生物化学课件：第十三章 代谢调节

1、第十三章 代谢调节第一节 代谢途径的相互联系第二节 酶量的调节第三节 酶分子的活性调节第四节 代谢的区域化代谢调节代谢调节是生物在长期进化过程中，为适应外界条件是生物在长期进化过程中，为适应外界条件而形成的一种复杂的生理机能。通过调节作用细胞内而形成的一种复杂的生理机能。通过调节作用细胞内的各种物质及能量代谢得到协调和统一，使生物体能的各种物质及能量代谢得到协调和统一，使生物体能更好地利用环境条件来完成复杂的生命活动。更好地利用环境条件来完成复杂的生命活动。代谢调节作用可在不同水平上进行：代谢调节作用可在不同水平上进行：低等的单细胞生低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则

2、物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则有更复杂的激素调节和神经调节。有更复杂的激素调节和神经调节。 细胞内酶的调节是最基本的调节方式。细胞内酶的调节是最基本的调节方式。酶的调节酶的调节是从是从酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进行调节的。行调节的。 操纵子操纵子是在转录水平上控制基因表达的协调单位，是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由启动子（由启动子（P P）、）、操纵基因（操纵基因（O O）和在功能上相关的和在功能上相关的几个结构基因组成几个结构基因组成 转录后的调节转录后的调节包括，真核生物包括，真核生物mRNAmRNA转

3、录后的加工，转录后的加工，转录产物的运输和在细胞中的定位等转录产物的运输和在细胞中的定位等 翻译水平上的调节翻译水平上的调节包括，包括，mRNAmRNA本身核苷酸组成和排本身核苷酸组成和排列（如列（如SDSD序列），反义序列），反义RNARNA的调节，的调节，mRNAmRNA的稳定性等的稳定性等方面方面 酶活性的调节酶活性的调节是直接针对酶分子本身的催化活性所是直接针对酶分子本身的催化活性所进行的调节，在代谢调节中是最灵敏、最迅速的调进行的调节，在代谢调节中是最灵敏、最迅速的调节方式。主要包括酶原激活、酶的共价修饰、反馈节方式。主要包括酶原激活、酶的共价修饰、反馈调节、能荷调节及辅因子调节等调

4、节、能荷调节及辅因子调节等 生物代谢生物代谢是指生物活体与外界环境不断进行的物质（包是指生物活体与外界环境不断进行的物质（包括气体、液体和固体）、能量、括气体、液体和固体）、能量、信息信息交换过程。交换过程。细胞代谢细胞代谢是一切生命活动的基础。是一切生命活动的基础。合成代谢合成代谢一般是指将简单的小分子物质转变成复杂的大一般是指将简单的小分子物质转变成复杂的大分子物质的过程。分解代谢则是将复杂的大分子物质转分子物质的过程。分解代谢则是将复杂的大分子物质转变成小分子物质的过程。变成小分子物质的过程。糖、脂、核酸和蛋白质的合成代谢途径各不相同，但是糖、脂、核酸和蛋白质的合成代谢途径各不相同，但是

5、它们的分解代谢途径则有共同之处，即糖、脂、核酸和它们的分解代谢途径则有共同之处，即糖、脂、核酸和蛋白质经过一系列分解反应后都生成了酮酸并进入三羧蛋白质经过一系列分解反应后都生成了酮酸并进入三羧酸循环，最后被氧化成酸循环，最后被氧化成COCO2 2和和H H2 2O O。第一节 代谢途径的相互联系一、代谢网络二、代谢的单向性和多酶系统三、代谢与能量一、代谢网络一、代谢网络物质代谢物质代谢-联系联系-转化转化TCA环则是糖、脂肪和蛋白质三大物质互相转化环则是糖、脂肪和蛋白质三大物质互相转化的枢纽的枢纽一、代谢网络一、代谢网络 糖代谢为蛋白质的合成提供糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：碳源和能源：

6、如糖分如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生循环产生 酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生的能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。能量可供氨基酸和蛋白质的合成之用。 蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。蛋白质分解产生的氨基酸，在体内可以转变为糖。如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经如：多数氨基酸在脱氨后转变为丙酮酸，经糖原异生糖原异生作用可生成糖，这类氨基酸称为生糖氨基酸。作用可生成糖，这类氨基酸称为生

