yong第十二章修改物質(zhì)代謝調(diào)控包括基因表達調(diào)空級

第四節(jié)代謝調(diào)節(jié)信號的細胞傳導機制

一、信號分子與受體

（一）信號分子

信號分子激素、神經(jīng)遞質(zhì)、藥物、抗原、各種生長因子等是高等動物賴以調(diào)節(jié)細胞代謝活動的重要信號分子。

信號分子也常被稱為配體（ligand）。屬于第一信使。

如腎上腺素、胰島素、去甲腎上腺素等激素?，F(xiàn)在是1頁\一共有85頁\編輯于星期一（二）受體

受體（receptor）是指細胞膜上或細胞內(nèi)能識別信號分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、毒素、藥物、抗原等）并與之結(jié)合的生物大分子。

絕大部分受體是蛋白質(zhì)，少數(shù)是糖脂。

現(xiàn)在是2頁\一共有85頁\編輯于星期一1.受體特點：

①專一性地與其相應的配體可逆結(jié)合。兩者在空間結(jié)構(gòu)上必定有高度互補的區(qū)域以利于二者結(jié)合，氫鍵、離子鍵、范德瓦爾力和疏水鍵力是受體與配體間相互作用的主要非共價鍵。

②受體與配體之間存在高親和力，其解離常數(shù)通常達到10-11~10-9mol/L。現(xiàn)在是3頁\一共有85頁\編輯于星期一

③受體與配體兩者結(jié)合后可以通過第二信使（secondmessenger），如cAMP，cGMP，IP3，Ca2+等引發(fā)細胞內(nèi)的生理效應現(xiàn)在是4頁\一共有85頁\編輯于星期一2.受體四種類型

①Ⅰ型為配體門控通道型

這類受體一般是快速反應的神經(jīng)遞質(zhì)受體，如乙酰膽堿受體。（不介紹）

②Ⅱ型為G蛋白偶聯(lián)型（重點，生理已講過，課程銜接好）

很多位于膜上的激素受體，如腎上腺素受體。它們須通過G蛋白的參與控制第二信使的產(chǎn)生或離子通道的效應?，F(xiàn)在是5頁\一共有85頁\編輯于星期一

③Ⅲ型是酪氨酸激酶型（不介紹）

這類受體最大特點是本身就具有酪氨酸激酶的活性。因此受體可以直接調(diào)節(jié)細胞內(nèi)效應蛋白的磷酸化過程，進而引發(fā)生理效應。如生長因子受體就屬于這一類。

現(xiàn)在是6頁\一共有85頁\編輯于星期一④Ⅳ型是DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型

此類受體存在于胞漿中或核內(nèi)。這類受體的激活直接影響DNA的轉(zhuǎn)錄和特定基因的表達。其效應過程比較長，甚至要數(shù)天，如雌二醇的受體。

重點介紹與Ⅱ型，G蛋白偶聯(lián)型。

Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型三種類型受體有關的細胞信號傳導系統(tǒng)及其機制。（不介紹。自學）

現(xiàn)在是7頁\一共有85頁\編輯于星期一二、細胞信號的傳導系統(tǒng)

G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)(重點)

1.

G蛋白其全稱為GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白。

（1）部位：細胞膜

（2）作用：G蛋白在細胞膜上的受體與細胞內(nèi)的效應酶或效應蛋白之間起中介的作用，參與細胞信號的傳導過程。現(xiàn)在是8頁\一共有85頁\編輯于星期一（3）種類：G蛋白有十多種，結(jié)構(gòu)上還是功能上都有許多共性，所有的G蛋白都是膜蛋白。（4）結(jié)構(gòu)組成（共性）：

