié)基因在其自身的啟動(dòng)子Pi控制控制下，低水平、組成性表達(dá)產(chǎn)生阻遏蛋白下，低水平、組成性表達(dá)產(chǎn)生阻遏蛋白R，R與操縱子與操縱子結(jié)合，阻礙了結(jié)合，阻礙了RNA聚合酶與啟動(dòng)子聚合酶與啟動(dòng)子Plac的結(jié)合，阻止的結(jié)合，阻止了基因的轉(zhuǎn)錄起動(dòng)。了基因的轉(zhuǎn)錄起動(dòng)。R的阻遏作用的阻遏作用不是絕對不是絕對的，的，R與與偶爾解離，使細(xì)胞中還有極低水平的偶爾解離，使細(xì)胞中還有極低水平的半乳糖苷酶及半乳糖苷酶及透過酶

26、的生成。透過酶的生成。 當(dāng)有乳糖存在時(shí)，乳糖受當(dāng)有乳糖存在時(shí)，乳糖受半乳糖苷酶半乳糖苷酶的的催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與R結(jié)合，使結(jié)合，使R構(gòu)象變化，構(gòu)象變化，失去與失去與的親和力，與的親和力，與解離，基因轉(zhuǎn)錄開放，解離，基因轉(zhuǎn)錄開放，使使半乳糖苷酶在細(xì)胞內(nèi)的含量可增加半乳糖苷酶在細(xì)胞內(nèi)的含量可增加1000倍。倍。這就是乳糖對這就是乳糖對lac操縱子的誘導(dǎo)作用。操縱子的誘導(dǎo)作用。 CAP的正調(diào)控的正調(diào)控 葡萄糖存在時(shí)，半乳糖葡萄糖存在時(shí)，半乳糖-糖苷酶等的合糖苷酶等的合成也受抑制。成也受抑制。 CAP：能與能與cAMP特異結(jié)合的特異結(jié)合的cAMP受體受體在在lac操縱子的啟動(dòng)子操縱

27、子的啟動(dòng)子Plac上游端有一段序列上游端有一段序列與與Plac部分重疊的序列，能與部分重疊的序列，能與CAP特異結(jié)合，稱特異結(jié)合，稱為為CAP結(jié)合位點(diǎn)（結(jié)合位點(diǎn)（CAP binding site）。）。CAP與與這段序列結(jié)合時(shí)，可增強(qiáng)這段序列結(jié)合時(shí)，可增強(qiáng)RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性，使轉(zhuǎn)錄提高性，使轉(zhuǎn)錄提高50倍。相反，當(dāng)有葡萄糖可供倍。相反，當(dāng)有葡萄糖可供分解利用時(shí)，分解利用時(shí)，cAMP濃度降低，濃度降低，CRP不能被活不能被活化，化，lac操縱子的結(jié)構(gòu)基因表達(dá)下降。操縱子的結(jié)構(gòu)基因表達(dá)下降。由于Plac是弱啟動(dòng)子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使lac操縱子轉(zhuǎn)錄開放，還不能使細(xì)菌很好

28、利用乳糖，必需同時(shí)有CAP來加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，細(xì)菌才能合成足夠的酶來利用乳糖。lac操縱子的強(qiáng)誘導(dǎo)既需要有乳糖的存在又需要沒有葡萄糖可供利用。通過這機(jī)制，細(xì)菌是優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，只有無葡萄糖而又有乳糖時(shí)，細(xì)菌才去充分利用乳糖。乳糖操縱子的誘導(dǎo)乳糖操縱子的誘導(dǎo) （3 3） 色氨酸操縱子色氨酸操縱子 色氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的組分，一般的環(huán)境色氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的組分，一般的環(huán)境難以給細(xì)菌提供足夠的色氨酸，細(xì)菌要生存繁難以給細(xì)菌提供足夠的色氨酸，細(xì)菌要生存繁殖通常需要自己經(jīng)過許多步驟合成色氨酸，但殖通常需要自己經(jīng)過許多步驟合成色氨酸，但是一旦環(huán)境能夠提供色氨酸時(shí)，細(xì)菌就會(huì)充分是一旦環(huán)境能夠提供色氨酸時(shí)，