7、糖氨基酸。1、糖代谢与蛋白质代谢的关系、糖代谢与蛋白质代谢的关系如：如： 糖代谢的中间产物可氨基化生成某糖代谢的中间产物可氨基化生成某些非必需氨基酸些非必需氨基酸糖糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸- -酮戊二酸酮戊二酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体内贮藏能量的脂类分解过程中产生较多的能量，可作为体内贮藏能量的物质。物质。脂类与蛋白质之间可以相互转化：脂类与蛋白质之间可以相互转化： 脂类分子中的甘油脂类分子中的甘油 丙酮酸丙酮酸 脂肪酸脂肪酸草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质2、脂类代谢与蛋白质代谢的

8、关系、脂类代谢与蛋白质代谢的关系乙酰辅酶乙酰辅酶A A 氧化氧化TCATCA循环循环草酰乙酸草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸 苹果酸苹果酸 氨基酸氨基酸琥珀酸琥珀酸乙醛酸循环乙醛酸循环甘油甘油生酮氨基酸生酮氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸乙酰乙酸乙酰乙酸脂肪酸脂肪酸丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A丙二酸单酰丙二酸单酰辅酶辅酶A A脂肪脂肪 糖与脂类物质也能相互转变：糖与脂类物质也能相互转变：糖糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙酮酸丙酮酸甘油甘油乙酰辅酶乙酰辅酶A A脂肪酸脂肪酸脂类脂类甘油甘油 甘油磷酸甘油磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖糖脂肪酸脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A琥珀酸琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸丙

9、酮酸 氧化氧化乙醛酸循环乙醛酸循环TCATCACOCO2 2+H+H2 2O O糖尿病：糖尿病：脂肪脂肪酮体（乙酰乙酸、酮体（乙酰乙酸、 丙酮、丙酮、 -羟丁酸）羟丁酸）在血液中产生酸中毒在血液中产生酸中毒或到达肌肉中提供能源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在饥饿时也产生与糖尿病类似的情况3、糖代谢与脂类代谢的关系、糖代谢与脂类代谢的关系核酸核酸核苷酸核苷酸ATPATPUTPUTPCTPCTPGTPGTP能量和磷酸基团的供应能量和磷酸基团的供应单糖的转变和多糖的合成单糖的转变和多糖的合成参与卵磷脂的合成参与卵磷脂的合成给蛋白质合成提供能量给蛋白质合成提供能量AMP辅酶、组氨

10、酸等Gly、Asp、Gln嘌呤、嘧啶嘌呤、嘧啶蛋白酶蛋白酶核苷酸、核酸的合成核苷酸、核酸的合成蛋白因子蛋白因子核苷酸、核酸的合成核苷酸、核酸的合成4、核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系、核酸代谢与糖、脂肪及蛋白质代谢的关系1.1.相对立的单向反应相对立的单向反应（opposing unidirectional reaction）：）： 2.2.糖代谢的例子：糖代谢的例子： G + ATP 6G + ATP 6 G + ADPG + ADP（变构抑制）变构抑制） 6 6 G +HG +H2 2O O G + Pi G + Pi . .脂代谢的例子：脂代谢的例子：乙酸乙酸oAoA 乙酰乙酰 Co

11、ACoAi i 乙酰乙酰 CoACoA + H + H2 2O O 乙酸乙酸 + +oAoA PP 己糖激酶己糖激酶磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶硫激酶硫激酶硫酯酶硫酯酶二、代谢的单向性二、代谢的单向性 和多酶系统和多酶系统细胞中的酶常常为了催化一系列连锁反应而联系成细胞中的酶常常为了催化一系列连锁反应而联系成多多酶系统酶系统，根据多酶系统结构的复杂程度，可分三种，根据多酶系统结构的复杂程度，可分三种类型：类型：一、酶分子呈溶解状态一、酶分子呈溶解状态二、酶分子结构比较紧密二、酶分子结构比较紧密三、酶连接在膜上或核蛋白体上三、酶连接在膜上或核蛋白体上ATPADP+Pi太阳能太阳能化学能化学能生物合成

12、生物合成细胞运动细胞运动膜运输膜运输能荷能荷=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP三、代谢与能量三、代谢与能量有机体从环境中获得能量的方式各有不同，有的利用太阳的辐射能，有利用氧化还原反应释放的化学能不管哪种形式，细胞都能将它转化成高能分子ATP。NADPHNADPH以还原力形式携带能量以还原力形式携带能量还原性有机物还原性有机物 分解代谢分解代谢 氧化产物氧化产物还原性生物合成产物还原性生物合成产物 还原性生物合成反应还原性生物合成反应 氧化前体氧化前体NADPH+H+NADP+代谢的基本要略在于形成代谢的基本要略在于形成ATPATP、还原力和构造单元用还原力和构造单元用于生物合成于生