相同點：都是由α、β和γ三種亞基組成的三聚體。β和γ通常緊密結(jié)合成β/γ二聚體?，F(xiàn)在是9頁\一共有85頁\編輯于星期一G蛋白的差別

主要表現(xiàn)在α亞基的不同，α亞基的不同使G蛋白表現(xiàn)出多功能的調(diào)節(jié)作用。

G蛋白的α-亞基有GTP或GDP結(jié)合位點；并具有GTP酶的活性?，F(xiàn)在是10頁\一共有85頁\編輯于星期一

（5）非活性狀態(tài)G蛋白的α-亞基與GDP結(jié)合，并與β/γ亞基二聚體有高親合性，結(jié)合在一起。

（6）活化的狀態(tài)：當激素與受體結(jié)合后，與受體相連的G蛋白α-亞基釋放出GDP，改為結(jié)合GTP，并立即與β/γ-亞基二聚體分離，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨臓顟B(tài)?，F(xiàn)在是11頁\一共有85頁\編輯于星期一

活化型的α-亞基再進一步激活膜上的效應酶。

在α-亞基完成了這一傳達信息的任務之后，由于它本身具有GTP酶的活性，可釋放Pi，GTP又轉(zhuǎn)變成GDP，結(jié)合GDP的α-亞基又與β/γ-亞基二聚再結(jié)合，恢復G蛋白的非活性狀態(tài)?，F(xiàn)在是12頁\一共有85頁\編輯于星期一

因而G蛋白分為激活型（Gs）和抑制型（Gi）。相應的，其α-亞基可分為αs和αi。G蛋白的作用以下式表示：

GsGi現(xiàn)在是13頁\一共有85頁\編輯于星期一

例如，當β-腎上腺素與其受體結(jié)合后，有GTP參與，GS蛋白激活。

(6)αs激活腺苷酸環(huán)化酶（效應酶），由αs激活腺苷酸環(huán)化酶，使胞內(nèi)的大量ATP轉(zhuǎn)變?yōu)閏AMP，并釋放PPi。

現(xiàn)在是14頁\一共有85頁\編輯于星期一G蛋白對于的效應酶，腺苷酸環(huán)化酶也有激活和抑制兩種情形，腺苷酸環(huán)化酶激活后，其作用如下，cAMP的合成與分解：

現(xiàn)在是15頁\一共有85頁\編輯于星期一cAMP進一步活化—蛋白激酶使一個或多個代謝過程，如腎上限素、胰島素作用機理。cAMP是在50年代研究腎上腺素激活磷酸化酶，促進糖原分解的機制時認識到的，是人們最早知道的第二信使?，F(xiàn)在是16頁\一共有85頁\編輯于星期一2.蛋白激酶A途徑

是了解比較清楚的與G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)有關的途徑，即cAMP-PKA（proteinkinaseA)途徑。

現(xiàn)在是17頁\一共有85頁\編輯于星期一

蛋白激酶A形式:

非活性形式:由四個亞基組成的四聚體，兩個同樣的調(diào)節(jié)亞基（R）和兩個同樣的催化亞基（C）?；钚孕问?當4分子cAMP結(jié)合到兩個調(diào)節(jié)亞基的結(jié)合部位時，此四聚體解離成兩部分，即結(jié)合有cAMP的調(diào)節(jié)亞基二聚體和兩個分離的具有催化活性的催化亞基。

現(xiàn)在是18頁\一共有85頁\編輯于星期一催化亞基使胞內(nèi)許多蛋白酶磷酸化而激活，引起生理效應?，F(xiàn)在是19頁\一共有85頁\編輯于星期一

如蛋白激酶（proteinkinase，PK)

能將ATP分子上的

－磷酸轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的Ser，Thr,Tyr(L)殘基上，使蛋白質(zhì)磷酸化的酶。

磷蛋白磷酸酶可催化該反應的逆過程修飾代謝途徑中的酶，共價修飾調(diào)節(jié)現(xiàn)在是20頁\一共有85頁\編輯于星期一蛋白激酶與磷蛋白磷酸酶的作用現(xiàn)在是21頁\一共有85頁\編輯于星期一（1）激素與受體結(jié)合，

