基礎(chǔ)生化第十二章細(xì)胞代謝和基因表達(dá)調(diào)節(jié)

第1頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(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)的調(diào)節(jié)第十二章細(xì)胞代謝與基因表達(dá)調(diào)控第2頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、代謝途徑交叉形成網(wǎng)絡(luò)第一節(jié)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)的總原則和方略第3頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸代謝之間的聯(lián)系P624第4頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四糖代謝與脂類代謝的相互聯(lián)系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第5頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系糖→→α-酮酸非必需氨基酸蛋白質(zhì)

NH3蛋白質(zhì)氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）節(jié)首氨基化第6頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四脂類代謝與蛋白質(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氨基酸碳架非必需氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）節(jié)首TCA第7頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)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2.各類物質(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。節(jié)首4.核苷酸的生物合成需要糖代謝提供磷酸核糖，蛋白質(zhì)代謝提供氨基酸。5.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。第8頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、分解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

用于還原性生物合成

五、代謝的要略

形成ATP、NADPH和結(jié)構(gòu)單元用于生物合成

節(jié)首第9頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四下一頁(yè)一、細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)二、激素水平的代謝調(diào)節(jié)三、神經(jīng)水平的代謝調(diào)節(jié)第二節(jié)代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)可在多個(gè)水平進(jìn)行，如底物水平、酶水平等。第10頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)（一）代謝途徑的區(qū)域化——分隔與控制細(xì)胞具有精細(xì)結(jié)構(gòu)，真核細(xì)胞具有膜包圍的細(xì)胞器。因此代謝途徑的有關(guān)酶類，常常組成酶系，分布于細(xì)胞的某一區(qū)域或亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

1.控制跨膜離子濃度梯度和電位梯度；

2.控制物質(zhì)運(yùn)輸3.膜與酶可逆結(jié)合——雙關(guān)酶（HK，PFK等）P630第11頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四酶或酶系所在區(qū)域酶或酶系所在區(qū)域糖酵解酶系TCA酶系磷酸戊糖途徑酶系脂肪酸β氧化酶系脂肪酸合成酶系尿素合成酶系胞漿線粒體胞漿線粒體胞漿線粒體和胞漿蛋白質(zhì)合成酶系DNA聚合酶RNA聚合酶水解酶類粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞核細(xì)胞核溶酶體真核細(xì)胞內(nèi)某些酶的區(qū)域化分布節(jié)首P631第12頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）酶活性的調(diào)節(jié)1.別構(gòu)調(diào)節(jié)——抑制或激活2.酶原激活3.酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)節(jié)首（三）酶量的調(diào)節(jié)1、酶生物合成的誘導(dǎo)和阻遏（原核生物目前研究較深入）操縱子學(xué)說(shuō)2、酶的降解P626第13頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、激素水平的代謝調(diào)節(jié)激素的分類1、氨基酸及其衍生物類激素：酪氨酸的代謝產(chǎn)物，如甲狀腺素、腎上腺素2、肽及蛋白質(zhì)激素：胰島素、降鈣素等3、固醇類激素：腎上腺皮質(zhì)激素、性激素4、脂肪酸衍生物類激素：前列腺素三、神經(jīng)水平的調(diào)節(jié)（高等動(dòng)物）中樞神經(jīng)下丘腦垂體腺體靶細(xì)胞P632P638第14頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、基因表達(dá)1.基因組(genome)：一個(gè)細(xì)胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。2.基因表達(dá)(geneexpression)：遺傳信息的展現(xiàn)，即基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過(guò)程?？砂匆欢〞r(shí)間程序發(fā)生改變——時(shí)序調(diào)節(jié)可隨內(nèi)外環(huán)境條件變化而調(diào)整——適應(yīng)調(diào)節(jié)第三節(jié)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)（一）基因表達(dá)的概念P639第15頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）基因表達(dá)的特點(diǎn)1.時(shí)間特異性多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。2.空間特異性基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)。3.受內(nèi)外環(huán)境條件的影響而變化第16頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）基因表達(dá)的方式按照對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：1.組成型表達(dá)（持家基因）某些基因在個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)恒定表達(dá)，通常被稱為管家基因或持家基因(housekeepinggene)。管家基因較少受環(huán)境因素影響，在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小，這類基因表達(dá)被視為組成型表達(dá)(constitutivegeneexpression)。第17頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.可誘導(dǎo)和可阻遏表達(dá)（可調(diào)基因）（1）可誘導(dǎo)在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因?？烧T導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程，稱為誘導(dǎo)(induction)。如分解乳糖的基因。

