色氨酸操纵子(酶的阻遏)阻遏物和操纵基因的调节.ppt

3 色氨酸操纵子 酶的阻遏 阻遏物和操纵基因的调节 调节基因 操纵基因 结构基因 mRNA 酶蛋白 阻遏蛋白不能与操纵基因结合 结构基因表达 调节基因 操纵基因 结构基因 辅阻遏物trp 代谢产物与阻遏蛋白结合 使之构象发生变化与操纵基因结合 结构基因不能表达 大肠杆菌色氨酸操纵子的调节机制 衰减子模型 衰减子 在转录水平上调节基因表达的衰减作用 用于终止和减弱转录 这种调节的作用部位叫衰减子 是一种位于结构基因上游前导区的终止子 大肠杆菌色氨酸操纵子的调节机制 衰减子模型 大肠杆菌色氨酸操纵子衰减的可能机制 低浓度色氨酸 高浓度色氨酸 衰减子模型能够较好地说明某些氨基酸的生物合成的调节机制 阻遏和衰减机制虽然都是在转录水平上进行调节 但是它们的作用机制完全不同 阻遏控制转录的起始 而衰减控制转录起始后是否能继续下去 4 生长速度的调节 通过控制生长培养基而控制生长速度 不同的生长速度是通过调节蛋白质分子的合成能力实现的 5 基因表达的时序控制 生长发育各期中 基因的表达是按一定的时间程序而展现的 时序控制 他也是一种适应调控 通过不同的调节蛋白 启动子或终止子来实现 6 翻译水平的调节翻译水平的调节的类型 不同mRNA翻译能力的差异 翻译阻遏作用 反义RNA的作用 1 翻译能力主要受控于5 端的核糖体结合部位 SD序列 另外和mRNA采用的密码系统也有关系 常见的快 反之就慢 2 翻译阻遏 trans lationalrepression 当有过量核糖体蛋白质存在时 可引起它自身以及有关蛋白质合成的阻遏 这种在翻译水平上的阻遏作用叫翻译阻遏 这些起阻遏作用的蛋白质都是能直接和rRNA相结合的核糖体蛋白 他们由于能和自身的mRNA起始控制部位相结合而影响翻译 2 反义RNA 意义 反义RNA指具有互补序列的RNA 亦称为干扰mRNA的互补RNA 调节基因表达 抑制有害基因的表达 她可以通过互补序列与特定的mRNA结合 结合位置包括mRNA的结合核糖体的序列 SD 和起始密码子AUG 从而抑制mRNA的翻译 故又称为干扰mRNA的互补RNA 例如渗透压变化对大肠杆菌外膜蛋白质基因表达的调节 互补序列 二 真核生物基因表达的调节 1 转录前水平的调节 通过改变DNA序列和染色质结构从而影响基因表达 染色质的丢失 基因扩增 序列重排 染色体DNA的修饰和异染色质化等 2 转录活性的调节 基因的转录活性与基因组DNA和染色质空间结构状态有关 染色质的活化 激素和基因砖录的诱导 增强子的促进等 3 转录后水平的调节 如前所讲 mRNA加工和成熟较为重要 4 翻译水平的调节 主要是控制mRNA的稳定性和选择性的进行转录 另外还有起始因子和翻译控制RNA tsRNA 翻译控制RNA为20 30核苷酸长的寡聚尿苷酸 可与mRNA结合形成双链 抑制翻译作用 还有双链RNA熔解因子可使之解链 5 翻译后水平的调节 即多肽链的加工和成熟过程 四 细胞结构对代谢途径的分隔控制 一 细胞结构与酶的空间分布细胞具有精细的结构 各类酶在细胞中一般都有各自的空间分布 因而是不同代谢途径分别在细胞的不同部位进行 以防止各代谢途径间的相互干扰 真核细胞内酶体系的区域化分布具有重要的生理意义 