G蛋白激活，轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨臓顟B(tài)。（2）激活效應酶（3）

cAMP-PKA途徑代謝途徑中的酶活性發(fā)生變化，使代謝途徑的速度發(fā)生變化而適應環(huán)境。

腎上腺素作用于肌細胞受體導致肌糖原分解就是一個典型的例子。故應激情況下，經(jīng)過以下過程現(xiàn)在是22頁\一共有85頁\編輯于星期一以上理論全部體現(xiàn)于圖中現(xiàn)在是23頁\一共有85頁\編輯于星期一圖12?4肌糖原分解反對級聯(lián)放大過程

應激生理生化表現(xiàn)，生產(chǎn)上外調(diào)豬、牛等現(xiàn)在是24頁\一共有85頁\編輯于星期一如通知、凝血放大效應現(xiàn)在是25頁\一共有85頁\編輯于星期一

激素攜帶的胞外信息經(jīng)由cAMP傳達到胞內(nèi)，再由PKA繼續(xù)向下傳遞，將較弱的胞外信號通過一個酶促的酶活性的級聯(lián)放大（cascadeeffect）系統(tǒng)逐級放大，對于動物保全生命具有重要的生物學意義。

使細胞在短時間內(nèi)作出快速應答反應。這對于在應激狀態(tài)下，爭取時間逃跑或者戰(zhàn)斗以保全生命有重要的生物學意義。當應激的條件消除時，cAMP又可以很快被磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）水解，開環(huán)而滅活。

現(xiàn)在是26頁\一共有85頁\編輯于星期一

現(xiàn)在是27頁\一共有85頁\編輯于星期一cAMP信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)配體ATP受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶（AC）cAMP效應PKA（依賴cAMP蛋白激酶）（cAMPdependentproteinkinase）

現(xiàn)在是28頁\一共有85頁\編輯于星期一

習題:1.依賴于cAMP的蛋白激酶A途徑已了解得比較清楚，這是與G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)有關的細胞信號轉(zhuǎn)導途徑。蛋白激酶A是處于途徑上游處的關鍵酶。簡述這個酶的激活機制。2.舉兩例說明酶的活性具有可調(diào)節(jié)性。

現(xiàn)在是29頁\一共有85頁\編輯于星期一

3.磷脂酰肌醇二磷酸（PIP）被磷脂酶C催化水解生成甘油二酯（DG）和三磷酸肌醇（IP）。簡述它們作為第二信使如何以不同的方式向細胞內(nèi)傳導代謝信息的。(南農(nóng))現(xiàn)在是30頁\一共有85頁\編輯于星期一

除cAMP－PKA外，還存在環(huán)鳥苷酸第二信使系統(tǒng)，即cGMP－蛋白激酶G（PKG）途徑。G蛋白可激活鳥苷酸環(huán)化酶使GTP生成cGMP，后者再激活PKG而發(fā)生效應。研究發(fā)現(xiàn)此途徑與cAMP－PKA途徑機制相似，甚至有部分功能交叉，但詳細的機制尚不清楚?，F(xiàn)在是31頁\一共有85頁\編輯于星期一以下不介紹，如果做精品課程以下刪去通過以上過程總結(jié)激素作用特點

１.靶細胞（靶組織）２.組織特異性３.放大效應

放大效應優(yōu)勢，如凝血、應激、動物環(huán)境現(xiàn)在是32頁\一共有85頁\編輯于星期一蛋白激酶C途徑

（以下不介紹，08年10.29，如果上網(wǎng)刪除）

蛋白激酶C（proteinkinaseC，PKC）途徑，即甘油二酯

（diglyceride，DG）-蛋白激酶C途徑。甘油二酯是該途徑的第二信使，它是肌醇磷脂的分解產(chǎn)物之一。當激素與受體結(jié)合后經(jīng)G蛋白介導，激活磷脂酶C，由磷脂酶C將質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）水解成三磷酸肌醇（IP3）和DG，見圖12-5。

現(xiàn)在是33頁\一共有85頁\編輯于星期一肌醇磷脂信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)配體膜受體磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）