（2）可阻遏如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過(guò)程稱為阻遏(repression)。如合成Trp的基因。在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinateexpression)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。第18頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控1.DNA水平2.轉(zhuǎn)錄水平：轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄終止、轉(zhuǎn)錄后加工蛋白質(zhì)降解等3.翻譯水平反義RNA、mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性、翻譯后加工修飾第19頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一個(gè)被闡明的操縱子——大腸桿菌乳糖操縱子基于乳糖對(duì)乳糖代謝酶的誘導(dǎo)現(xiàn)象：大腸桿菌培養(yǎng)基中沒(méi)有乳糖，則細(xì)胞內(nèi)參與乳糖分解代謝的3種酶很少（β-半乳糖苷酶0.5-5個(gè)/cell）；一旦加入乳糖或其類似物，則幾分鐘內(nèi)酶分子數(shù)驟增（β-半乳糖苷酶5000個(gè)/cell，其它兩種酶也大量增加）。三、原核生物基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄起始水平的調(diào)控為什么加入底物，相應(yīng)的分解代謝的酶才會(huì)合成？經(jīng)濟(jì)原則第20頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四PS1S2S3啟動(dòng)子OPromoter調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因操縱子（operon）

結(jié)合RNA聚合酶表達(dá)功能蛋白?操縱子（operon）:原核生物基因表達(dá)調(diào)控的基本單位，由一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因、調(diào)控它們轉(zhuǎn)錄的操縱基因、調(diào)節(jié)基因和啟動(dòng)子序列組成。操縱基因OperatorI調(diào)節(jié)基因Regulator表達(dá)調(diào)節(jié)蛋白第21頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）大腸桿菌乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子操縱基因結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：β-半乳糖苷酶透過(guò)酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNAZYAOPDNAI調(diào)節(jié)基因P640第22頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第23頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)（二）乳糖操縱子阻遏蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因不能轉(zhuǎn)錄第24頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶誘導(dǎo)物構(gòu)象改變第25頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）乳糖操縱子CAP的正調(diào)節(jié)（P641）葡萄糖效應(yīng)：細(xì)菌在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)，優(yōu)先利用G，只有在G耗盡后,經(jīng)過(guò)一段停滯期才利用乳糖。分解G的酶是組成型表達(dá)，G的降解物影響了分解其它糖的酶表達(dá),稱之為降解物阻遏。調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物為環(huán)腺苷酸受體（CRP），也稱為降解物基因活化蛋白（CAP），與cAMP結(jié)合后被活化，與操縱子上某部位結(jié)合使DNA鏈彎曲，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而cAMP-CRP能增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄。第26頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四G分解代謝的降解物能抑制腺苷酸環(huán)化酶活性并活化磷酸二酯酶，導(dǎo)致cAMP濃度降低，因而不能與CAP結(jié)合促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。

ATPcAMP腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶第27頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四++++轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖時(shí)，cAMP濃度高有葡萄糖時(shí)，cAMP濃度低ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP（catoboliteactivatorprotein）——降解物基因活化蛋白cAMPpol第28頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（四）正、負(fù)調(diào)控的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。第29頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四mRNA低乳糖時(shí)高乳糖時(shí)葡萄