13、物合成第二节第二节 酶活性的调节酶活性的调节一、酶原激活二、酶的共价修饰和级联系统三、前馈和反馈作用酶分子的活性调节酶分子的活性调节酶的变构调节酶的变构调节酶原激活酶原激活酶的共价修饰和级联系统酶的共价修饰和级联系统反馈与前馈作用反馈与前馈作用底物水平底物水平的调节的调节酶水平酶水平的调节的调节辅助因子辅助因子的调节的调节酶活性的调节酶活性的调节酶含量的调节酶含量的调节酶的定位调节酶的定位调节产物调节产物调节A BEX一、酶原激活一、酶原激活 1.1.酶原：酶原：酶的无活性前体。酶的无活性前体。 2.2.酶原激活酶原激活（不可逆的共价修饰）：（不可逆的共价修饰）：某些酶先以无活某些酶先以无活性

14、的酶原形式合成或分泌，然后在到达作用部位时由性的酶原形式合成或分泌，然后在到达作用部位时由其它酶作用，使其其它酶作用，使其失去部分肽段失去部分肽段从而形成或暴露活性从而形成或暴露活性中心、形成有活性酶分子的过程中心、形成有活性酶分子的过程。 3.3.酶原激活的实例酶原激活的实例一、酶原激活一、酶原激活胰凝乳蛋白酶原的激活胰凝乳蛋白酶原的激活 胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶（245245AAAA残基）残基）A A 链链 + + B B 链链（1-151-15）（16-24516-245）C C 链链 + + D D 链链 + + E E 链链 （1-13） （ 16-146 ） （

15、 149-245） 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 -胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶Ser14-Arg15Ser14-Arg15Thr147-Asn148Thr147-Asn148水解芳香族水解芳香族AAAA羧基形成的肽键羧基形成的肽键Chymotrypsinogen 5对二硫键Chymotrypsin 5对二硫键胰蛋白酶原的激活及其功能胰蛋白酶原的激活及其功能 胰蛋白酶原胰蛋白酶原六肽六肽肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶水解水解Arg LysArg Lys羧基形成的肽键羧基形成的肽键t

16、rypsinogentrypsin二、酶的共价修饰和级联系统酶的共价修饰和级联系统1.1.共价修饰共价修饰（covalent modificationcovalent modification）：）：指在专一性酶指在专一性酶的催化下，某些小分子基团共价地结合到被修的催化下，某些小分子基团共价地结合到被修饰的酶分子上，使被修饰酶的活性发生改变，饰的酶分子上，使被修饰酶的活性发生改变，从而调节酶活性。从而调节酶活性。（1 1）共价修饰调节酶：）共价修饰调节酶：即通过共价修饰调节活性的酶叫即通过共价修饰调节活性的酶叫共价修饰调节酶。共价修饰调节酶。（2 2）共价修饰的类型：）共价修饰的类型：磷酸化磷

17、酸化/ /去磷酸化去磷酸化（主要存在于高等动、（主要存在于高等动、植物细胞中）植物细胞中） 腺苷酰化腺苷酰化/ /去腺苷酰化；去腺苷酰化；（主要存在细菌中）（主要存在细菌中） 乙酰化乙酰化/ /去乙酰化；尿苷酰化去乙酰化；尿苷酰化/ /去尿苷酰化；去尿苷酰化； 甲基化甲基化/ /去甲基化；去甲基化；S-S/SHS-S/SH蛋白质的化学修饰：蛋白质的化学修饰：是指在较温和的条件下，以可是指在较温和的条件下，以可控制的方式使蛋白质与某种试剂（称化学修饰剂）控制的方式使蛋白质与某种试剂（称化学修饰剂）起特异反应，以引起蛋白质中个别氨基酸侧链或功起特异反应，以引起蛋白质中个别氨基酸侧链或功能团发生共价

18、化学改变。能团发生共价化学改变。糖原磷酸化酶和糖原合成酶活性的调节糖原磷酸化酶和糖原合成酶活性的调节 糖原的合成糖原的合成 糖原合成酶糖原合成酶a a ( (脱磷酸化，有活性脱磷酸化，有活性) ) 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b b ( (脱磷酸化，无活性脱磷酸化，无活性) )ATP ADPPi H2O糖原合成酶糖原合成酶b b（磷酸化，无活性（磷酸化，无活性) )糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶a a（磷酸化，有活性）（磷酸化，有活性）ATP ADPPi H2O糖原的分解糖原的分解 2.2.级联系统（级联系统（cascade systemcascade system）：）：连锁代谢反应中连锁代谢反应中一