水解肌醇-1，4，5-三磷酸（IP3）二酰甘油（DG）引起細胞內(nèi)貯存的Ca2+釋放，胞漿Ca2+上升?；罨鞍准っ窩現(xiàn)在是34頁\一共有85頁\編輯于星期一脂溶性的DG在膜上累積并使緊密結(jié)合在膜上的無活性的蛋白激酶C（PKC）活化。PKC活化后使大量底物蛋白的絲氨酸或蘇氨酸的羥基磷酸化。它們包括胰島素、β-腎上腺素等激素和神經(jīng)遞質(zhì)在細胞膜上的受體，還有糖原合成酶，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，Na+-K+-ATP酶和轉(zhuǎn)鐵蛋白等，于是引起細胞內(nèi)的生理效應。

現(xiàn)在是35頁\一共有85頁\編輯于星期一

近年來還發(fā)現(xiàn)了DG的另一個來源，在微量Ca2+存在下，膜上的磷脂酶D可使卵磷脂水解產(chǎn)生磷脂酸，后者再由磷脂酸磷酸酶水解生成DG。此種DG也同樣激活PKC，但可引起PKC持久的活化，與出現(xiàn)較慢的細胞增殖、分化等生物學效應有關。

現(xiàn)在是36頁\一共有85頁\編輯于星期一發(fā)揮作用后的DG可通過三個途徑終止作為第二信使的作用。

①DG被DG激酶磷酸化生成磷脂酸，再參與肌醇磷脂的合成。

②在DG脂酶作用下，水解成單脂酰甘油，進而分解產(chǎn)生出花生四烯酸和甘油等。

③在脂酰CoA轉(zhuǎn)移酶的作用下，DG與其他脂肪酸又可以合成甘油三酯。

現(xiàn)在是37頁\一共有85頁\編輯于星期一（4）IP3-Ca2+/鈣調(diào)蛋自激酶途徑

在這個途徑中，IP3和Ca2+都是它的第二信使。IP3在前面已提到，它與DG同是PIP2的分解產(chǎn)物。由于IP3與DG不同，是水溶性的，在膜上水解生成后進入胞液內(nèi)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+門控通道結(jié)合，促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+釋放到胞液中，胞內(nèi)Ca2+水平的升高，使Ca2+／鈣調(diào)蛋白（calmodulin）依賴性蛋白激酶（CaM現(xiàn)在是38頁\一共有85頁\編輯于星期一酶）激活。而CaM酶再激活腺苷酸環(huán)化酶、Ca2+-Mg2+-ATP酶、磷酸化酶、肌球蛋白輕鏈激酶、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶等，產(chǎn)生各種生理效應。IP3可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇，以終止其第二信使作用。上述的蛋白激酶C途徑與這個途徑關系十分密切，見圖12-6。

現(xiàn)在是39頁\一共有85頁\編輯于星期一現(xiàn)在是40頁\一共有85頁\編輯于星期一12.1.1酪氨酸蛋白激酶型受體系統(tǒng)

（1）

酪氨酸蛋白激酶型受體

酪氨酸蛋白激酶（tyrosineproteinkinase，TPK）型受體包括許多肽類激素和生長因子，例如胰島素，類胰島素生長因子，生長激素，上皮生長因子等，通過酪氨酸蛋白激酶型受體系統(tǒng)進行細胞信號傳遞。它們的受體，一般由單條或兩條多肽鏈構(gòu)成，結(jié)構(gòu)上都比較相似（如圖12-7）。

現(xiàn)在是41頁\一共有85頁\編輯于星期一與酪氨酸蛋白激酶直接相連的信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)