29、細(xì)菌就會(huì)充分利用外界的色氨酸、減少或停止合成色氨酸，利用外界的色氨酸、減少或停止合成色氨酸，以減輕自己的負(fù)擔(dān)。細(xì)菌所以能做到這點(diǎn)是因以減輕自己的負(fù)擔(dān)。細(xì)菌所以能做到這點(diǎn)是因?yàn)橛猩彼岵倏v子（為有色氨酸操縱子（trp operon）的調(diào)控）的調(diào)控。 色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu) 阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控 合成色氨酸所需要酶類的合成色氨酸所需要酶類的結(jié)構(gòu)基因群結(jié)構(gòu)基因群，受其上游，受其上游的啟動(dòng)子的啟動(dòng)子Ptrp和操縱子和操縱子的調(diào)控的調(diào)控，調(diào)控基因，調(diào)控基因trpR的位置的位置遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離P-結(jié)構(gòu)基因群結(jié)構(gòu)基因群，在其自身的啟動(dòng)子作用下，以，在其自身的啟動(dòng)子作用下，以組成性方式低水平

30、表達(dá)其組成性方式低水平表達(dá)其調(diào)控蛋白調(diào)控蛋白R，R并沒有與并沒有與結(jié)結(jié)合的合的活性活性，當(dāng)環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時(shí)，當(dāng)環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時(shí)，R與與色氨酸色氨酸結(jié)合后構(gòu)象變化而活化結(jié)合后構(gòu)象變化而活化，就能夠與，就能夠與特異性親特異性親和結(jié)合和結(jié)合，阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。 因此色氨酸操縱子屬于一種因此色氨酸操縱子屬于一種負(fù)性調(diào)控的、負(fù)性調(diào)控的、可阻遏的操縱子可阻遏的操縱子（repressible operon），即這），即這操縱子通常是操縱子通常是開放轉(zhuǎn)錄開放轉(zhuǎn)錄的，有效應(yīng)物（色氨酸的，有效應(yīng)物（色氨酸為阻遏劑）作用時(shí)則阻遏關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。細(xì)菌不少為阻遏劑）作用時(shí)則阻遏關(guān)閉

31、轉(zhuǎn)錄。細(xì)菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱子都屬于這種類型，其調(diào)生物合成系統(tǒng)的操縱子都屬于這種類型，其調(diào)控可使細(xì)菌處在生存繁殖控可使細(xì)菌處在生存繁殖最經(jīng)濟(jì)最節(jié)省最經(jīng)濟(jì)最節(jié)省的狀的狀態(tài)。態(tài)。 4、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（1）真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 真核基因組結(jié)構(gòu)龐大真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 3109bp 單順反子單順反子 含有大量重復(fù)序列含有大量重復(fù)序列 基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性 內(nèi)含子內(nèi)含子 外顯子外顯子 非編碼區(qū)較多非編碼區(qū)較多 多于編碼序列多于編碼序列(9:1)多層次調(diào)控多層次調(diào)控失活失活 DNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控轉(zhuǎn)

32、錄后水平的調(diào)控 翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控 翻譯后水平的調(diào)控翻譯后水平的調(diào)控（2）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 最重要 順式作用元件順式作用元件 反式作用因子反式作用因子 轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 順式作用元件順式作用元件 影響影響自身基因自身基因表達(dá)活性的表達(dá)活性的DNA序列序列 非編碼序列非編碼序列 分啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子分啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子 啟動(dòng)子啟動(dòng)子 TATA盒，盒，-25bp 上游啟動(dòng)子元件上游啟動(dòng)子元件(upstream promotor elements,UPE)，CAAT 盒，盒，-75bp；GC序列等序列等順式作用元件順式作用元件 增強(qiáng)子：遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（增強(qiáng)子：遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（130kb），增），增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性DNA序列，與方向、距序列，與方向、距離無關(guān)離無關(guān) 沉默子：負(fù)性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用沉默子：負(fù)性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用順式作用元件順式作用元件增強(qiáng)子增強(qiáng)子反式作用因子反式作用因子( (trans-acting factortrans-acting factor) ) 概念：為概念：為DNA結(jié)合蛋白，核內(nèi)蛋白，可結(jié)合蛋白，核內(nèi)蛋白，可使鄰近基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)使鄰近基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)調(diào)控）調(diào)控） 通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合在結(jié)合在TATA盒上的蛋白盒上的蛋白質(zhì)因子。質(zhì)因子。 TFA