19、个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始信号的放大。这样的连锁代谢反应系统叫级联原始信号的放大。这样的连锁代谢反应系统叫级联系统。系统。 实例：实例：肾上腺素肾上腺素作用于膜受体，引起效应器活作用于膜受体，引起效应器活化，进而引发一系列的胞内连锁反应。化，进而引发一系列的胞内连锁反应。依赖于依赖于cAMPcAMP的蛋白激酶叫蛋白激酶的蛋白激酶叫蛋白激酶A Aprotein protein kinasekinase A A（PKAPKA）v蛋白质的合成是一个高耗能过程蛋白质的合成是一个高耗能过程 AAAA活化活化 2 2个高能磷酸键（个高能磷酸键

20、（ATPATP） 肽链起始肽链起始 1 1个（个（7070S S复合物形成，复合物形成，GTPGTP） 进位进位 1 1个（个（GTPGTP） 移位移位 1 1个（个（GTPGTP）第一个氨基酸掺入需消耗第一个氨基酸掺入需消耗3 3个个高能磷酸键高能磷酸键（活化（活化2+2+起起始始1 1 ），以后每掺入一个），以后每掺入一个AAAA需要消耗需要消耗4 4个个（活化（活化2 +2 +进进位位 1 1个个 + +移位移位1 1个）个）高能磷酸键高能磷酸键。肽链合成的方向从肽链合成的方向从N NC C。第一个肽键的形成需要消耗第一个肽键的形成需要消耗5 5个个ATPATP（GTPGTP），），或或

21、7 7个高能磷酸键，而其它肽键的形成需要个高能磷酸键，而其它肽键的形成需要消耗消耗3 3个个ATPATP或或4 4个高能磷酸键。个高能磷酸键。肾上腺素的级联放大作用肾上腺素的级联放大作用（介绍级联反应的意义）（介绍级联反应的意义）（1 1） 使信号使信号（激素信号）（激素信号）放大放大: :（肾上腺素浓度（肾上腺素浓度1010-8-8- -1010-10 -10 mol/Lmol/L，可引起强烈的胞内效应可引起强烈的胞内效应产生葡萄糖产生葡萄糖5 5mmolmmol/L/L）（2 2）提供了更多的调控位点，使代谢过程能对细胞内外多提供了更多的调控位点，使代谢过程能对细胞内外多种因素的变动作出调

22、整种因素的变动作出调整（3 3）使关键的调节酶能够更灵敏和更灵活地控制代谢反应，）使关键的调节酶能够更灵敏和更灵活地控制代谢反应，在不同情况下对各种代谢物和终产物有不同的应答反应。在不同情况下对各种代谢物和终产物有不同的应答反应。肾上腺素肾上腺素-cAMPcAMP的信号转导途径的信号转导途径受体受体G蛋白（一类蛋白（一类GTP结合蛋白）结合蛋白） 肾上腺素肾上腺素主要是调节糖代谢主要是调节糖代谢, , 它能够促进它能够促进 肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中 的乳酸含量。的乳酸含量。（和胰岛素的作用不同）（和胰岛素的作用不同） 依赖于依赖于cAMPcAMP

23、的蛋白激酶称为的蛋白激酶称为蛋白激酶蛋白激酶A A（proteinprotein kinasekinase A,PKA A,PKA）反馈与前馈作用反馈与前馈作用 S0 S1 SnE0E1En-1前馈前馈+ +或或- -反馈反馈+ +或或- -正作用：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。正作用：凡反应物能使代谢过程速度加快者称为正作用。负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。负作用：凡反应物能使代谢过程速度变慢者称为负作用。三、反馈与前馈作用反馈与前馈作用1.1.前馈作用前馈作用( (feedforwardfeedforward) )：在代谢途径中前面的底物对其后某在代谢途径中前

24、面的底物对其后某一催化反应的调节酶有作用。一催化反应的调节酶有作用。 (1)(1)前馈激活（前馈激活（feedforwardfeedforward activation activation）G 6- - G 6- -F 1.6-G 6- - G 6- -F 1.6-二二 - -F PEP F PEP 丙酮酸丙酮酸 (2) (2)前馈抑制前馈抑制( (feedforwardfeedforward inhibition) inhibition) 乙酰乙酰CoACoA + CO + CO2 2 +H +H2 2O + ATP O + ATP 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA + + ADP+PiA