1980年Hunter等人第一次鑒定出一種對酪氨酸專一的蛋白激酶（TPK）。

近年來研究發(fā)現(xiàn)與TPK直接相連的細胞膜表面受體可分為二類：

第一類為與細胞分裂、分化、生長有關的生長因子的膜受體，本身就具有TPK的活性，這類受體稱受體酪氨酸蛋白激酶（RTK）家族。

第二類為受體本身不具TPK活性，但受體一旦與配體結(jié)合，即可激活胞漿內(nèi)與受體相連的非受體型TPK的活性。

（來源與張應）現(xiàn)在是42頁\一共有85頁\編輯于星期一在胞外側(cè)的是受體識別和結(jié)合配體的區(qū)域；緊接著的是跨膜部分，但與G蛋白偶聯(lián)型受體不同，每條跨膜肽鏈只有一個α-跨膜螺旋，然后是胞內(nèi)的酪氨酸激酶的催化部位，具有使自身的酪氨酸殘基磷酸化并激活和催化其他效應物蛋白（或酶）的酪氨酸殘基磷酸化的作用。

現(xiàn)在是43頁\一共有85頁\編輯于星期一例如，表皮生長因子受體與生長因子結(jié)合后，發(fā)生二聚化，兩個受體的胞內(nèi)部分相互催化發(fā)生酪氨酸殘基磷酸化而激活，再通過一系列細胞內(nèi)的信號傳遞過程，調(diào)節(jié)細胞分裂（圖12-7）。

現(xiàn)在是44頁\一共有85頁\編輯于星期一圖12?7受體酪氨酸蛋白激酶途徑現(xiàn)在是45頁\一共有85頁\編輯于星期一12.1.1DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型受體系統(tǒng)

（1）DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型受體系統(tǒng)DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型受體又稱為類固醇激素受體。只有脂溶性的類固醇激素，如腎上腺皮質(zhì)激素、雌激素、孕激素（廣義上還包括甲狀腺激素）等可以自由透過細胞膜，與胞液的或核內(nèi)的受體發(fā)生作用。

現(xiàn)在是46頁\一共有85頁\編輯于星期一目前研究確定的是糖皮質(zhì)激素和鹽皮質(zhì)激素受體分布于胞內(nèi)，維生素D3的受體在核內(nèi)，而孕激素和雌激素受體被認為大部分在核中，但也有分散于胞液中的。

現(xiàn)在是47頁\一共有85頁\編輯于星期一（2）DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型受體途徑

類固醇激素受體在胞內(nèi)或核內(nèi)都可能存在，如雌激素進人細胞內(nèi)后，一部分與胞內(nèi)受體結(jié)合，使受體激活并經(jīng)過核孔進入核內(nèi)，而另一部分激素直接擴散進入核內(nèi)與受體結(jié)合。激活的受體與特定的DNA序列發(fā)生作用，可以直接活化少數(shù)特殊基因的轉(zhuǎn)錄過

現(xiàn)在是48頁\一共有85頁\編輯于星期一程。這種表達反應非常迅速，從配體與受體結(jié)合到RNA聚合酶活性增加只需幾分鐘，然后產(chǎn)生出初級基因產(chǎn)物（一些蛋白質(zhì)），再由它們活化其他基因，對初級反應起到放大的作用。這類信號分子的生物學效應一般在數(shù)小時甚至幾天后才表現(xiàn)出來。因此這類類固醇激素作用通常表現(xiàn)為長期的生物學效應。DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型受體途徑如圖12-8所示。

現(xiàn)在是49頁\一共有85頁\編輯于星期一（2）

受體酪氨酸蛋白激酶途徑

該途徑與G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)不同，受體本身具有激酶的功能。當配體與受體結(jié)合后，會引起受體間發(fā)生聚合，激活的受體具有酪氨酸激酶活性可催化受體自身或相互催化其胞內(nèi)部分的酪氨酸殘基磷酸化，再通過信號級聯(lián)放大效應或通過蛋白質(zhì)的相互作用，調(diào)控細胞的有絲分裂、分化等。

現(xiàn)在是50頁\一共有85頁\編輯于星期一圖12?8DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型受體途徑以下不用