其一可以防止或避免各种代谢途径中酶作用的相互干扰 其二为代谢调节创造了条件 这样可以使某些调节因子更专一有效地去调节某一代谢途径 也有利于提高某一代谢途径的代谢效率 例如胞浆中的脂酰辅酶A主要参与合成三脂酰甘油 当有肉毒碱存在时 通过肉毒碱脂酰基转移酶的催化 脂酰辅酶A进入线立体则主要用于脂肪酸的氧化 再如Ca2 从肌肉细胞线立体内出来 在胞浆中可促进糖原分解 而进入线立体则有利于胞浆中糖原的合成 某些酶的分布如下表 二 细胞膜结构对代谢的调节和控制1 控制跨膜离子浓度和电位梯度2 控制细胞和细胞器的物质运输3 内膜系统对代谢途径的分隔内膜系统将细胞分成许多功能特异的分隔区 各自一封闭的选择性膜为界 这些分隔区成为分开的亚细胞反应器 其内包含有一套浓集的酶类和辅助因子 因而有利于酶促反应的进行 并防止干扰 4 酶与膜的可逆结合有些酶能可逆地与膜结合 并以结合型和可溶型的互变来影响酶的性质和调节酶活性 这类酶称为双关酶 以区别于膜上的固有组成酶 该酶对代谢状态变化的应答迅速 调节灵敏 是细胞代谢调节的一种重要方式 这些酶一般是代谢途径中的关键酶或调节酶 如糖酵解中的三种激酶等双关酶与膜结合和溶解状态的构象不同 其理化性质和动力学参数也都有差异 他们可借助于一些物质浓度的变化来调节双关酶膜结合型 可溶性比值的变化来调节代谢的去向 如在糖的有氧代谢刚开始时 由于ATP浓度的升高 直至0 1毫摩尔 L 有利于己糖激酶结合于膜上 故膜结合酶 可溶性酶的比值升高 而膜结合酶是高活性的 这就使糖的有氧分解继续进行 并且逐渐旺盛 但当ATP浓度升高到0 1毫摩尔 L以上 酶便从膜上解脱下来成为可溶性酶 而可溶性酶是底活性的 因而限制了糖进入代谢 经细胞内需能反应消耗掉许多ATP后 其浓度降到 0 1毫摩尔 L 0 035毫摩尔 L之间时 可溶性酶又结合于膜上 有利于糖的有氧分解代谢的进行 如此周而复始的循环来变化 对糖的代谢进行着调节 三 蛋白质的定位控制由前我们已经知道的 酶被定位于特定的部位是和蛋白质合成后的定位转运有关 主要是那些分泌蛋白和膜蛋白 其蛋白质的定位机制中 信号肽假说最有说服力 需注意的几个概念 信号肽 信号识别体 SRP 停靠蛋白 主要是一些分泌蛋白 翻译时插入 线立体蛋白 翻译后插入 导肽 蛋白质的寿命控制 蛋白质的寿命各不相同 有些蛋白质的半寿期比细胞还长 有些则只有几分钟乃至几秒钟 并且随内外环境的变动而改变 保持高的周转率 蛋白质合成的调节才有意义 随着细胞的代谢状况的变动 往往需要改变蛋白质的组分 合成一些蛋白质 降解另一些蛋白质 另外 细胞还能识别那些损坏的 变性的 错误合成或错误定位的蛋白质 将它们迅速从细胞内清除 近几年的研究表明 蛋白质的寿命与其成熟蛋白质N 末端的氨基酸有关 当N 端为甲硫氨酸 丝氨酸 丙氨酸 苏氨酸 缬氨酸和甘氨酸时 成为稳定的长寿命蛋白质 而N 末端为其余氨基酸时 则不稳定 甚至半寿期极短 所以可通过修饰N 末端的氨基酸来改变其半寿期 五 激素水平的调节 已经在激素一章做了介绍 注意 1 激素水平的调节是高于酶水平而低于神经水平的调节方式 激素对代谢具有强大的调节作用 2 激素的分类3 激素的作用方式的不同 受体 第二信使 作用结果等4 级联反应5 常见激素的作用 六