25、DP+Pi PP丙酮酸激酶丙酮酸激酶P前馈激活前馈激活乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶前馈抑制前馈抑制2.2.反馈作用反馈作用（feedbackfeedback）代谢产物对前面的某一酶有作用代谢产物对前面的某一酶有作用 (1(1）反馈激活）反馈激活（feedback activationfeedback activation） (2) (2) 反馈抑制反馈抑制（feedback inhibitionfeedback inhibition） A A 一价或单价反馈抑制一价或单价反馈抑制（monovalentmonovalent feedback feedback inhibition inhib

26、ition ） A B C D PA B C D PE1E2E3E4反馈抑制反馈抑制B B 二价或多价反馈抑制二价或多价反馈抑制（divalent or multivalent feedback divalent or multivalent feedback inhibitioninhibition）B1 B1 同工酶调节同工酶调节 A B C DA B C DE1E1E1E1E2E2E3E3XY在在LysLys Met Met IleIle合成时的反馈合成时的反馈抑制抑制B2 B2 顺序反馈抑制顺序反馈抑制A B C DA B C DE1E4E5XY存在芳香族氨基酸合成的过程中存在芳香族氨

27、基酸合成的过程中B3 B3 协同反馈抑制协同反馈抑制 A B C DA B C D E4E5E1XY存在于存在于Lys ThrLys Thr的合成中的合成中B4 B4 累积反馈抑制累积反馈抑制 A BA BEDEF谷氨酰胺合成酶受到各种终产物的累积反馈抑制谷氨酰胺合成酶受到各种终产物的累积反馈抑制第三节第三节 酶含量的调节酶含量的调节一、酶合成的调节二、酶降解的调节酶含量的调节（基因表达的调节）酶含量的调节（基因表达的调节）A BEX底物水平底物水平的调节的调节酶水平酶水平的调节的调节酶活性的调节酶活性的调节酶含量的调节酶含量的调节酶的定位调节酶的定位调节辅助因子辅助因子的调节的调节产物调节酶

28、是生物反应的催化剂，酶的相对数量决定代谢反应的进程酶是生物反应的催化剂，酶的相对数量决定代谢反应的进程和方向。通过酶的合成和降解，细胞内的酶含量和组分便发和方向。通过酶的合成和降解，细胞内的酶含量和组分便发生变化，因而对代谢过程起调节作用。生物细胞的这种通过生变化，因而对代谢过程起调节作用。生物细胞的这种通过改变酶的合成和降解而调节酶的数量，被称为改变酶的合成和降解而调节酶的数量，被称为“粗调粗调”。通。通过粗调，细胞可以开动或完全关闭某种酶的合成，或适当调过粗调，细胞可以开动或完全关闭某种酶的合成，或适当调整某种酶的合成和降解速度，以适应对这种酶的需要。整某种酶的合成和降解速度，以适应对这种

29、酶的需要。 （一）转录水平调节（一）转录水平调节一、一、 酶的合成调节酶的合成调节背景介绍：背景介绍：大肠杆菌通常利用大肠杆菌通常利用葡萄糖葡萄糖作为碳源，通常情况下环作为碳源，通常情况下环境中乳糖极少，降解境中乳糖极少，降解乳糖乳糖的酶不被合成，的酶不被合成，其实质是乳糖降解酶其实质是乳糖降解酶基因不表达。基因不表达。1、操纵子模型、操纵子模型操纵子模型（操纵子模型（operon model)：是原核生物是原核生物基因表达的调节机制。大肠杆菌乳糖操纵子是第一基因表达的调节机制。大肠杆菌乳糖操纵子是第一个被子发现的操纵子（个被子发现的操纵子（Monod和和Jacob，1961）操纵子及调节基因

30、示意图操纵子及调节基因示意图乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型操纵子操纵子Operon : 基因表达的协调单位基因表达的协调单位,它们有共同的它们有共同的控制区和调节系统。包括在功能上彼此有关的结构基控制区和调节系统。包括在功能上彼此有关的结构基因和控制部位因和控制部位.负调控负调控正调控正调控操纵子的调控模型诱导物诱导物诱导物诱导物辅阻遏物辅阻遏物辅阻遏物辅阻遏物 大肠杆菌乳糖酶诱导合成大肠杆菌乳糖酶诱导合成-调节基因产物对转录的调控调节基因产物对转录的调控阻遏蛋白阻遏蛋白乳糖酶基因乳糖酶基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透性酶半乳糖苷