現(xiàn)在是51頁\一共有85頁\編輯于星期一

酶蛋白的合成速度通常通過一些誘導劑或阻遏劑來進行調(diào)節(jié)。凡能促使基因轉(zhuǎn)錄增強，從而使酶蛋白合成增加的物質(zhì)就稱為誘導劑；反之，則稱為阻遏劑。

酶的底物對酶蛋白的合成具有誘導作用；代謝終產(chǎn)物對酶的合成有阻遏作用。激素可以誘導關鍵酶的合成，也可阻遏關鍵酶的合成。以下不講DNA所攜帶的酶蛋白遺傳信息，需要通過轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成酶蛋白。

在細胞內(nèi)進行的轉(zhuǎn)錄或翻譯過程都有特定的調(diào)節(jié)控制機制，其中轉(zhuǎn)錄的調(diào)控占主導地位。因此，基因表達的調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進行。

現(xiàn)在是52頁\一共有85頁\編輯于星期一

酶的合成包括酶的誘導與阻遏：誘導是酶的生成增多、增快；阻遏則使酶的生成減少、減漫。

誘導及阻遏產(chǎn)生的機理主要通過控制轉(zhuǎn)錄過程實現(xiàn)，這種控制主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始階段。以下用原核生物基因表達的調(diào)控作以解釋。

現(xiàn)在是53頁\一共有85頁\編輯于星期一

第七節(jié)基因表達的調(diào)控

（屬于酶含量的調(diào)節(jié)）

生物體的代謝調(diào)節(jié)盡管有不同的途徑和水平，最根本還是基因的表達調(diào)控。

基因表達即遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平。

現(xiàn)在是54頁\一共有85頁\編輯于星期一基因表達調(diào)控可分為四級：

轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

mRNA加工調(diào)控

翻譯水平調(diào)控

蛋白質(zhì)活性調(diào)控等現(xiàn)在是55頁\一共有85頁\編輯于星期一

原核生物基因表達的調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)錄水平）

本世紀三十年代，H.Karstrom在對糖代謝過程中的某些酶的合成進行研究時提出：誘導酶與組成酶。

酶合成誘導現(xiàn)象—JacobandMonod的工作：

已知分解利用乳糖的酶有：-半乳糖苷酶；-半乳糖苷透過酶；硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶（了解）。

現(xiàn)在是56頁\一共有85頁\編輯于星期一

實驗：

1.大腸桿菌生長在葡萄糖培養(yǎng)基上時，細胞內(nèi)無上述三種酶合成；

2.大腸桿菌生長在唯一碳源乳糖培養(yǎng)基上時細胞內(nèi)發(fā)生上述三種酶合成；

3.當換成葡萄糖培養(yǎng)基時，三種酶基本消失；

表明菌體生物合成的經(jīng)濟原則：需要時才合成。

現(xiàn)在是57頁\一共有85頁\編輯于星期一

某些代謝物或底物可以誘導某些酶的合成，是通過促進為該酶編碼的基因的表達而進行的，這種現(xiàn)象叫做酶合成的誘導。

能誘導酶合成的物質(zhì)叫誘導物。被誘導合成的酶叫誘導酶。

JacobandMonod提出了操縱子學說，這是一個劃時代的發(fā)現(xiàn)，開創(chuàng)了從分子水平上認識基因表達受營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控的時代，這項重大貢獻他們獲得1965年的諾貝爾獎?，F(xiàn)在是58頁\一共有85頁\編輯于星期一

1.操縱子模式

所謂操縱子是指原核生物基因組的一個表達調(diào)控序列，

包括參與一個代謝途徑的幾個酶的基因編碼在一起形成的一個轉(zhuǎn)錄單位。

操縱子是原核生物基因表達調(diào)控的基本單位，或者說是在DNA上控制蛋白質(zhì)合成的一個功能單位。

現(xiàn)在是59頁\一共有85頁\編輯于星期一

（1）操縱子結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)基因

調(diào)節(jié)基因

啟動基因

操縱基因及其他一些調(diào)控序列。

現(xiàn)在是60頁\一共有85頁\編輯于星期一

①結(jié)構(gòu)基因

指導蛋白質(zhì)生物合成的基因，在原核生物中，它包括參與同一代謝途徑的幾個酶的基因，在功能上是相關的（多順反子）。

②操縱基因決定著結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄或不轉(zhuǎn)錄，當~“開放”時，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄，“關閉”時，不轉(zhuǎn)錄，操縱基因的“開關”由調(diào)節(jié)基因決定。一般位于結(jié)構(gòu)基因上游。

