代谢调节与基因表达调控课件

1、第十二章 代谢调节与基因表达调控本章简介本章习题要点回顾掌握内容讲授本章主要介绍生物体细胞代谢的调节网络；代谢中酶活性的调节；代谢中基因表达的调节。重点掌握生物体四大分子代谢的相互联系与调节；酶促反应的前馈和反馈、共价修饰与连续激活；原核生物基因表达的调节。第十二章 代谢调节与基因表达调控第一节 细胞代谢的调节网络第二节 酶活性的调节第三节 基因表达的调节其它内容（自学）第十二章 代谢调节与基因表达调控一 代谢途径交叉形成网络二 分解、合成代谢是单向三 代谢基本要略第一节 细胞代谢的调节网络第一节 细胞代谢的调节网络糖代谢与Pr代谢的关系脂类代谢与Pr代谢的关系糖代谢与脂类代谢的关系核酸代谢与

2、糖、脂类及Pr代谢的关系草酰乙酸酮戊二酸氨基酸脂类分子中的甘油 丙酮酸 蛋白质甘油生酮氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸脂肪酸丙酮酸乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A脂肪脂肪酸乙酰辅酶A-氧化TCA循环草酰乙酸酮戊二酸 苹果酸 氨基酸琥珀酸乙醛酸循环氨基酸脂代谢与Pr代谢的关系磷酸二羟丙酮丙酮酸甘油乙酰辅酶A脂肪酸脂肪-甘油磷酸磷酸二羟丙酮糖脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸草酰乙酸丙酮酸-氧化乙醛酸循环TCA循环CO2+H2O糖尿病 ：脂肪酮体 在血液中产生酸中毒或到达肌肉中提供能源在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况。脂肪糖乙酰乙酸丙 酮-羟丁酸糖代谢与脂类代谢的关系脂肪不能大量转变为糖，除了油料作物种子核酸与糖、脂类、蛋

3、白质代谢的联系核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。 各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸 甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸 甘氨酸丝氨酰苏氨酸半胱氨酸 氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰CoA甘油脂肪

4、酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖分解代谢和合成代谢的单向性 分解代谢和合成代谢各有其自身的途径。 在一条代谢途径中，某些关键部位正反应和逆反应往往是由两种不同的酶所催化，一种酶催化正反应另一种酶催化逆反应，因此这些反应是相对独立的单向反应。 这种分开的机制使生物合成和降解途径或者正向反应和逆向反应分别处于热力学的有利状态，生物合成

5、是吸能反应，降解则是放能反应，这些都远离平衡点保证反应的单向进行。ATP是通用的能量载体D通过NADPH循环将还原力由分解代谢转移给生物合成反应NADPH+H+NADP+分解代谢还原性有机物还原性生物合成反应氧化物还原性生物合成产物氧化前体NADPH以还原力形式携带能量第二节 酶活性的调节 酶的功能 酶促反应的前馈和反馈 酶的共价修饰酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。酶水平的调节作用主要有两种方式：一是通过激活或抑制酶的活性；二是通过影响酶的合成或降解速度，以改变细胞内酶分子的含量。这种酶水平的调节作用是代谢最关键的调节。酶活性的前馈和反馈调节：前馈

6、（feedforward ）和反馈（feedback ）是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别借用来说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的变构效应来实现的。 （酶化学中的别构酶） S0SnS2S1E0E1En-1或+或+反馈前馈正/负前馈、正/负反馈、一价/单价反馈抑制、二价/多价反馈抑制p544-545共价修饰调控某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共价修饰作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），从而引起酶活性的激活或抑制。这种作用称为共价修饰作用。（共价调节酶）有如下两

7、个特点：被修饰的酶可以有两种互变形式，即一种为活性形式（具有催化活性），另一种为非活性形式（无催化活性)。正反两个方向的互变均发生共价修饰反应，并且都将引起酶活性的变化。共价修饰调控共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象，引起级联反应具有信号放大效应。例如肾上腺素引起糖原分解过程中的一系列磷酸化激活步骤，其结果将激素的信号被逐级放大了约300万倍。共价修饰导致的级联激活与蛋白酶解级联激活不同：p549常见的共价修饰有磷酸化、腺苷酰化、尿苷酰化第三节 基因表达的调节 原核生物基因表达的调节 乳糖操纵子（乳糖诱导和G降解物阻遏） 色氨酸操纵子（阻遏和衰减子） 真核生物基因表达的调节乳糖操纵子的诱

8、导即负调控调节基因操纵基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏/调节蛋白（有活性）基 因 关 闭启动子OIPLacZLacYLaca调节基因操纵基因乳糖结构基因启动子OImRNAZmRNAYmRNAa 阻遏/调节蛋白+乳糖（无活性） 基 因 表达mRNAA、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导 乳糖 阻遏/调节蛋白（有活性）CAP结合部位 实验：大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时,细胞内有色氨酸合成酶的存在；在上述培养基中加入Trp，发现细胞内色氨酸合成酶的活性降低直至消失。表明Trp的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，体现了细菌生长的经济原则：不需要就不合成。 酶合成的阻遏：某

9、些代谢物可以阻止某些酶的合成，是通过阻止为该酶编码的基因的表达而进行的，这种现象叫做酶合成的阻遏。能阻遏酶合成的物质叫辅阻遏物。被辅阻遏物作用而停止合成的酶叫阻遏酶。 酶合成阻遏的现象（色氨酸操纵子）色氨酸操纵子（酶的阻遏）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ABCDEopLatrpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpAE. coli 色氨酸操纵子模型Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰减调节。 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。真核生物基因表达调控DNA转录初产物RNAmRNA蛋白质前体mRNA降解物活性蛋白质DNA水平调节转录水平调节转录后加工的调节翻译调节mRNA降解调节翻译后加工的调节核细胞质 真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节 转录水平调节 转录后加工的调节 翻译水平调节 翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控 顺式作用元件和反式作用因子