31、透性酶操纵基因操纵基因基因合成的开关基因合成的开关调节基因调节基因关关阻遏蛋白阻遏蛋白阻挡阻挡操纵基因操纵基因，结构基因不表达，结构基因不表达诱导物（乳糖）诱导物（乳糖）开开诱导物诱导物阻止阻止阻遏蛋白阻遏蛋白功能发挥。功能发挥。mRNA酶蛋白酶蛋白lac 操纵子的正调控操纵子的正调控分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏CAP-降解物基因活化蛋白降解物基因活化蛋白分解代谢物激活蛋白，分解代谢物激活蛋白，cAMP受体蛋白受体蛋白(CRP)阻遏蛋白阻遏蛋白操纵基因操纵基因结构基因结构基因调节基因调节基因mRNA酶蛋白酶蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，所以结构基因表达。不能与操纵基因结合，所以结构基

32、因表达。酶代谢产物一旦大量积累酶代谢产物一旦大量积累原核生物基因主要是转录控制。原核生物基因主要是转录控制。另一种在转录水平调节基因表达的机制。另一种在转录水平调节基因表达的机制。衰减子衰减子(Attenuator):是一种位于结构基因上是一种位于结构基因上游前导区的终止子。游前导区的终止子。4、衰减作用、衰减作用(attenuation)前导前导RNA序列序列-两个发夹环两个发夹环-第二个发夹环和随后的第二个发夹环和随后的8个尿苷酸个尿苷酸-终止子信号终止子信号（二）（二） 转录后的调节转录后的调节转录后的调节：转录后的调节：对对mRNA转录后的加工（也称为成转录后的加工（也称为成熟）、输出

33、核外、胞浆内定位和降解等过程的调控称熟）、输出核外、胞浆内定位和降解等过程的调控称为转录后的调节为转录后的调节包括几个方面：包括几个方面：1、真核生物、真核生物mRNA转录后的加工转录后的加工2、转录产物由细胞核向胞质运输、转录产物由细胞核向胞质运输3、mRNA在胞质中的定位在胞质中的定位（三）翻译水平的调节（三）翻译水平的调节 翻译水平的调节的类型：翻译水平的调节的类型： 不同不同mRNAmRNA翻译能力的差异、翻译能力的差异、翻译阻遏作用、反义翻译阻遏作用、反义RNARNA的作用的作用 1. 1. 翻译阻遏翻译阻遏（trans-trans-lationallational repressi

34、on repression） 当有过量核糖体蛋白质存在时，可引起它自身以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。作用叫翻译阻遏。 2. 2.反义反义RNARNA（意义）意义）: :反义反义RNARNA指具有互补序列的指具有互补序列的RNARNA。亦称为干扰亦称为干扰mRNAmRNA的互补的互补RNARNA。（。（调节基因表达；抑制有调节基因表达；抑制有害基因的表达）害基因的表达）原核生物和真核生物的调节方式是有所不同的。原核生物和真核生物的调节方式是有所不同的。 原核生物原核生物mR

35、NAmRNA翻译水平的调节：翻译水平的调节：受控于受控于55末端末端与核糖体的结合部位，该部位通常位于起始密码子与核糖体的结合部位，该部位通常位于起始密码子AUGAUG上游约上游约1010个核苷酸的地方，往往由一段富含嘌呤的序个核苷酸的地方，往往由一段富含嘌呤的序列组成，称为列组成，称为SDSD序列序列（Shine-Shine-DilgavnoDilgavno) )。凡有明显凡有明显SDSD序列特征性部位，翻译起始频率就高，反之则低。序列特征性部位，翻译起始频率就高，反之则低。 真核生物在翻译水平上的调节：真核生物在翻译水平上的调节：主要是控制主要是控制mRNAmRNA的稳定性和有选择的进行翻译。的稳定性和有选择的进行翻译。 mRNAmRNA的加帽和加的加帽和加尾修饰有利于尾修饰有利于mRNAmRNA的稳定的稳定二、酶降解的调节二、酶降解的调节酶合成的诱导和阻遏作用可以调节酶的数量，相反酶合成的诱导和阻遏作用可以调节酶的数量，相反酶的降解速度也能调节细胞内酶的含量。酶的降解速度也能调节细胞内酶的含量。酶的降解是由特异的蛋白质水解酶催化的。在细胞酶的降解是由特异的蛋白质水解酶催化的。在细胞内常含有各种水解酶，其水解蛋白质的种类和速度内常含有各种水解酶，其水解蛋白质