③啟動基因位于操縱基因上游。與RNA聚合酶結(jié)合的部位?，F(xiàn)在是61頁\一共有85頁\編輯于星期一

④調(diào)節(jié)基因~能編碼一種蛋白質(zhì)—阻遏蛋白（阻遏物），它是一種變構(gòu)蛋白。

分子表面有兩個配基結(jié)合部位，一個與操縱基因結(jié)合，一個與效應物結(jié)合（誘導物或輔阻遏物）。

在不同類型的操縱子中阻遏蛋白的性質(zhì)有所不同（理解不了）。

（2）操縱子類型

誘導型和阻遏型現(xiàn)在是62頁\一共有85頁\編輯于星期一基因表達調(diào)控啟動基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因……調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)蛋白RNA聚合酶結(jié)合部位調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合部位，決定轉(zhuǎn)錄與否操縱子mRNAmRNA（阻遏蛋白）現(xiàn)在是63頁\一共有85頁\編輯于星期一

（2）操縱子類型

誘導型

阻遏型現(xiàn)在是64頁\一共有85頁\編輯于星期一調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生阻遏蛋白（活化狀態(tài)），與操縱基因結(jié)合，阻止RNA聚合酶在啟動子上的轉(zhuǎn)錄起始，結(jié)構(gòu)基因不表達?，F(xiàn)在是65頁\一共有85頁\編輯于星期一

誘導物與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白不能于操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因即可表達。

誘導型現(xiàn)在是66頁\一共有85頁\編輯于星期一上述誘導型操縱子，其阻遏蛋白合成后呈活化狀態(tài)，可與操縱基因結(jié)合，使操縱子關閉，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；（與本圖調(diào)節(jié)方式相反）誘導物能使阻遏蛋白脫落，結(jié)構(gòu)基因得到表達。（無活性狀態(tài)）不介紹現(xiàn)在是67頁\一共有85頁\編輯于星期一

輔阻遏物可使阻遏蛋白變構(gòu)，結(jié)構(gòu)基因“關閉”，操縱子被阻遏，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。

阻遏型不介紹現(xiàn)在是68頁\一共有85頁\編輯于星期一誘導型操縱子其阻遏蛋白合成后呈活化狀態(tài)，可與操縱基因結(jié)合，使操縱子關閉，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；誘導物能使阻遏蛋白脫落，結(jié)構(gòu)基因得到表達。

阻遏型操縱子(yaofou)(不介紹)

其阻遏蛋白合成之后呈無活性狀態(tài)，不能與操縱子結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因“開放“可進行表達。現(xiàn)在是69頁\一共有85頁\編輯于星期一操縱子模型（operonmodel)：

是原核生物基因表達的調(diào)節(jié)機制。大腸桿菌乳糖操縱子是第一個被子發(fā)現(xiàn)的操縱子（Monod和Jacob，1961）

現(xiàn)在是70頁\一共有85頁\編輯于星期一

2.乳糖操縱子（lac）—誘導型操縱子

人們在20世紀初就發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：在大腸桿菌培養(yǎng)基中即加入葡萄糖，又加入乳糖，大腸桿菌不利用乳糖

。

如果將大腸桿菌培養(yǎng)在以乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基上時，2~3min內(nèi)b-半乳糖苷酶增加到原來的1000倍。若從培養(yǎng)基上除去乳糖，則該酶的合成在2~3min內(nèi)停止。同時發(fā)現(xiàn)除b-半乳糖苷酶外，b-半乳糖苷透性酶、b-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶也一切被誘導合成。

以上現(xiàn)象說明三種酶的基因平時是關閉的。現(xiàn)在是71頁\一共有85頁\編輯于星期一

大腸桿菌培養(yǎng)過程中如果缺少乳糖，細胞中就不含有代謝乳糖的酶。在培養(yǎng)基中加入乳糖后，大腸桿菌就能在幾分鐘內(nèi)合成出與乳糖水解有關的酶，使之能利用這種營養(yǎng)物質(zhì)。

由乳糖誘導產(chǎn)生的與乳糖水解相關的三種酶：-半乳糖苷酶，-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶，被稱為誘導酶。

這種由于底物存在而導致作用該底物的酶合成的現(xiàn)象稱酶的誘導。乳糖操縱子調(diào)控機理如下：現(xiàn)在是72頁\一共有85頁\編輯于星期一啟動基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因lacZlacAlacY①酶合成的誘導乳糖操縱子……調(diào)節(jié)基因……阻遏蛋白mRNA基因關閉不轉(zhuǎn)錄，陰性調(diào)控基因打開轉(zhuǎn)錄，陽性調(diào)控mRNAb-半乳糖苷酶b-半乳糖苷透性酶b-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶阻遏蛋白mRNA無乳糖(有乳糖）誘導物(乳糖等)現(xiàn)在是73頁\一共有85頁\編輯于星期一

LacI阻遏蛋白表達的產(chǎn)物是—阻遏蛋白，其功能：阻止結(jié)構(gòu)基因的表達，阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合（位于啟動子和結(jié)構(gòu)基因之間），可阻止RNA聚合酶在啟動子上轉(zhuǎn)錄，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄，這種調(diào)節(jié)稱為陰性調(diào)節(jié)。因培養(yǎng)基中無乳糖不需要利用乳糖的酶?，F(xiàn)在是74頁\一共有85頁\編輯于星期一

乳糖是乳糖操縱子的誘導物，它可以結(jié)合在阻遏蛋白的變構(gòu)位點上，使之構(gòu)型發(fā)生改變，不能與操縱基因結(jié)合，于是RNA聚合酶結(jié)合于啟動子上，并順利通過操縱基因，進行結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大量分解乳糖的酶，稱之為陽性調(diào)控。

現(xiàn)在是75頁\一共有85頁\編輯于星期一

由于，利用乳糖的酶是由于乳糖的存在而被誘導產(chǎn)生，所以這種酶稱為誘導酶，乳糖是一種誘導劑。該調(diào)節(jié)方式為誘導型操縱子。

在含乳糖的培養(yǎng)基中加入葡萄糖時，為什么又不能利用乳糖了呢？現(xiàn)在是76頁\一共有85頁\編輯于星期一

在培養(yǎng)基中加入葡萄糖，則乳糖代謝停止，大腸桿菌又轉(zhuǎn)向利用葡萄糖而不利用乳糖，可見葡萄糖阻遏了乳糖代謝，只有當葡萄糖消耗殆盡，阻遏解除，大腸桿菌又能利用乳糖。

因為，在乳糖操縱子的調(diào)控中還有另一個蛋白質(zhì)在起作用—降解物基因活化蛋白（CAP），當它特異的結(jié)合在啟動子上時，能促進RNA聚合酶與啟動子結(jié)合，促進轉(zhuǎn)錄（陽性調(diào)控周237頁）現(xiàn)在是77頁\一共有85頁\編輯于星期一

但游離的CAP是不能與啟動子結(jié)合，必須在細胞內(nèi)有足夠的cAMP時，CAP首先與cAMP形成復合物，此復合物才能與啟動子結(jié)合。

因此CAP也稱做cAMP受體蛋白。葡萄糖降解產(chǎn)物能降低細胞內(nèi)cAMP的含量。因而當向乳糖培養(yǎng)基中加入葡萄糖時